De los coches a los hogares inteligentes: una tesis explora el futuro de las máquinas interconectadas

El internet de las cosas o IoT, por su sigla en inglés, se extiende rápidamente a través de un mundo cada vez más interconectado. A medida que crecen las necesidades de conexión y computación entre dispositivos, los retos se van acrecentando. La tesis de Ana María Juan Ferrer, desarrollada en el programa de doctorado de Tecnologías de la Información y de Redes de la Universitat Oberta de Catalunya (UOC), analiza los desafíos que presentan las particularidades de los dispositivos IoT Edge y contribuye a asentar la teoría que ayudará a construir un mundo autónomo y mejor interconectado.

¿Qué es el internet de las cosas?

Cuando le pedimos a nuestro asistente de voz que conecte la televisión, miramos la pulsera cuentapasos o revisamos un aviso en el móvil que informa sobre un aumento de temperatura en casa, estamos dentro del paradigma IoT. La red de redes, a estas alturas, se ha convertido en una excelente herramienta que conecta multitud de dispositivos de uso diario y amplía los servicios que ofrecen.

Desde frigoríficos inteligentes hasta cerraduras digitales, pasando por coches autónomos, el internet de las cosas está presente en cientos, o miles, de aparatos electrónicos. El concepto internet de las cosas se refiere a la agrupación e interconexión de dispositivos y objetos a través de una red, como internet, donde todos pueden ser visibles e interaccionar unos con otros.

El internet de las cosas está presente en nuestra vida, aunque muchas veces no lo sabemos. Su objetivo es hacernos el día a día más cómodo, en términos generales. Pero, como decíamos, a medida que crecen las necesidades de interconexión, también lo hacen los requisitos de computación y de conectividad (la capacidad de mantener una conexión adecuada y de calidad) para mantener los servicios que ofrecen. Y es aquí donde entran los conceptos edge y cloud computing (computación periférica y en la nube).

Edge y cloud computing: la evolución del IoT

En su proyecto Ad-hoc Formation of Edge Clouds over Heterogeneous Non-dedicated Resources, Ana María Juan Ferrer analiza los desafíos que presentan los dispositivos IoT edge cloud. «El cloud computing funciona como un servicio que da acceso a la capacidad de computación y almacenamiento», explica la investigadora sobre la computación en la nube, paradigma que permite ofrecer servicios de computación a través de una red, normalmente internet. «Las infraestructuras tecnológicas, en lugar de adquirirse, se alquilan por el tiempo justo que vayan a utilizarse».

Viajemos a principios del 2000 e imaginemos que necesitamos un ordenador pero no disponemos de ninguno en casa. Podríamos ir a un cibercafé y pagar por el tiempo que lo necesitamos. No pagamos por que alguien realice las tareas ni tampoco compramos un ordenador, sino que alquilamos el equipo durante el tiempo en el que usamos el servicio.

De la misma manera, el cloud computing ofrece servicios de computación concretos a quien los necesita: «Los servicios de cloud computing se proporcionan desde grandes centros de datos operados por los proveedores de servicio en la nube y desde diversas regiones», explica la investigadora.

Por su parte, el edge computing tiene la finalidad de acercar esos servicios de computación a las ubicaciones próximas al punto de origen de los datos «para evitar los problemas de latencia que se han observado en las instalaciones del internet de las cosas al acceder a los servicios en la nube», destaca. Al ofrecer los servicios lo más cerca posible se reducen los retrasos y problemas de conectividad. «Hoy en día, los dispositivos conectados no solo están disponibles desde cualquier lugar, sino que adquieren rápidamente una mayor complejidad. Así, el edge computing ad hoc es un sistema distribuido y descentralizado que se forma a partir de los recursos disponibles en los dispositivos IoT para explotar toda la capacidad de cómputo que ofrecen un sinfín de dispositivos conectados en el borde de la red».

A partir de estos dos conceptos, la tesis doctoral se centra en el IoT edge cloud y en cómo puede ayudar a mejorar el ecosistema del internet de las cosas que nos rodea. «Mi trabajo aborda los desafíos que presentan los dispositivos IoT edge cloud que constituyen su infraestructura en dos áreas principales de investigación», explica Ana María. «En lo que respecta a la gestión de recursos, describe los mecanismos que permiten la formación dinámica de clústeres ad hoc edge y su gestión. Por otro lado, esta tesis presenta un mecanismo de control de la admisión, junto a un modelo asociado para la predicción de la disponibilidad de recursos de los dispositivos IoT edge participantes», añade.

El futuro de los coches autónomos y los hogares

Las principales aportaciones que presenta la arquitectura ad hoc edge cloud objeto de este estudio provienen de tres aspectos fundamentales, según explica la investigadora. Las claves se centran en poder utilizar los propios dispositivos IoT para realizar la computación que de otra manera se deriva a los servicios en la nube, en reforzar la seguridad de este fenómeno para evitar pérdidas de información y en descentralizar las funciones de los servicios, lo que evita que haya un único punto de fallo.

Todo esto se traduce en un incremento de posibilidades. Las aplicaciones del IoT expanden sus horizontes gracias a estudios como el de esta tesis doctoral, ya que permiten utilizarlas con mayor eficacia en entornos cada vez más complicados. Un buen ejemplo son los coches autónomos: la computación y la conexión que necesitan estos vehículos, que se basan en una inteligencia artificial que requiere una cantidad increíble de datos, hacen que el edge cloud computing sea casi una necesidad, ya que sin esa tecnología sería muy difícil procesar en instantes toda la información.

En los hogares inteligentes, el IoT permitirá crear infraestructuras personales entre los dispositivos conectados, mientras que en las instalaciones y las plantas industriales, la formación de infraestructuras edge ad hoc entre todos los elementos permitirá su funcionamiento semiautónomo. No podemos olvidar los drones, capaces de inspeccionar infraestructuras a partir de mecanismos específicos de colaboración entre flotas con el fin de aumentar las áreas de cobertura o la coordinación de los vehículos con la ciudad inteligente o las carreteras conectadas.

En definitiva, el IoT sigue su inexorable camino hacia un futuro conectado. Los retos cada vez son mayores, pero también lo son nuestros conocimientos y las herramientas de que disponemos para enfrentarnos a un mundo que hace una década nos parecería de ciencia ficción.

La tesis de Ana María Juan Ferrer la han dirigido los profesores de los Estudios de Informática, Multimedia y Telecomunicación, Joan Manuel Marquès Puig, investigador del grupo Internet Computing & Systems Optimization (ICSO), y Josep Jorba Esteve, investigador de Wireless Networks (WiNE). Ambos grupos están adscritos al Internet Interdisciplinary Institute (IN3), centro de investigación de la UOC.

Esta investigación de la UOC favorece el objetivo de desarrollo sostenible (ODS) 9, centrado en lograr mejoras en la industria, la innovación y las infraestructuras.

Tesis relacionada

JUAN FERRER, Ana María. Ad-hoc formation of edge clouds over heterogeneous non-dedicated resources [en línea]. Tesis doctoral presentada en la Universitat Oberta de Catalunya, 2020. Disponible en: http://hdl.handle.net/10609/128326

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