Las 5 capas de la pila de tecnología de IoT

En esta publicación, describo las 5 capas de la pila de tecnología de IoT y cómo los gerentes de producto pueden incorporarlas en su estrategia de producto y hoja de ruta.

Probablemente hayas escuchado mucho sobre cómo Internet de las cosas (IoT) revolucionará muchas áreas de nuestra vida. E incluso con todo este potencial, muchos gerentes de producto todavía tienen dificultades para comprender los conceptos básicos de IoT y cómo pueden usarlo para proporcionar valor adicional a sus clientes y a la empresa.

Nota: Si es nuevo en IoT, le recomiendo mi artículo ¿Qué es Internet de las cosas?

Al comenzar con IoT, es fácil sentirse intimidado por la complejidad, la jerga y la publicidad. Pero no hay nada de qué preocuparse. El primer paso es dejar de ver el IoT como una caja negra y empezar a verlo como un sistema compuesto por algunos bloques de tecnología distintos.

A estos bloques los llamo las 5 capas de la pila de tecnología de IoT. Una vez que se familiarice con la pila de tecnología de IoT, verá que no hay nada mágico en IoT. Son solo sensores, computadoras y redes juntas. Por cierto, todos los productos de IoT tienen estas 5 capas, independientemente de si son productos de consumo o industriales.

Más adelante en esta publicación, también describiré cómo puede usar este modelo conceptual para interactuar con su equipo, clientes y proveedores. Pero primero, hablemos de la pila de tecnología de IoT.

¡Empecemos!

Presentamos las 5 capas de la pila de tecnología de IoT

El primer paso para convertirse en un gerente de productos de IoT es comprender las cinco capas de la pila de tecnología de IoT. Al dividir una solución completa de IoT en estas cinco capas, los gerentes de producto pueden comprender y analizar mejor las compensaciones comerciales y tecnológicas que se necesitan en cada nivel y en el sistema en su conjunto. Estas cinco capas son:

Para poner esta pila de tecnología de IoT en contexto, imaginemos que está desarrollando un producto que monitorea el estado de una turbina eólica. Este producto anticipa cuándo la turbina necesita mantenimiento, lo que ahorra millones de dólares en posibles daños a la turbina y evita la interrupción del servicio.

Esta técnica se conoce comúnmente como "mantenimiento predictivo".

Ahora usemos el ejemplo de la turbina eólica para describir en detalle cada una de las capas de la pila de tecnología de IoT.

Capa 1:hardware del dispositivo

Los dispositivos constituyen las "cosas" en Internet de las cosas. Los dispositivos actúan como interfaz entre los mundos físico y digital. Son la primera capa de la pila de tecnología de IoT.

Lo primero que debe considerar es si su producto es el dispositivo conectado en sí (es decir, el termostato Nest) o si su producto se está convirtiendo en un existente dispositivo en un dispositivo conectado agregando instrumentación (es decir, agregando sensores y comunicación a una turbina eólica). En nuestro ejemplo, no está vendiendo la turbina eólica, solo el dispositivo que se conecta a la turbina eólica. En otras palabras, nuestro ejemplo de turbina eólica es una solución "brownfield".

Uno de los principales objetivos de su dispositivo es recopilar datos. Entonces, a continuación, debe pensar qué datos recopilar y, por lo tanto, qué hardware de dispositivo necesita para hacer eso.

Para necesidades simples de recopilación de datos, es posible que solo necesite un sensor. Para una recopilación de datos más compleja, es posible que necesite una computadora industrial que contenga muchos sensores, un procesador potente, almacenamiento local, una puerta de enlace, etc.

En esta capa de la pila de tecnología de IoT, es esencial comprender los parámetros de hardware como el costo, el tamaño, la facilidad de implementación, la confiabilidad, la vida útil, etc.

Por ejemplo, para dispositivos pequeños como relojes inteligentes, es posible que solo tenga espacio físico para un sistema en un chip (SoC). Para soluciones más exigentes, es posible que necesite una computadora integrada como una placa Raspberry Pi, Arduino o BeagleBone. Para necesidades informáticas críticas, es posible que necesite computadoras industriales avanzadas como RIO o PXI compactas. Todas estas soluciones tienen diferentes requisitos en cuanto a costo, tamaño, duración de la batería, etc.

