Protocolos de Comunicación para una Red IoT

 Protocolos para la Internet de las cosas

Hay varios protocolos de comunicación que se pueden utilizar en una red IoT, y la elección de protocolo depende de la aplicación y los requisitos de la red en cuestión.

Para este analisis, debemos recordar el elemento esencial de este tipo de redes: crear productos que estén interconectados. Los sistemas integrados tendrán (y tienen) un papel fundamental en el desarrollo de la IoT.

A continuación analizaremos algunos de los protocolos de comunicación más comunes en las redes IoT:

MQTT (Message Queuing Telemetry Transport): es un protocolo de comunicación ligero, diseñado para la transmisión de mensajes entre dispositivos de Internet de las cosas (IoT) con ancho de banda limitado y recursos limitados, como sensores y actuadores. Utiliza un modelo de publicación y suscripción, en el cual los dispositivos se conectan a un servidor MQTT y publican mensajes en un tema específico, o se suscriben a un tema específico para recibir los mensajes publicados en él. Los temas son cadenas de caracteres que se utilizan para clasificar y etiquetar los mensajes.

Una de las principales características es su eficiencia en el uso del ancho de banda, ya que utiliza un encabezado de mensaje pequeño y comprime los datos de los mensajes. También es muy escalable, lo que significa que puede manejar una gran cantidad de dispositivos conectados y mensajes transmitidos.

Es un protocolo muy popular en la industria IoT debido a su simplicidad, eficiencia y escalabilidad. Es compatible con una amplia gama de dispositivos y plataformas, y es utilizado por muchas empresas líderes en IoT.

CoAP (Constrained Application Protocol): es un protocolo de aplicación de la capa de aplicación diseñado específicamente para dispositivos IoT con recursos limitados, como sensores y actuadores. Al igual que MQTT, CoAP utiliza un modelo de cliente-servidor y es adecuado para aplicaciones de IoT que requieren transferencia de datos de baja latencia y uso de ancho de banda limitado. 

Utiliza UDP (User Datagram Protocol) como protocolo de transporte, lo que significa que es más ligero que otros protocolos de aplicación que utilizan TCP (Transmission Control Protocol) como protocolo de transporte. Esto lo hace adecuado para dispositivos con recursos limitados, ya que minimiza la sobrecarga del protocolo. 

Una de las características principales de CoAP es su capacidad para realizar operaciones RESTful (Representational State Transfer), lo que significa que los dispositivos pueden interactuar con servidores web a través de interfaces RESTful, lo que facilita su integración con aplicaciones web. CoAP también incluye soporte para mensajes de confirmación y retransmisión, lo que mejora la confiabilidad de la transmisión de datos.

También utiliza un modelo de mensajes basado en UDP que es similar a HTTP, lo que facilita su adopción y aprendizaje por parte de desarrolladores que estén familiarizados con el protocolo HTTP.

HTTP (Hypertext Transfer Protocol): es un protocolo de aplicación que se utiliza para la transferencia de información en la World Wide Web. Es el protocolo principal que se utiliza para la comunicación entre los servidores web y los navegadores de Internet.

Utiliza un modelo de petición-respuesta, en el que el cliente (por ejemplo, un navegador web) realiza una petición a un servidor web, y el servidor responde con una respuesta que contiene los datos solicitados. Las peticiones y las respuestas se envían en formato de texto plano, utilizando un conjunto de métodos (GET, POST, PUT, DELETE, etc.) que permiten al cliente indicar el tipo de acción que desea realizar.

También utiliza un esquema de URLs (Uniform Resource Locators) para identificar los recursos que se solicitan. Las URLs son cadenas de texto que indican la ubicación de un recurso en un servidor web, y se componen de varias partes, como el protocolo utilizado (por ejemplo, http o https), el nombre de dominio del servidor y la ruta al recurso.

En términos de seguridad, HTTP es un protocolo no seguro, ya que la información se transmite en texto plano y puede ser interceptada y leída por terceros. Para mejorar la seguridad de las comunicaciones, se utiliza HTTPS, que es una versión segura de HTTP que utiliza SSL/TLS para cifrar los datos que se transmiten.

