Bajo el tema ‘Futuras plataformas europeas para el borde: sistemas operativos meta’, el proyecto europeo Nephele pretende encontrar la orquestación de extremo a extremo eficiente, confiable y segura de aplicaciones hiperdistribuidas sobre una infraestructura programable, que se extiende desde la nube pasando por el borde de red hasta el IoT.
Para ello, el consorcio de Nephele eliminará las barreras existentes de apertura e interoperabilidad en la convergencia de las tecnologías IoT contra plataformas de orquestación de computación en la nube y de borde de red, e introduciendo mecanismos de automatización e inteligencia descentralizados impulsados por 5G y tecnologías de inteligencia artificial (IA) distribuida.
Liderado por la Universidad Nacional de Metsovi (Grecia), el consorcio se compone de 16 entidades procedentes de Italia, Alemania, España, Francia, Grecia, Polonia, Eslovenia e Irlanda. La participación española está representada por las empresas Odin Solutions y Atos IT Solutions and Service Iberia.
Con un presupuesto de 9.127.711 euros, íntegramente financiados por el programa de investigación Horizon de la Comisión Europea, y tres años de trabajo (septiembre de 2022 -agosto de 2025), Nephele desarrollará una pila de software de computación perimetral y de IoT que aprovechará la virtualización de los dispositivos IoT en la parte perimetral de la infraestructura.
De esta forma, la gestión de una amplia gama de dispositivos y plataformas de IoT se puede realizar de manera unificada, evitando el uso de plataformas de middleware, al tiempo que las funcionalidades informáticas de borde se pueden ofrecer bajo demanda para respaldar de manera eficiente las operaciones de las aplicaciones de IoT.
Objetivos clave de Nephele
Entre los objetivos del proyecto Nephele, destaca la contextualización y el desarrollo de una arquitectura de referencia abierta e innovadora para la orquestación segura y de extremo a extremo de aplicaciones hiperdistribuidas sobre IoT, de borde e infraestructura en la nube. Asimismo, se abordarán la convergencia, la apertura y la interoperabilidad de las tecnologías de IoT, además de introducir inteligencia y automatización impulsadas por 5G y tecnologías de IA distribuidas.
El proyecto también desarrollará una pila de software ligero multicapa (VOStack) para la virtualización de dispositivos y funciones de IoT en el borde. Con esta pila se pretende abordar los aspectos de convergencia e interoperabilidad de las tecnologías de IoT, al tiempo que se admite la gestión y el análisis de datos distribuidos, las redes autónomas y las funcionalidades de gestión de grupos ad-hoc, así como funciones genéricas orientadas a IoT e interacción con mecanismos de orquestación de computación en la nube/perimetral.
Otro de los objetivos que tiene Nephele es introducir y promover un ecosistema de desarrollo de aplicaciones hiperdistribuidas con software donde los gráficos de aplicaciones hiperdistribuidas pueden estar compuestos por funciones de aplicaciones en la nube/perímetro, VO y funciones genéricas/de apoyo e implementados sobre una infraestructura programable. De esta forma, se mejoraría la productividad, la reutilización y la calidad de las aplicaciones producidas y los datos de IoT en varias industrias.
Por otro lado, el consorcio creará un marco de metaorquestación sinérgico, con el cual se podrán implementar aplicaciones hiperdistribuidas en todo el proceso continuo de cómputo desde IoT hasta el perímetro y la nube sobre una infraestructura confiable y distribuida, siguiendo un enfoque de ‘sistema de sistemas’ y activándose de una manera modular los mecanismos de orquestación más relevantes y eficientes, mientras se aprovechan las tecnologías emergentes de 5G, IA y ciberseguridad.
Proyectos piloto para la validación de las tecnologías
Todas estas tecnologías se someterán a un proceso de validación, evaluación y demostración de las características innovadoras del enfoque arquitectónico propuesto, basado en un amplio conjunto de casos de uso en varias industrias verticales (logística, edificios inteligentes, emergencia, atención médica), considerando no solo los casos de uso realizados por los miembros del consorcio, sino también las que se desarrollarán a través de la convocatoria abierta.
En referencia a los edificios, el proyecto realizará pruebas para mejorar la gestión de energía en los edificios inteligentes. Para ello, se llevarán a cabo aplicaciones y servicios inteligentes que incorporan VOStack, para ayudar a administrar las acciones de control de los equipos del edificio, proporcionando al usuario servicios personalizados para la eficiencia energética, el bienestar y la comodidad.
Esto se incorpora mediante la implementación de un esquema de automatización que recopila información en tiempo real de una variedad de dispositivos IoT (sistemas, sensores, HVAC, etc.) junto con nodos edge, que crearán instancias de VO. Este enfoque evitará los cuellos de botella causados al incluir toda la inteligencia en un sistema centralizado de monitorización y control de smart building/city.
La solución de Nephele permitirá ayudar a alcanzar los beneficios de alto rendimiento en términos de latencia, consumo de energía y confiabilidad de los servicios ofrecidos.
Retos tecnológicos en la gestión de la energía en edificios inteligentes
Los desafíos para la distribución de aplicaciones de gestión inteligente de la energía en componentes diferentes e interoperables en el continuo cloud-edge están relacionados con los requisitos de rendimiento heterogéneos.
Por un lado, está la seguridad de la gestión de la eficiencia energética, un requisito de suma importancia para las aplicaciones de edificios inteligentes, especialmente cuando los datos de los usuarios finales forman parte de los procesos de decisión. Por otro lado, la ejecución en tiempo real o casi en tiempo real del análisis de la información afecta directamente al impacto de las decisiones de los eventos complejos que se aplican constantemente a nivel de microservicio.
En base a esto, se utilizará una infraestructura informática existente de IoT/cloud compuesta principalmente por dispositivos de sistema en chip inalámbricos basados en microcontroladores que se comunican con nodos de borde.
Los dispositivos restringidos de IoT incluyen sensores y actuadores electromecánicos, que monitorean y controlan diferentes parámetros ambientales. A su vez, estos dispositivos se comunican con dispositivos de borde a través de protocolos de comunicación IoT, como CoAP o MQTT, sobre tecnologías de radio de baja potencia como LoRaWAN, Zwave, 6LoWPAN o NB-IoT.
Por último, Nephele difundirá y explotará los resultados obtenidos del proyecto, con el fin de proporcionar una contribución significativa a los organismos de estandarización de IoT/computación perimetral relevantes, así como a proyectos y comunidades de código abierto en evolución. Además, estos resultados permitirán apoyar la creación de comunidades para desarrollar, extender y promover mecanismos y software para una amplia adopción y uso.