Para nuestro producto de monitoreo de turbinas eólicas, necesitaremos un acelerómetro como sensor para recopilar datos de vibración. Si la vibración está fuera de un rango específico, eso significa que la turbina eólica necesita servicio. Dado que se trata de una aplicación industrial pesada, probablemente necesitemos utilizar una computadora industrial como la RIO compacta, ya que tiene suficiente potencia informática y ya tiene acelerómetros integrados.

Su dispositivo también necesitará hardware para comunicar los datos a la nube. Más sobre esto en la sección de comunicaciones.

Artículo recomendado: ¿Cómo funciona un dispositivo de IoT?

Capa 2:software del dispositivo

El software del dispositivo es el componente que convierte el hardware del dispositivo en un "dispositivo inteligente". El software del dispositivo es la segunda capa de la pila de tecnología de IoT.

El software del dispositivo habilita el concepto de "hardware definido por software", lo que significa que un dispositivo de hardware en particular puede servir para múltiples aplicaciones dependiendo del software integrado que esté ejecutando.

El software del dispositivo le permite implementar la comunicación con la nube u otros dispositivos locales. Puede realizar análisis en tiempo real, adquisición de datos de los sensores de su dispositivo e incluso control.

Esta capa de la pila de tecnología de IoT es fundamental porque sirve como pegamento entre el mundo real (hardware) y sus aplicaciones en la nube. Dependerá de usted y su equipo decidir cuánta funcionalidad coloca aquí en comparación con la nube.

También puede utilizar el software del dispositivo para reducir los riesgos del desarrollo de hardware. Construir hardware es caro y lleva mucho más tiempo que el software. Por lo tanto, en lugar de construir su dispositivo para un propósito específico y limitado, es mejor usar hardware genérico que el software de su dispositivo pueda personalizar para brindarle más flexibilidad en el futuro.

Esta técnica a menudo se conoce como "hardware definido por software". De esta manera, puede actualizar su software integrado de forma remota a través de la nube, que actualizará su funcionalidad de "hardware" en el campo.

Divido la capa de software del dispositivo en dos categorías:

Sistema operativo del dispositivo

La complejidad de su solución de IoT determinará el tipo de sistema operativo (SO) del dispositivo que necesita. Algunas de las consideraciones clave incluyen si su aplicación requiere procesamiento en tiempo real, el tipo de soporte de E / S que necesita y si necesita soporte para la pila TCP / IP completa. Los ejemplos comunes de sistemas operativos integrados incluyen Linux, Brillo (Android reducido), Windows Embedded y VxWorks, por nombrar algunos.

Aplicaciones del dispositivo

Las aplicaciones del dispositivo se ejecutan en la parte superior del sistema operativo Edge y brindan la funcionalidad específica para su solución de IoT. Aquí las posibilidades son infinitas. Puede concentrarse en la adquisición y transmisión de datos a la nube, análisis, control local, etc.

Para nuestro ejemplo de monitor de turbina eólica, nuestro acelerómetro tomará muestras frecuentes para medir la vibración. Esto produce una enorme cantidad de datos. Pero no necesitamos enviar todos esos datos a la nube, solo los datos que indican que hay un problema. Por lo tanto, el software de la aplicación de nuestro dispositivo monitoreará los datos localmente y solo enviará advertencias y condiciones de error. También realizará un control en tiempo real para apagar la turbina si la vibración sale de los parámetros especificados.

Consejo de Product Manager: Si el hardware y el software del dispositivo funcionan juntos para crear un dispositivo inteligente, ¿por qué representarlos por separado en la pila de tecnología IoT? Es útil pensar en ellos por separado porque los crean diferentes equipos que utilizan requisitos, procesos y cronogramas muy diferentes. El software del dispositivo será desarrollado por ingenieros de software utilizando un enfoque ágil. Los dispositivos, por otro lado, serán desarrollados por un grupo de ingeniería de hardware siguiendo un proceso de NPI de hardware. Esta separación hará que su trabajo sea mucho más cómodo a medida que planifica las hojas de ruta y trabaja con varios equipos.

