Problemática
En los últimos años la continua evolución de las TIC (Tecnologías de la Información y la Comunicación) no sólo ha permitido crear múltiples protocolos y tecnologías en el ámbito de las comunicaciones, sino que a partir de ellas se han generado un sinfín de aplicaciones para la gestión, control y/o monitorización de parámetros de forma remota y automática.
En la mayoría de los casos, sin embargo, estas aplicaciones o funcionalidades adolecen de una baja o nula capacidad para su interconexión e interoperabilidad con otras redes o sistemas de comunicación. Así, a pesar de cumplir una función específica con un alto grado de efectividad, su coste de desarrollo y mantenimiento las convierten en ineficientes cuando se trata de interaccionar con otras aplicaciones.
De esta forma, conceptos como sensores, comunicaciones mediante redes de sensores (WSN) last mile (último kilómetro), sistemas de comunicaciones M2M (máquina a máquina, del inglés Machine to machine) y software de gestión, monitorización y explotación se definen, desarrollan y aplican para una única y especifica aplicación, aun cuando han sido planteados de forma genérica y transversal. Es por ello que la principal problemática a la que se enfrentan hoy las empresas a la hora de implantar este tipo de soluciones es que la mayoría de los dispositivos electrónicos o equipos emplean varios protocolos de comunicación, tanto propietarios como estándar, pero ninguno de ellos es similar o compatible con otros, por lo que la interoperabilidad pasa por procesos de virtualización de los recursos HW y SW. Esta circunstancia implica un alto grado de especificidad en cada aplicación, con un elevado coste de ingeniería específica en cada caso y una limitada portabilidad, lo que conlleva un alto coste de programación para cada aplicación a generar así como un coste adicional de integración de diversas redes.
Esta limitación, de por sí muy importante cuando hablamos de una aplicación concreta, adquiere una dimensión aún mayor cuando se observa la evolución prevista de la tecnología WSN last mile + M2M a nivel global, que interconectará a Internet, para el año 2020, un mínimo de 50.000 millones de dispositivos alrededor del mundo, según estimaciones de CISCO.
Las redes WSN last mile utilizan bandas de radiofrecuencia libres (ISM) para acceder a una elevada cantidad de sensores situados geográficamente próximos, de forma que concentran dicha información y luego la trasmiten a través de operadores de internet mediante tecnologías de comunicación M2M (ADSL, fibra óptica, GPRS, UMTS, HSDPA, etc.)
Teniendo en cuenta que estos sistemas ofrecen el potencial, entre otros, de optimizar procesos productivos en la industria, en tanto que no requieren intervención humana, agilizar procesos logísticos e incorporar nuevos servicios y complementar sus sistemas de información, la situación actual supone una clara barrera para la eclosión tecnológica de los sistemas M2M, que no serán capaces de cumplir las expectativas generadas si no se modifican las características de baja interoperabilidad y capacidad para comunicarse con otras redes y sistemas.
En vista de esta perspectiva, adquiere, pues, una total relevancia, el hecho de replantear este tipo de sistemas desde su misma concepción, para dotarlos de un principio imprescindible para su sostenibilidad y éxito futuros: la interoperabilidad, esto es, la capacidad de comunicarse con otros dispositivos, como sensores y actuadores, para generar un ecosistema abierto, multiprotocolo e interoperable, capaz de interaccionar con el entorno que le rodea.
Un ejemplo del potencial que ofrecen los sistemas M2M + WSN last mile son las aplicaciones de telemedida, que, al margen de intentar solucionar una problemática muy concreta, como es la lectura remota de contadores de agua y gas, han integrado progresivamente otros buses de campo para sensores y actuadores complementarios al sistema, y han intentado progresivamente aportar una solución al problema de la interoperabilidad, lo cual ha abierto el concepto inicial a:
- la gestión abierta y completa de sistemas de medida (sensores),
- comunicaciones locales (WSN last mile),
- comunicaciones autónomas de largo alcance (M2M) y
- sistemas de gestión y entrega de los datos recogidos.
Proyectos anteriormente desarrollados (“Solución global AMR para GAS sobre infraestructura AMI estandarizada” y “Convergencia de Servicios e Infraestructuras M2M para la gestión de Ambientes Inteligentes”, ambos liderados por Kromschroeder) han permitido obtener las primeras versiones de sistemas de telemedida completos, compuestos de una capa de aplicaciones sobre un hardware de medida, una red de comunicaciones compuesta por una parte WSN last mile y otra M2M, y finalmente una capa software de gestión de datos y protocolos y de enlace con los aplicativos de los proveedores de servicio: agua, gas y electricidad.
Además, se demostró la viabilidad de un sistema que permite la interacción de distintos tipos de sensores y actuadores, basado en las capacidades de interoperabilidad e interconexión de las redes de operadores de comunicaciones -M2M- y redes propietarias -WSN last mile-. Al mismo tiempo, sin embargo, quedó patente la necesidad de explorar nuevas alternativas en lo que se refiere a protocolos de comunicación en las redes de sensores y el enlace de éstas hacia Internet (concentradores y gateway), para optimizar la relación entre la duración de la batería y la disponibilidad de los datos recogidos, a la vez que sin añadir una carga de información (overhead) excesiva.
Nos encontramos, pues, ante una problemática múltiple en torno a la aplicación de soluciones M2M + last mile, que, hasta el momento, no ha podido ser solucionada de forma satisfactoria y que constituye la base sobre la que asienta este proyecto:
- La evolución prevista en el crecimiento del número de dispositivos conectados a Internet es inviable en los términos actuales, ya que no existen mecanismos de interoperabilidad adecuados, lo cual requiere de la optimización de la comunicación en las redes de sensores y actuadores y del diseño de los concentradores de datos.
- Las primeras soluciones desarrolladas han supuesto un primer paso hacia la solución de la problemática identificada, aunque han mostrado importantes carencias, especialmente en lo referido al consumo energético de los sistemas, que podemos interpretar como retos a superar en el marco de esta propuesta.
En caso de un escenario en el que múltiples actuadores y redes de sensores se comuniquen entre sí, hay que avanzarse a la circunstancias, y proponer una técnica, presumiblemente basada en la inteligencia artificial, para el análisis y gestión de la gran cantidad de datos que se obtendrán, con el fin de crear servicios de valor añadido a partir de ellos.