Elementos y protocolos de comunicación del internet de las cosas

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 vivienda 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.

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.

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.

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.

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 vivo y (c) un localizador de bicicleta que puede estar lejos de 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).

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.

Un rastreador GPS con batería debe durar semanas en el collar de una mascota. Analiza qué decisiones de diseño alargan la batería (intervalo entre envíos de posición, red de bajo consumo frente a datos celulares, activarse solo cuando detecta movimiento) y qué compromiso aceptas en la precisión del seguimiento.

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.

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 altavoz 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.

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 instituto 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 fallo 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 un aula de 30 estudiantes se quiere automatizar la monitorización 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 coste) atendiendo a la selectividad de los gases y la estabilidad de las medidas. 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 del aula alimentado por una batería que debe durar todo el curso escolar.

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 una auditoría de seguridad a una vivienda domótica con cámaras IP, altavoces inteligentes y enchufes conectados se detectan tres incidentes: una cámara emite tráfico de vídeo continuo al exterior usando credenciales de fábrica sin cifrar; un altavoz envía a la nube grabaciones capturadas por falsas activaciones; y un enchufe comprometido permite a un atacante dentro de la red Wi-Fi interceptar el tráfico local. Analiza el vector de ataque que aprovecha cada vulnerabilidad y diseña una estrategia técnica de mitigación que incluya segmentación de red (VLANs o subredes separadas), políticas de autenticación y cifrado, y ajustes de configuración física o lógica para neutralizar los tres riesgos.

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.

Un usuario tiene bombillas que solo funcionan mediante la app en la nube del fabricante A, enchufes Zigbee dependientes de una pasarela propietaria B, y sensores de presencia Wi-Fi del fabricante C que no admiten integraciones externas. 1) Explica a nivel técnico por qué es imposible ejecutar una regla directa y local del tipo «si el sensor C detecta movimiento, encender la bombilla A solo si el enchufe B está activo». 2) Analiza los problemas de latencia, seguridad y obsolescencia que genera la dependencia de plataformas multinube frente al uso de estándares universales unificados (como Matter sobre redes Thread o pasarelas locales abiertas). 3) Define qué tres criterios técnicos de interoperabilidad y compatibilidad de protocolos debe exigir el usuario antes de comprar cualquier nuevo dispositivo para garantizar su integración completa.

En una explotación agraria de 5 km² se instalan 50 nodos sensores de humedad y temperatura alimentados con batería. Cada nodo transmite un paquete de 100 bytes cada 10 minutos. Se compara el uso de Wi-Fi convencional frente a una red LPWAN (como LoRaWAN en la banda de 868 MHz). 1) Calcula el volumen total de datos generado por toda la red en un día (en kB) y en un mes de 30 días (en MB). 2) Sabiendo que la normativa europea en 868 MHz impone un ciclo de trabajo («duty cycle») máximo del 1 % (el nodo no puede emitir más del 1 % del tiempo), demuestra numéricamente si un nodo que tarda 450 ms en modular y emitir su paquete cumple la legalidad al transmitir cada 10 minutos. 3) Justifica técnicamente por qué una red LPWAN es superior a una red Wi-Fi para este despliegue concreto, valorando topología, alcance, penetración en vegetación y autonomía energética.