Capa 3:Comunicaciones

Las comunicaciones se refieren a todas las diferentes formas en que su dispositivo intercambiará información con el resto del mundo. Las comunicaciones son la tercera capa de la pila de tecnología de IoT. Dependiendo de su industria, algunas personas se refieren a esta capa de la pila de tecnología de IoT como "conectividad". En esta publicación, estoy usando el término más genérico "comunicaciones", pero me refiero a lo mismo.

Las comunicaciones incluyen tanto las redes físicas como los protocolos que utilizará. Es cierto que la implementación de la capa de comunicaciones se encuentra en el hardware del dispositivo y en el software del dispositivo. Pero desde un modelo conceptual (no un modelo de implementación), prefiero mantener las Comunicaciones como su propia capa para facilitar las discusiones con el resto de mi equipo.

Seleccionar los mecanismos de comunicación correctos es una parte fundamental de su estrategia de productos de IoT. Determinará no solo cómo entra y sale datos de la nube (por ejemplo, usando Wi-Fi, WAN, LAN, 4G, 5G, LoRA, etc.), sino también cómo se comunica con dispositivos de terceros en el mismo edificio.

Por ejemplo, es común que los sistemas de los edificios inteligentes se comuniquen entre sí mediante el protocolo BACnet. Si su dispositivo está involucrado en la automatización de edificios, es una buena idea que su dispositivo brinde soporte BACnet, incluso si aún no está seguro de si desea que su dispositivo hable con otros dispositivos en el edificio.

Su estrategia de comunicación tiene un impacto en la topología general de su sistema. Por ejemplo, si su solución de IoT tiene diez sensores, ¿debería cada sensor comunicarse directamente con la nube? ¿O debería tener diez sensores más simples (y más económicos) que se comuniquen con una puerta de enlace central para la agregación y la transmisión de datos de largo alcance?

Estas decisiones no son puramente técnicas. Estas son decisiones comerciales que los gerentes de productos deben tomar al considerar el impacto en el costo, la implementación y la complejidad técnica de la solución.

Para mi ejemplo de monitor de turbina eólica, la primera inclinación podría ser conectar los dispositivos a una red de área local. Pero el parque eólico puede estar en medio de la nada, y todo lo que tienes es una torre de telefonía celular cercana. Por lo tanto, tendrá que conectarse a la nube a través de la comunicación celular.

Esta decisión tendrá implicaciones en la selección de hardware y software de su dispositivo, y en su costo porque tendrá que pagarle a un proveedor de servicios celulares por la conexión. Este costo adicional también respalda nuestra decisión de analizar previamente los datos del sensor en el dispositivo y solo enviar información procesable a la nube en lugar de enviar todo el conjunto de datos producido por el acelerómetro. Recuerde, cuantos más datos transmita, más le costará. .

Capa 4:plataforma en la nube

La plataforma en la nube es la columna vertebral de su solución de IoT. Si está familiarizado con la gestión de las ofertas de SaaS, entonces conoce bien el papel de esta capa de la pila de tecnología de IoT.

Una plataforma en la nube proporciona la infraestructura que respalda estas áreas críticas:

Gestión y recopilación de datos

Sus dispositivos inteligentes transmitirán información a la nube. A medida que defina los requisitos de su solución, debe tener una buena idea del tipo y la cantidad de datos que recopilará de forma diaria, mensual y anual.

Uno de los desafíos de las aplicaciones de IoT es que pueden generar una enorme cantidad de datos. Debe asegurarse de definir sus parámetros de escalabilidad para que sus arquitectos puedan determinar la solución de gestión de datos adecuada desde el principio.

Artículo recomendado: Big Data:6 áreas clave que todo gerente de producto debe abordar

Analytics

La analítica es uno de los componentes críticos de cualquier solución de IoT. Por análisis, me refiero a la capacidad de procesar datos, encontrar patrones, realizar pronósticos, integrar el aprendizaje automático, etc. Es la capacidad de encontrar información valiosa a partir de sus datos y no solo los datos lo que hace que su solución sea valiosa. El análisis puede ser tan simple como la agregación y visualización de datos o puede ser tan elaborado como el uso de aprendizaje automático o inteligencia artificial. No hay nada correcto o incorrecto aquí. Las necesidades de su cliente informarán qué tipo de análisis deberá realizar para resolver su necesidad.

