New Secure IoT Architectures, Communication Protocols and User Interaction Technologies for Home Automation, Industrial and Smart Environments

Resumen

La internet de las cosas (IoT o Internet of Things) representa una red de intercomunicaciones en la que participan dispositivos físicos de toda índole, como vehículos, viviendas, electrodomésticos, infraestructuras urbanas o maquinaria y dispositivos industriales. Para que esta comunicación se pueda llevar a cabo es necesario integrar elementos electr onicos que permitan obtener informaci on del entorno (sensores), realizar acciones f sicas (actuadores) y enviar y recibir la informaci on necesaria (interfaces de comunicaciones de red). La integración y uso de estos sistemas electrónicos embebidos supone varios retos. Es necesario que dichos dispositivos presenten un consumo reducido. En muchos casos deberían ser alimentados por baterías o fuentes de alimentación limitadas. Además, la gran cantidad de dispositivos que involucra la IoT hace necesario que la e ciencia energética de los mismos sea una de las principales preocupaciones, por el coste e implicaciones medioambientales que supone el consumo de electricidad de los mismos. Esta necesidad de limitar el consumo provoca que dichos dispositivos tengan unas prestaciones muy limitadas, lo que entra en conflicto con la segunda mayor preocupación de la IoT: la seguridad y privacidad de los datos. Por un lado existen sistemas críticos urbanos e industriales, como puede ser la regulación del tráfi co, el control del suministro de agua, el control marítimo, el control ferroviario o los sistemas de producción industrial de alto riesgo, como refi nerías, que son claros candidatos a benefi ciarse de la IoT, pero cuyo acceso no autorizado supone graves problemas de seguridad ciudadana. Por otro lado, tanto estos sistemas de naturaleza publica, como los que se desplieguen en entornos privados (viviendas, entornos de trabajo o centros comerciales, entre otros) suponen un riesgo para la privacidad y también para la seguridad de los usuarios. Todo esto hace que sean necesarios mecanismos de seguridad avanzados, tanto de acceso a los dispositivos como de protección de los datos que estos intercambian. En consecuencia, es necesario avanzar en dos aspectos principales: la e ciencia energética de los dispositivos y el uso de mecanismos de seguridad e ficientes, tanto computacional como energéticamente, que permitan la implantación de la IoT sin comprometer la seguridad y la privacidad de los usuarios. Por otro lado, la ingente cantidad de información que estos sistemas puede llegar a producir presenta otros dos retos que deben ser afrontados. En primer lugar, el tratamiento y análisis de datos toma una nueva dimensión. Existen sistemas de big data capaces de procesar cantidades enormes de información, pero con la internet de las cosas la granularidad y dispersión de los datos plantean un escenario muy distinto al actual. La previsión es pasar de 15.000.000.000 de dispositivos instalados en 2015 a más de 75.000.000.000 en 2025. Además existirán multitud de servicios que harán un uso intensivo de estos dispositivos y de los datos que estos intercambian, por lo que el volumen de tráfico será todavía mayor. Asimismo, la información debe ser procesada tanto en tiempo real como a posteriori sobre históricos, lo que permite obtener información estadística muy relevante en diferentes entornos. El principal objetivo de la presente tesis doctoral es analizar cada uno de estos retos (e ciencia energética, seguridad, procesamiento de datos e interacción con el usuario) y plantear soluciones que permitan una correcta adopción de la internet de las cosas en ámbitos industriales, domésticos y en general en cualquier escenario que se pueda bene ciar de la interconexión y flexibilidad de acceso que proporciona el IoT.