Para comenzar a comprender cómo funciona el Internet de las Cosas IOT, debemos entender como se establecen las comunicaciones para el desarrollo de proyectos basados en estos dispositivos.

Los modelos de comunicación están regidos por una serie de estándares definidos por el IEEE.  (Institute of Electrical and Electronics Engineers)

De esta manera todos los fabricantes de dispositivos de comunicación en la red pueden establecer una serie de normas para que se puedan intercambiar información con eficacia y seguridad.

Se establecen 4 rangos de comunicación que son:

WANMANLANPAN

Dentro de todo este complejo modelo de redes, existe un vocabulario que voy a explicar a continuación para proseguir con la explicación:

Diccionario básico

  • MAC –>La dirección MAC es un identificador de 48 bits (6 bloques hexadecimales) que corresponde de forma única a una tarjeta o dispositivo de red.
  • IP –> Es un número que identifica, de manera lógica y jerárquica un dispositivo de la red
  • WAP, AP, PA –> Punto de acceso (Wireless Access Point ). Dispositivo encargado de conectar a otros dispositivos a la red, como un router.
  • BSS –> La configuración formada por el punto de acceso y las estaciones ubicadas dentro del área de cobertura. Este conjunto forma un célula dentro de la red.
  • BSSID –> Basic Service Set Identifier. Es el identificador de la BSS definida anteriormente.
  • ESS –> Extended Service Set. Varios BSS conectados entre sí.
  • ESSID –> Extended Service Set Identifier. Es el identificador de la ESS definida anteriormente.
  • SD –> Sistema de Distribución. Conexión definida para conectar BSS entre sí y formar un ESS.
  • NIC –> Network Interface Controller (Controlador de la interfaz de red)
  • Ad Hoc –> Modo de conexión sin necesidad de conectarse a un punto de acceso.
  • IBSS –> Conjunto de Servicio Básico Independiente (Independent Basic Service Set). Configuración que forman las estaciones independientes punto a punto.
  • UMTS – Universal Mobile Telecommunications System (bandas)
  • GSM–  Global System for Mobile communications
  • GPRS – General Packet Radio Service
  • LMDS – Local Multipoint Distribution Service
  • RF ISM – Radiofrequency (Industrial, Scientific and Medical) Radiofrecuencia electromagnética de uso no comercial sin licencia y abierta al público.

Después de todo esto, hay que saber diferenciar estos modelos de comunicación a modo de ejemplo.

Por ejemplo, si yo estoy con mi móvil en la calle y tengo conexión de datos; estamos conectados a la WAN que se comunica por GSM–GPRS/UMTS/LTE; o como se suele decir, estamos conectados a 2G/3G/4G que nos proporciona nuestra compañía. Estas conexiones se realizan haciendo llegar la señal por medio de satelites de telecomunicaciones que tienen repetidores en todas partes para establecer esta comunicación.

Si entramos a nuestra casa y desconectamos los datos para habilitar la conexión WiFi, deberemos tener un Router que pueda tener conexión contratada LAN; ya que se define como una conexión local. Este Router habilita su conexión a la red a diferentes puntos de acceso y todos los dispsitivos se conectan a éste en modo cliente asignándoles una dirección IP local que suele empezar por 192.168.1.XXX.

Lo interesante de este proceso es que podríamos construir un modelo escalable haciendo que nuestro dispositivo cliente se convierta a sí mismo en integrante de esta red y configurarlo. Para ello, el dispositivo debe disponer de una tarjeta de red que disponga del estándar 802.11.

El estándar 802.11 define dos modos operativos:

  • El modo de infraestructura en el que los clientes de tecnología inalámbrica se conectan a un punto de acceso. Éste es por lo general el modo predeterminado para las tarjetas 802.11b.
  • El modo ad-hoc en el que los clientes se conectan entre sí sin ningún punto de acceso.

Es así que creando una configuración se pueden establecer tipologías diferentes en la red para crear un modo de conexiones definido según nuestro interés.

En el modo infraestructura el BSSID corresponde al punto de acceso de la dirección MAC.

ESP9266_COM

Es posible vincular varios puntos de acceso juntos (o con más exactitud, varios BSS) con una conexión llamada sistema de distribución (o SD) para formar un conjunto de servicio extendido o ESS. El sistema de distribución también puede ser una red conectada, un cable entre dos puntos de acceso o incluso una red inalámbrica.ESP9266_COM2

Cuando un usuario itinerante va desde un BSS a otro mientras se mueve dentro del ESS, el adaptador de la red inalámbrica de su equipo puede cambiarse de punto de acceso, según la calidad de la señal que reciba desde distintos puntos de acceso. Los puntos de acceso se comunican entre sí a través de un sistema de distribución con el fin de intercambiar información sobre las estaciones y, si es necesario, para transmitir datos desde estaciones móviles. Esta característica que permite a las estaciones moverse “de forma transparente” de un punto de acceso al otro se denomina itinerancia.

 

En el modo ad hoc los equipos cliente inalámbricos se conectan entre sí para formar una red punto a punto, es decir, una red en la que cada equipo actúa como cliente y como punto de acceso simultáneamente. ESP9266_COM3El rango del BSS independiente está determinado por el rango de cada estación, por lo que no se podrán conectar entre sí si no están en el rango de aplicación. A diferencia del modo
infraestructura, el modo ad hoc no tiene un sistema de distribución que pueda enviar tramas de datos desde una estación a la otra. Entonces, por definición, un IBSS es una red inalámbrica restringida.

 

Las grandes diferencias que hay que considerar de unas y de otras redes se deben estudiar según cada caso de aplicación.

  • La potencia consumida que está directamente relacionada con la     distancia alcanzable por el dispositivo, así como de las condiciones meteorológicas.
  • El rango de aplicación.
  • El tipo de transmisión de datos, puesto que no son compatibles entre unos y otros.
  • La seguridad de acceso, ya que al ser inalámbrica, muchas son propensas a sufrir un ataque externo.

WAN-MAN-LAN-and-PAN

En la siguiente lista hay un esquema con información de las posibles alternativas y dispositivos que se pueden comprar para el desarrollo de proyectos caseros y aprender su funcionamiento.

WPAN – Personal Area network

 

IEEE Alcance Velocidad Frecuencia Modelo
RadioFrecuencia 802.15 Zona de Fresnel 433Mhz -2.4Ghz Transmisor y receptor RF
ZigBee 802.15.4 30m – 100m1,5Km (Pro) 250 kbps 2.4 Ghz, 868Mhz,915 Mhz
 Xbee –Xbee Pro
Bluetooth 802.15.1 10 metros 3 Mbit/s 2.4 Ghz HC-05,HC-06
Bluetooth LE (WiBree)
 802.15.1 10 metros 1Mbit/s 2.4 Ghz HC-08, HC-10, HM-10, CC2541,

 

WLAN -Local Area network

 

IEEE Alcance Velocidad Frecuencia Modelo
WiFi 802.11 b/g/n 20m – 100m 54 Mbit/s 2.4 – 5 Ghz ESP8266

 

WMAN -Metropolitan Area network

IEEE Alcance Velocidad Frecuencia Modelo
Wimax 802.16 3 -7.5Km 35 -75 Mbit/s 2.3 – 3.5 Ghz
LMDS 100m – 35Km 3.4 – 3.5 Ghz

WiMax – Worldwide Interoperability for Microwave Access

 

WWAN -Wide Area network

IEEE Alcance Velocidad Frecuencia Modelo
UMTS 802.2 384 Kbit/s
GSM SIM900
GPRS 56 -114 kbit/s SIM900