API de nube

Internet de las cosas se trata de conectar dispositivos y compartir datos, lo que puede lograr al exponer las API a nivel de nube o de dispositivo. Las API en la nube permiten a sus clientes y socios interactuar con sus dispositivos o intercambiar datos. Recuerde que abrir una API no es una decisión técnica; es una decisión empresarial.

Artículo recomendado: El negocio de las API:qué deben planificar los gerentes de producto

Los gerentes de producto deben proporcionar a sus equipos una dirección clara de la solución global de IoT para que los equipos técnicos puedan determinar la arquitectura de nube adecuada. Los gerentes de producto también deben evaluar el costo y la complejidad del desarrollo de la plataforma en la nube mediante un análisis de compilación versus compra.

Cada equipo técnico se inclina a construir una solución completa desde cero. Pero independientemente de si el equipo es capaz de hacerlo o no, es esencial que el Gerente de Producto determine si construir su plataforma en la nube tiene "sentido comercial" no solo desde la perspectiva del desarrollo, sino también considerando el costo total de propiedad, mantenimiento, soporte, confiabilidad y tiempo de comercialización.

En muchos casos, podría ser mejor aprovechar la PaaS (plataforma como servicio) existente. Hay muchos en el mercado, por lo que para profundizar en la capa de la plataforma en la nube de la pila de tecnología de IoT, recomiendo mi artículo:

Artículo recomendado: Qué es una plataforma de IoT (y cómo elegir una)

Para nuestro ejemplo de monitoreo de turbinas eólicas, pensemos en cuántos datos tendremos que almacenar. Es posible que los datos de una turbina no parezcan muchos. Pero a lo largo de los años, se irá sumando. Además, recuerde que su plataforma en la nube debe admitir datos de miles de aerogeneradores. Con el tiempo, esta será una enorme cantidad de datos, por lo que nuestra infraestructura en la nube debe permitir un almacenamiento y procesamiento flexibles de estos datos.

Además, es posible que su análisis de la nube deba procesar los datos entrantes en tiempo real para detectar tendencias y poder hacer predicciones de cuándo las turbinas necesitarán servicio. Es posible que también deba abrir una API para mostrar esta información en la capa de su aplicación.

Capa 5:Aplicaciones en la nube

Esta quinta capa de la pila de tecnología de IoT es la que más fácilmente entienden los equipos de productos y los ejecutivos. Sus aplicaciones de usuario final son la parte del sistema que sus clientes verán e interactuarán. Es muy probable que estas aplicaciones estén basadas en la web y, según las necesidades de sus usuarios, es posible que necesite aplicaciones independientes para escritorio, dispositivos móviles e incluso dispositivos portátiles.

Incluso si su dispositivo inteligente tiene su propia pantalla, es muy probable que su cliente utilice una aplicación en la nube como su principal punto de interacción con su solución. Esto les permite tener acceso a sus dispositivos inteligentes en cualquier momento y en cualquier lugar, lo cual es parte del objetivo de tener dispositivos conectados.

Los gerentes de producto deben comprender a sus usuarios y el "trabajo por hacer" de su producto. Al diseñar sus aplicaciones de usuario final, es muy importante comprender quién es su usuario y cuál es su objetivo principal al utilizar su producto. Tenga en cuenta que para las aplicaciones de IoT industrial, probablemente tendrá más de un usuario.

Las aplicaciones también se pueden dividir en aplicaciones internas y de cara al cliente. Las aplicaciones orientadas al cliente suelen recibir la mayor atención, pero en el caso de IoT, las aplicaciones internas son igualmente importantes. Estos incluyen aplicaciones para aprovisionar y solucionar problemas de dispositivos de forma remota, monitorear el estado de su flota de dispositivos, informar sobre el rendimiento y el mantenimiento predictivo, etc.

Estas aplicaciones internas requerirán una comprensión profunda de sus clientes externos e internos y requerirán la priorización y los recursos adecuados para asegurarse de que no se pierdan. Son un componente clave de una solución de IoT, por lo que es responsabilidad del gerente de producto asegurarse de que se hagan.

Para nuestro monitor de turbina eólica, una posible aplicación sería una aplicación web utilizada por los operadores de parques eólicos que trabajan en una sala de control central. Esta aplicación muestra información y tendencias sobre las miles de turbinas que administran y las alerta cuando una turbina en particular necesita servicio. El operador puede obtener esta información en tiempo real y enviar al equipo de servicio para realizar el mantenimiento preventivo, evitando costosas reparaciones e interrupciones del servicio.

