Explorando la nube de AWS para el universo IoT

Ismael Rihawi    14 julio, 2020

Nos encontramos ante un nuevo tiempo donde el usuario final, hasta entonces principal responsable de aportar valor al negocio a través de sus datos, está cediendo el protagonismo en favor de las máquinas. En este contexto, se confirma la consolidación de una tendencia: la migración de infraestructuras tecnológicas propias (on-premise) hacia una nube de servicios multipropósito que se rigen por el modelo “Pay as You Go“. ¿Qué tienen que decir los players destacados de Cloud Computing al respecto?

El Internet de las cosas o IoT representa un universo de objetos inteligentes conectados con el fin de proporcionar datos relevantes acerca del entorno y quiénes conviven en el mismo. Su naturaleza es claramente habilitadora al promover el procesamiento en la nube y capacitar a nuevas soluciones a hacer frente a problemas reales en base a insights más precisos y personalizados. Conocedores de esta gran oportunidad, compañías e industrias están centrando sus esfuerzos en organizar su porfolio de productos profesionales alrededor de un ecosistema IoT propio. Al frente, una serie de desafíos a superar en el ámbito tecnológico para ver prosperar tal revolución: seguridad, conectividad, compatibilidad, estandarización y capacidad analítica.

Aspectos a los que plataformas Cloud como Amazon Web Services (AWS) empiezan a dar respuesta, actualizando su catálogo de servicios dedicados a abordar todas las etapas del ciclo de vida de una solución IoT. En esencia, ayudando a empresas y particulares a simplificar las tareas de soporte de infraestructura deslocalizada, en aras de permitir que sus equipos técnicos puedan centrarse en el desarrollo de la lógica empresarial.

A continuación, realizaremos un recorrido por los principales productos que ofrece este gigante tecnológico, describiendo funcionalidad, uso propuesto y configuración requerida con un amplio enfoque E2E (End-to-End).

Visión global de AWS IoT Core

Figura 1: Elementos core requeridos en el funcionamiento de AWS IoT

AWS provee una infraestructura de funcionalidades core orientadas a incorporar dispositivos con conexión a Internet. Dicho anidamiento de “things” conforma una tipología en forma de red descentralizada de nodos físicos con recursos propios de captura, almacenamiento, inferencia y actuación frente a lo que sucede a su alrededor. Sobre ellos, habilita un canal unificado constituido por los siguientes componentes (Figura 1):

  • Mecanismo seguro de publicación y/o suscripción de mensajes entre dispositivos registrados en AWS IoT y aplicaciones móviles, identificado como Message Broker. Requerido el uso de a) Kit de desarrollo de software oficial (AWS SDK) b) Protocolo de conectividad machine-to-machine MQTT sobre WebSocket o interfaz HTTP REST según especificación.
  • Registro recurrente del estado de cada dispositivo con información identificativa que lo representa virtualmente en la nube. Dicha instantánea recibe el nombre de sombra (“shadow“), siendo el servicio Device Shadow el responsable de administrar el histórico de todas las capturas con las actualizaciones en el tiempo.
  • Meta-contenido adicional asociado a las magnitudes físicas capturadas por elementos de sensorización, desencadenando acciones por el cumplimiento de condiciones en reglas definidas por la organización. Sobre el diagrama anterior, recibe el nombre de Rules Engine.
  • Protección en comunicaciones a través de la generación y requerimiento de uso de certificados X.509 como credencial de identificación y acceso a cada uno de los componentes anteriormente descritos.
  • Facilidad de integración con soluciones corporativas ya implantadas o de nueva creación desplegadas en la propia infraestructura Cloud, permitiendo flexibilidad máxima entre estos.
  • Aparte, gracias a la conexión al proveedor, toda solución IoT hereda las características inherentes al mismo: alta disponibilidad de servicio, durabilidad de la información, seguridad y escalabilidad, garantizando un óptimo nivel de disponibilidad de servicio.

Catálogo de servicios autogestionados en AWS IoT

El conjunto de componentes anteriormente descrito recibe el nombre de AWS IoT Core, disponible públicamente desde finales de 2015, y constituye la vía de entrada sobre el que operar con nuevos servicios agregados con entidad propia (Figura 2). De más reciente incorporación, otorgan robustez y autonomía al modelo híbrido de Things & Cloud, a destacar los siguientes:


Figura 2: Arquitectura de servicios principales de la plataforma AWS IoT
  • AWS IoT Greengrass: Servicio que posibilita transferir competencias de comunicación, persistencia, replicación y analítica de datos al entorno local (concepto que conocemos como “edge computing“). Su inclusión dota a las soluciones IoT de respuesta a eventos near real-time, mantenimiento del servicio en ausencia de conectividad y reducción de costes operacionales, entre otras.
  • AWS IoT Device Management: Motor de simplificación de las labores de inclusión de dispositivos en masa, facilitando de manera ágil su supervisión. La generación de certificados, políticas, agrupaciones de cosas, trabajos o canales seguros entre cosas, a golpe de clic.
  • AWS IoT Device Defender: Panel de monitorización de métricas de seguridad de la flota de dispositivos, asegurando el correcto cumplimiento normativo y de procesos de auditaría.

Figura 3: Ejemplo de arquitectura de mantenimiento predictivo industrial con integración de servicios tradicionales de computación distribuida y almacenamiento de alta durabilidad en AWS
  • AWS IoT Analytics: Módulo que facilita el análisis proveniente de los datos recogidos por los dispositivos de Internet of Things. ¿Qué beneficios entraña respecto a los servicios de Big Data e Inteligencia Artificial ya existentes en AWS? Una capa de abstracción que aúna y optimiza las tareas desde su captura en tiempo real (en vez de Amazon Kinesis), almacenamiento (Amazon S3), transformación (AWS Glue) o consulta (Amazon Athena), entre otros. El ejemplo del diagrama anterior se vería reducido ostensiblemente con la incorporación de esta pieza de carácter cognitivo (Figura 4):

Figura 4: Ejemplo de arquitectura de mantenimiento predictivo industrial simplificada gracias a AWS IoT Analytics

En constante evolución, AWS IoT sigue incorporando nuevos servicios (véase AWS IoT SiteWise, AWS IoT Things Graph o FreeRTOS) y alimentando de nuevas funcionalidades a los ya existentes de largo recorrido. A pesar de todas las ventajas proporcionadas por los mismos, el mercado indica la existencia de cierto margen de crecimiento, especialmente en la mejora de la complejidad de uso y la experiencia de usuario. Amazon presenta un listado de casos prácticos ejecutados con éxito por parte de empresas de múltiples sectores pioneras en su productivización.

En un siguiente post, ya a la vuelta del verano, nos pondremos manos a la obra, llevando a cabo paso a paso una prueba de concepto (MVP) al alcance de todos, y que se apoyará en algunos de estos servicios. El objetivo será el de arrojar luz acerca de como establecer un flujo de trabajo básico en la comunicación e interacción entre un microcontrolador y el hub de componentes asociados en la nube de AWS. ¡Estad listos para entonces!

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