Ejercicios: Elementos y protocolos de comunicación

Explica con tus palabras qué es el internet de las cosas y describe dos ejemplos de objetos conectados que conozcas, indicando qué datos envían o reciben.

Todo sistema IoT combina cuatro elementos: sensores, actuadores, conectividad y aplicación. Explica qué aporta cada uno al sistema y pon un ejemplo concreto de cada elemento dentro de una casa inteligente.

La figura muestra la arquitectura de un sistema IoT que vigila la humedad de una planta: el sensor envía los datos por wifi hasta la red y la persona los consulta en una aplicación del celular, pero uno de los elementos está tapado con un signo de interrogación, como se muestra en la figura.

Indica qué elemento falta en la cadena y qué funciones cumple (almacenar y procesar los datos, estar accesible desde cualquier lugar...). Después, describe el recorrido completo de un dato desde la planta hasta la pantalla del celular.

Explica qué es un sensor y describe tres sensores habituales en dispositivos IoT (temperatura, humedad, luz, movimiento, distancia...), indicando qué mide cada uno.

Explica qué es un actuador y describe tres actuadores de una vivienda inteligente (relé de enchufe, cerradura motorizada, válvula de riego), indicando qué acción realiza cada uno.

Explica con tus palabras qué es una dirección IP y por qué cada dispositivo conectado a una red necesita una dirección única (funciona como la dirección postal del dispositivo dentro de la red).

¿Qué es el emparejamiento (pairing) bluetooth? Describe una situación en la que lo hayas usado y qué seguridad aporta que dos dispositivos deban emparejarse antes de comunicarse.

En una app de jardín inteligente, el dato «humedad 38 %» y el mensaje «riega esta tarde» no son lo mismo. Explica la diferencia entre dato e información, y qué parte del sistema convierte lo primero en lo segundo.

Compara wifi y bluetooth como protocolos para un dispositivo IoT (alcance, consumo de energía, velocidad, necesidad de red) y razona cuál elegirías para: (a) una pulsera de actividad que se sincroniza con el celular y (b) una cámara de seguridad que envía video en tiempo real.

Analiza un termostato inteligente: identifica qué datos captura, dónde se procesan (en el propio aparato o en la nube), qué decisiones toma de forma automática y qué ve y qué puede ordenar la persona usuaria desde la aplicación.

Un agricultor quiere instalar veinte sensores de humedad de suelo repartidos por un campo donde no hay cobertura wifi. Propón una solución de conectividad razonable (red de largo alcance y bajo consumo, pasarela intermedia...) y justifica tu elección frente a usar simplemente wifi o bluetooth.

Elige y justifica la conectividad (wifi, bluetooth o datos móviles) para: (a) un reloj deportivo que se sincroniza con el celular, (b) un timbre con video que envía imagen en directo y (c) un localizador de bicicleta que puede estar lejos de la casa. Valora el alcance, el consumo de batería y el costo de datos en cada caso.

Un sensor alimentado con pilas no puede transmitir continuamente sin agotarlas. Explica dos estrategias de ahorro energético en IoT (dormir el dispositivo entre medidas, enviar resúmenes por intervalos en vez de cada lectura) y qué se pierde con cada una (inmediatez, nivel de detalle).

Algunos sensores no se conectan directamente a internet, sino a una pasarela (gateway) que habla por ellos. Explica qué es una pasarela IoT, cuándo hace falta (sensores con protocolos de bajo consumo sin IP propia, instalaciones con muchos sensores) y qué ventaja de gestión aporta.

Analiza un parlante con asistente de voz: qué procesamiento ocurre en el propio aparato (detectar la palabra de activación) y cuál en la nube (entender la petición y responder), y qué funciones dejan de estar disponibles cuando se cae la conexión a internet.

Una cámara IP viene con la contraseña de fábrica «admin/admin». Analiza el riesgo concreto de no cambiarla (las listas de contraseñas por defecto circulan por internet y los dispositivos se localizan con buscadores especializados) y describe dos medidas básicas de seguridad para cualquier dispositivo IoT doméstico.