ZigBee: Es un protocolo de comunicación inalámbrica de bajo consumo de energía y bajo alcance que se utiliza en aplicaciones de IoT y redes de sensores inalámbricos (WSN, por sus siglas en inglés). ZigBee se desarrolló específicamente para aplicaciones de IoT, por lo que está diseñado para ser eficiente en términos de consumo de energía, ancho de banda y costo.

Utiliza un esquema de topología de malla en la que los dispositivos se organizan en redes de nodos interconectados. Cada nodo actúa como un punto de retransmisión para otros nodos cercanos, lo que permite que la red se extienda a áreas más grandes y se adapte a la pérdida de nodos individuales.

ZigBee utiliza un modelo de comunicación basado en el envío y recepción de paquetes de datos que se denominan Protocol Data Units (PDUs). Las PDUs se transmiten a través de canales de radio de baja potencia y baja velocidad de transmisión, lo que permite que los dispositivos funcionen con baterías de larga duración.

También incluye un conjunto de servicios y perfiles que definen cómo los dispositivos pueden interactuar entre sí y con otros servicios en la red. Los perfiles son conjuntos de reglas y especificaciones que permiten a los dispositivos de diferentes fabricantes comunicarse entre sí de manera estandarizada. Esto hace que la integración de dispositivos de diferentes fabricantes sea más sencilla y reduce la complejidad de la configuración de la red.

LoRaWAN: Es un protocolo de comunicación inalámbrica de largo alcance y bajo consumo de energía que se utiliza en aplicaciones de IoT. Fue diseñado específicamente para aplicaciones de IoT que requieren una cobertura de largo alcance y una vida útil prolongada de la batería.

Utiliza una topología de red estrella en la que múltiples dispositivos finales (como sensores) están conectados a un solo gateway (puerta de enlace). El gateway se encarga de recopilar los datos de los dispositivos finales y transmitirlos a través de una conexión de red a un servidor central.

Una de las principales características de LoRaWAN es su capacidad de alcanzar un largo alcance utilizando una banda de frecuencia de radio de baja potencia. Esto se logra utilizando una modulación de espectro ensanchado llamada LoRa (Long Range). La modulación LoRa permite que las señales de radio se propaguen a largas distancias con una potencia de transmisión mucho menor que otros protocolos inalámbricos de IoT. 

También es conocido por su eficiencia energética. Los dispositivos finales pueden funcionar durante varios años con una sola batería debido al bajo consumo de energía de las comunicaciones LoRaWAN. Además, el protocolo incluye un mecanismo de ahorro de energía que permite a los dispositivos dormir durante períodos prolongados y despertarse solo cuando necesitan transmitir datos.

Sigfox: Es un protocolo de comunicación inalámbrica de bajo consumo de energía y alcance ultra-largo que se utiliza en aplicaciones de IoT. Fue diseñado específicamente para aplicaciones de IoT que requieren una cobertura global y una vida útil prolongada de la batería.

Utiliza una arquitectura de red estrella en la que múltiples dispositivos finales (como sensores) están conectados a una sola estación base (base station). La estación base recopila los datos de los dispositivos finales y los transmite a través de una conexión de red a un servidor central.

Una de las principales características de Sigfox es su capacidad de alcanzar un alcance ultra-largo utilizando una banda de frecuencia de radio de baja potencia. Esto se logra utilizando una técnica de modulación de espectro ensanchado llamada UNB (Ultra Narrow Band). La modulación UNB permite que las señales de radio se propaguen a largas distancias con una potencia de transmisión mucho menor que otros protocolos inalámbricos de IoT.

Sigfox también es conocido por su eficiencia energética. Los dispositivos finales pueden funcionar durante varios años con una sola batería debido al bajo consumo de energía de las comunicaciones Sigfox. Además, el protocolo incluye un mecanismo de ahorro de energía que permite a los dispositivos dormir durante períodos prolongados y despertarse solo cuando necesitan transmitir datos.

Les dejo este webinar, muy completo e interesante, para ampliar los conceptos analizados. Nos contas al final de este artículo que te pareció?