Artículo recomendado: Por qué es tan difícil crear una buena experiencia de usuario en IoT

¿Qué pasa con "The Edge"?

Probablemente haya escuchado el término "ventaja" junto con IoT. Edge se refiere a "edge computing", que es la capacidad de realizar análisis o algún otro trabajo computacional más cerca de donde están sus sensores.

La pregunta que me hacen a menudo es:¿Por qué no incluyó el borde como una de las capas de la pila de tecnología de IoT? ¡Esa es una gran pregunta! Y la respuesta es sencilla:simplicidad.

En esta publicación, presento un modelo conceptual de la pila de tecnología de IoT para ayudarlo en las conversaciones con todas sus partes interesadas y clientes.

Este modelo genérico no pretende ser una representación de ingeniería exacta de una solución de IoT. Eso aumentaría la complejidad y anularía el propósito de tener una herramienta de comunicación simple.

Otra razón es que la definición de "ventaja" cambia según con quién esté hablando. Por ejemplo, según el proveedor, la ventaja puede ser:

• El dispositivo en sí
• Una puerta de enlace
• Un servidor local que recopila datos antes de conectarse a la nube
• El borde de la red celular o "borde Telco" si está hablando con proveedores de telecomunicaciones
• El borde de la red eléctrica (es decir, medidores inteligentes) si está hablando con Servicios públicos

Como puede ver, la definición y la interpretación varían. Mi recomendación es que sea simple y use estas 5 capas de la pila de tecnología de IoT.

Pero, si necesita agregar el borde para mayor claridad, puede modificar mi diagrama para agregar las capas necesarias que representen mejor su solución. El objetivo es tener un modelo conceptual que USTED pueda utilizar para comunicarse con todas sus partes interesadas.

La pila de tecnología de IoT es una herramienta de comunicación

¿Cómo debería utilizar este modelo de las 5 capas de la pila de tecnología de IoT? Úselo como herramienta de comunicación.

Como gerentes de producto, necesitamos interactuar con muchas personas de nuestra organización, así como con clientes y socios. Descubrí que el primer desafío es lograr que todos estén en la misma página. Ahí es donde entra en juego esta herramienta.

Cada vez que hablo con nuevos grupos, actualizo la pila de tecnología de IoT para asegurarme de que todos entiendan de qué estoy hablando cuando digo IoT o soluciones de IoT de un extremo a otro. Les da a todos un marco de referencia Y un lenguaje común para referirse a los distintos componentes básicos. Elimina el enfoque de "caja negra" de IoT y lo expresa en términos que todos puedan entender.

Incluyo esta pila de tecnología de IoT en la mayoría de mis presentaciones (internas y externas) y, a menudo, abro cada reunión alineando a todos en las 5 capas y luego en la específica en la que nos centraremos para esta reunión.

Me ayuda a anclar las discusiones no solo con el equipo técnico, sino también con ventas, marketing, ejecutivos, diseño, ciencia de datos, cumplimiento, proveedores, etc.

Ahora que está familiarizado con la pila de tecnología de IoT, le recomiendo que lea mi artículo sobre el marco de decisión de IoT. Le brindará el siguiente nivel de herramientas para abordar la administración de productos de IoT de una manera estructurada.

Curso en línea recomendado: El programa de certificado de administrador de productos de IoT

Conclusión

A medida que Internet de las cosas continúa creciendo, el mundo necesitará un ejército de gerentes de productos expertos en IoT. Y esos gerentes de producto deberán comprender cada capa de la pila de tecnología de IoT y cómo encajan todas juntas en una solución completa de IoT.

Los gerentes de producto deberán tomar decisiones comerciales y técnicas estratégicas en cada capa para garantizar el éxito de sus productos.

Favor rápido. Si le gustó este artículo, sería de GRAN ayuda si lo compartiera con otras personas del producto.

¿A donde vas desde aquí? Lea mi próxima publicación, donde comparto un marco de decisión de IoT. Mi marco se basa en la pila de tecnología de IoT para brindarle un método estructurado para desarrollar su estrategia y hoja de ruta de productos de IoT.