En un invernadero escolar automatizado se detecta que las plantas sufren hongos porque el sistema riega indiscriminadamente cada vez que la humedad del suelo baja del 30 %, incluso de noche o con alta humedad ambiental, y además una caída puntual del Wi-Fi provocó una inundación al quedar la válvula abierta. Rediseña el sistema IoT: 1) Selecciona y justifica qué sensores adicionales debes incorporar además del de humedad del suelo. 2) Diseña un algoritmo de control lógico con condiciones compuestas (humedad del suelo, humedad ambiental, temperatura y franja horaria) para optimizar el riego y evitar enfermedades vegetales. 3) Justifica razonadamente si la decisión de abrir o cerrar la electroválvula debe ejecutarse en el microcontrolador local (Edge Computing) o en un servidor en la nube para garantizar la seguridad de la instalación ante cortes de red.

Una empresa propone instalar en un liceo un sistema de alarma contra incendios y control ambiental 100 % dependiente de la nube: los sensores de humo y CO2 envían lecturas por Wi-Fi a un servidor remoto, el cual procesa los datos y devuelve a los actuadores la orden de hacer sonar las sirenas y abrir compuertas. Rebate técnicamente esta propuesta evaluando los riesgos de latencia, disponibilidad de red y puntos únicos de falla en una emergencia. A continuación, diseña una arquitectura híbrida (Edge Computing y Cloud Computing) detallando qué funciones específicas deben ejecutarse obligatoriamente en local en tiempo real y cuáles deben delegarse en la nube, justificando la partición de tareas.

En una sala de clases de 30 estudiantes se quiere automatizar el monitoreo de CO2 y la ventilación mecánica. Si se programa un umbral fijo de 800 ppm, el sistema enciende y apaga continuamente el extractor cada vez que la concentración oscila entre 795 y 805 ppm, provocando ruido molesto y desgaste prematuro del motor. 1) Diseña una lógica de control con histéresis (establece dos umbrales justificados: uno de activación y otro de desactivación) para resolver este problema. 2) Justifica la elección del tipo de sensor (tecnología óptica NDIR frente a sensores electroquímicos MOX de bajo costo) atendiendo a la selectividad de los gases y la estabilidad de las mediciones. 3) Evalúa qué tecnología de conectividad (Wi-Fi frente a Zigbee o Bluetooth LE) es más idónea si el sensor debe situarse en el centro de la sala alimentado por una batería que debe durar todo el año escolar.

El contrato de un nuevo asistente de voz IoT indica que el dispositivo graba y sube al servidor fragmentos de audio de forma periódica para «entrenar algoritmos de reconocimiento acústico y mejorar la experiencia de usuario». Como responsable de privacidad y diseño tecnológico: 1) Analiza la diferencia técnica entre el procesamiento local de la palabra de activación (wakeword) en el chip del dispositivo y el envío directo del flujo de audio a la nube, evaluando los riesgos de filtración de conversaciones privadas o datos de menores. 2) Diseña tres requisitos técnicos rigurosos (a nivel de hardware, cifrado y políticas de retención de datos) que impondrías al fabricante para evitar la monitorización pasiva sin consentimiento antes de autorizar su compra.

Reto del tema. ¿Cómo optimizarías el confort térmico de tu vivienda mediante IoT sin disparar el consumo eléctrico? Diseña una propuesta domótica conectada basada en datos reales.

1. Toma de datos reales: Consulta en la web de la Dirección Meteorológica de Chile o del Coordinador Eléctrico Nacional y registra en LibreOffice Calc la temperatura exterior o el costo horario de la luz en tu zona durante un día representativo (mínimo 6 tomas, ej. $0,16$ pesos/kWh).

2. Elementos del sistema: Define la arquitectura IoT identificando sensores (temperatura/humedad), actuadores (relés para caldera o válvulas termostáticas) y el nodo de procesamiento (ej. ESP32 o micro:bit simulada en MakeCode).

3. Protocolos de comunicación: Justifica razonadamente los protocolos elegidos para la capa física/enlace (Zigbee frente a Wi-Fi) y de aplicación (MQTT frente a HTTP), analizando latencia, cobertura y eficiencia energética.

4. Propuesta técnica: Elabora un informe breve (dos páginas) con el diagrama de bloques del flujo de datos y la lógica de control activada según tus datos reales (ej. encender si $T < 19,5\text{ }^\circ\text{C}$ y tarifa reducida).

Se valorará:

• Identificación precisa y coherente de elementos de captura, control y actuación.

• Justificación técnica y comparativa rigurosa de los protocolos de comunicación.

• Aplicación lógica y argumentada de los datos reales a las reglas de control.

• Calidad formal, estructuración y claridad del informe técnico final.