Introducción a la arquitectura de pasarelas de computación periférica
La arquitectura de pasarela de computación en el borde es un nuevo modelo para proporcionar almacenamiento y una gran cantidad de recursos computacionales en todo el sistema. Este enfoque acerca el almacenamiento y la computación al dispositivo, lo que mejora el tiempo de respuesta y reduce el ancho de banda. La computación en el borde abarca todo tipo de computación en el borde de la red, fuera de la nube. La computación en el borde se ocupa de la dinámica en tiempo real generada por los sensores y las aplicaciones en tiempo real. La presencia de un gran número de dispositivos IoT eleva los requisitos de ancho de banda a niveles extremos, lo que provoca latencia. La computación periférica acerca los servicios al borde de la red y mejora la prestación de los mismos.
1. Fuentes de datos/dispositivos
Las fuentes de datos en un entorno de computación periférica pueden ser aplicaciones, sensores, dispositivos y cualquier otro dispositivo destinado a la captura de datos. Dichos dispositivos generan datos procedentes de diferentes fuentes. Las bases de datos varían en función de la función y la ubicación. Diversos dispositivos periféricos capturan datos y se comunican a través de protocolos de IoT para enviarlos a la puerta de enlace periférica. Los protocolos utilizados para la transmisión de datos pueden ser Ethernet, Bluetooth, Wi-Fi, NFC, ZigBee, etc. En pocas palabras, cualquier dispositivo que genere datos se considerará un dispositivo periférico.
2. Pasarela periférica
La pasarela periférica actúa como nodo entre el dispositivo periférico y la red central. La red central está formada por dispositivos plenamente operativos que realizan un preprocesamiento adecuado de los datos. Las pasarelas periféricas se utilizan para proporcionar interfaz para transmisiones por cable y por radio.
3. Las distintas normas utilizadas son:
Z-Wave (Z-Wave): Z-Wave se utiliza para la comunicación punto a punto a una distancia de 30 metros y está especializado en aplicaciones de transmisión de pequeño alcance, como el control de electrodomésticos. Z-Wave opera en la parte media de la banda ISM (alrededor de los 900 MHz) y permite una velocidad de transmisión de 40 kbps. Z-Wave es conocido como la mejor opción para la comunicación entre electrodomésticos.
LTE-A (Long Term Evolution-Advanced): el protocolo de comunicación consiste en un conjunto de diversos protocolos utilizados para la comunicación y forma parte de la arquitectura y el sistema de señalización de máquinas basados en el IoT. Supera a otras soluciones de telefonía móvil en cuanto al coste del servicio y la escalabilidad.
EPC Global: El código de dispositivo electrónico se utiliza para identificar artículos en la gestión de la cadena de suministro y en la etiqueta RFID solo se almacena el número de identificación. La arquitectura utiliza tecnología RFID y sistemas de identificación y lectores RFID fáciles de usar para compartir información. Esta arquitectura se considera una tecnología prometedora para el futuro del Internet de las cosas debido a su carácter abierto y a su escalabilidad.
Bluetooth de bajo consumo: El Bluetooth de bajo consumo (BLE) o «Smart Bluetooth» utiliza señales de radio a corta distancia y con un consumo energético mínimo. Su alcance es aproximadamente diez veces mayor que el de la tecnología Bluetooth clásica. Presenta un retraso 15 veces menor que el de la tecnología Bluetooth clásica.
Protocolos utilizados
1. CoAP
El CoAP fue creado por el grupo de trabajo «Constrained RESTful Environments» (CoRE) de la IETF para dispositivos y aplicaciones periféricos. Dicho grupo de trabajo estableció un protocolo de capa de aplicación. El CoAP propone un protocolo de transporte basado en el contexto y en la funcionalidad del protocolo HTTP (REST). REST es un protocolo de conexión almacenable en caché que se basa en una arquitectura cliente-servidor sin estado. Representa la forma adecuada para que clientes y servidores intercambien datos sobre HTTP. Se utiliza en aplicaciones de redes sociales para dispositivos móviles y emplea métodos HTTP (GET, POST, PUT y DELETE) para reducir la complejidad.
2. MQTT
MQTT se utiliza para establecer conexiones entre dispositivos integrados, redes de servicios y middleware. Las operaciones de conexión basadas en mecanismos de enrutamiento hacen de MQTT un excelente protocolo de conectividad para el IoT y el M2M. MQTT se basa en el protocolo TCP y está pensado para dispositivos con pocos recursos o con conexiones poco fiables o de bajo ancho de banda. MQTT consta únicamente de tres componentes: suscriptor, emisor y proxy.
3. AMQP
AMQP es un protocolo de capa de aplicación de estándar abierto destinado a entornos orientados a noticias. Garantiza que el lenguaje original proporcione una comunicación fiable a través de la mensajería, incluyendo «como máximo uno», «como mínimo uno» y «justo lo necesario», así como el protocolo TCP, que garantiza la fiabilidad en el intercambio de mensajes.
Conclusión
La computación periférica está diseñada para permitir que las aplicaciones instantáneas funcionen de manera eficiente y ofrezcan respuestas dentro de un plazo determinado. La arquitectura del sistema se centra en reducir el uso del ancho de banda y minimizar la latencia. La arquitectura de la pasarela de computación periférica puede incluir elementos basados en la nube, como ocurre en muchos casos; sin embargo, en otros casos, las funciones de la nube no se incluyen en el modelo de arquitectura periférica.
La estructura cuenta con una interfaz sencilla con los centros de datos en la nube, lo que permite el almacenamiento permanente de datos en la nube y otros servicios. La estructura periférica es lo suficientemente flexible como para incorporar dispositivos de distintos entornos heterogéneos, lo que permite una mayor proximidad a los dispositivos.
