Introdução Básica a Internet das Coisas

Mini currículo – Fabiano Franca Moreira
Formação:
- Graduado em Tecnologia em Processamento de Dados - UNA
- Pós graduação em Gerência da Tecnologia da Informação
- MBA em Gestão de Projetos - IBMEC
- Mestre em Tecnologia da Informação aplicada a Biologia Computacional - Faculdade Promove
Certificações:
PMP (Project Management Professional) SCM (Scrum Master) ITIL V3 MCP e MCAD
Experiência acadêmica
Professor da Faculdade Promove de Tecnologia, Pitágoras, SENAC-BH e PUC-MG
Experiência Profissional
Totvs, CPM Braxis, Zurich Minas Brasil, Unimed-BH

Plano de Aula e Critérios de Avaliações

Conceitos Básicos de Iot
Conceito
A Internet das Coisas é um conceito de computação que descreve a conexão de objetos físicos do
nosso cotidiano à internet, utilizando sensores e softwares.
Surgimento
A Internet das Coisas surgiu após os avanços em alguns campos da ciência como sistemas
embarcados, microeletrônica, comunicação e sensoriamento.
O conceito de IoT tem suas raízes nas décadas de 1970 e 1980, quando os primeiros dispositivos
conectados começaram a surgir. No entanto, o termo "Internet das Coisas" foi cunhado mais tarde,
por Kevin Ashton, em 1999, enquanto trabalhava na área de identificação por radiofrequência
(RFID).
Atualmente pode ser utilizado em ambientes domésticos e industriais.

Conceitos Básicos de Iot
O primeiro aparelho IoT foi uma máquina de Coca-Cola na Universidade Carnegie Mellon no início
dos anos 80. Usando a web, os programadores podiam verificar o status da máquina e determinar se
haveria uma bebida gelada esperando por eles, caso decidissem ir até a máquina.

Aplicações da Iot
Atualmente, encontramos aplicações de IoT que objetivam:
• Conceber meios de transporte mais eficientes.
• Construir cidades inteligentes.
• Desenvolver indústrias mais sustentáveis.
• Melhorar a qualidade de vida das pessoas,
• Produzir alimentos com maior qualidade e em maior quantidade.
• Melhorar diversas áreas da nossa vida.

Elementos que constituem a Internet das Coisas
A união e cooperação desses elementos são os responsáveis por gerar todas as funcionalidades
existentes e proporcionadas pela IoT. Existem seis principais elementos que compõem a IoT.
A seguir, conheça cada um deles.
Identificação
Na IoT, existem dois tipos de identificação de dispositivos; o primeiro refere-se ao nome do objeto
que é interpretado pelos humanos (sensor de temperatura, atuador 1, ar-condicionado, etc),
enquanto o segundo corresponde à identificação de endereço do dispositivo na rede.
Sensoriamento
Na IoT, sensoriamento significa coletar os dados do ambiente e enviá-los para um local no qual
possam ser armazenados e, posteriormente, tratados.

Comunicação
A comunicação é um dos principais elementos constituintes da IoT, uma vez que prover protocolos
robustos e que consigam lidar com as peculiaridades da rede é fundamental para o desenvolvimento
da IoT.
Computação
As unidades de processamento e as plataformas em nuvem são os elementos responsáveis por
executar as tarefas computacionais dos objetos da IoT. Plataformas de prototipagem, como o Arduino
e Raspberry, estão entre as principais ferramentas de desenvolvimento da IoT.

Análise de Dados e Inteligência Artificial:
É a habilidade de transformar os dados coletados em conhecimento. Por exemplo, a partir dos dados
vitais de um paciente monitorado (pressão arterial, frequência cardíaca e níveis de glicose no
sangue), é possível gerar o mapeamento da saúde desse indivíduo em tempo real.
Para que possamos transformar qualquer objeto do nosso cotidiano em um elemento pertencente à
IoT, precisamos garantir os requisitos mínimos que possibilitem a esse objeto interagir com o
ambiente de maneira autônoma. Dessa forma, quatro partes principais devem ser implementadas. A
seguir, conheça quais são elas.
• Sensores e atuadores
• Unidade de comunicação
• Unidade de processamento
• Fonte de energia

Em suma, a IoT é um sistema complexo que integra diferentes plataformas de hardware e software
dos mais variados fabricantes, desenvolvendo diversas funções que devem comunicar entre si por
meio da internet.
Para auxiliar no entendimento, a seguinte figura apresenta uma visão geral sobre o
funcionamento dos hardwares da IoT.

Conceitos básicos de redes aplicados à IoT
• Ao equiparmos um dispositivo com sensores, atuadores, microprocessadores, memória, um
componente de comunicação e uma fonte de energia estamos criando um objeto inteligente
• Esses objetos interagem entre si e com o ambiente físico ao seu redor por meio da internet como
meio de comunicação, dessa forma, estamos criando a rede de dispositivos que constitui a
Internet das Coisas.
• As redes de sensores são utilizadas para sentir (medir, se for sensor) e interagir com o ambient. Os
sensores dessa rede têm a capacidade de trocar informações. Esses sensores são conhecidos
também como nós da rede.
• Para ilustrar a situação apresentada anteriormente, a figura a seguir apresenta os componentes
principais presentes na rede de sensores/atuadores da aplicação descrita.

Formas de comunicação
• Existem duas formas distintas de comunicação entre os dispositivos de uma rede. A seguir,
conheça cada uma delas.
Cabos
• Quando a troca de mensagens entre os sensores/atuadores ocorre por meio de condutores
elétricos (cabos), temos o que chamamos de redes de sensores/atuadores cabeadas.
Ar
• Já quando a comunicação entre esses dispositivos ocorre por meio do ar, sem contato físico,
denominamos de redes de sensores/atuadores sem fio.

Redes cabeadas:
Vantagens: confiabilidade, estabilidade, velocidade e segurança.
Desvantagens: reduzida mobilidade, dificuldade de instalação e custo de manutenção.
Redes sem fio:
Vantagens: maior mobilidade, menor tempo de instalação, escalabilidade e conectividade.
Desvantagens: menor velocidade de transmissão e menor confiabilidade e estabilidade da rede.

Divisão em camadas:
A Internet das Coisas, assim como as redes de computadores, também apresenta a divisão em
camadas, que tem como principal objetivo reduzir a complexidade do projeto da rede por meio do
encapsulamento de dados.
Existem três modelos sugeridos de arquitetura para a IoT, entre eles estão os modelos em:
• 3 camadas
• 5 camadas
• 7 camadas

Topologia
Por fim, outra característica que influencia no desempenho de uma rede de comunicação é o tipo de
topologia adotada, que indica como os dispositivos da rede serão conectados entre si e o modo
como é realizada a troca de informação entre eles.
A seguir, conheça alguns dos requisitos a serem analisados para a escolha adequada da topologia.
• Facilidade de manutenção
• Confiabilidade
• Escalabilidade
• Consumo de energia

Os três tipos de topologia mais utilizados em IoT são:
Topologia estrela
Na topologia em estrela, existe uma estação base ou controlador que é utilizado como centralizador
da informação.
É a estação base que permite a comunicação em cada um dos nós localizados nas extremidades
da rede.
A maior desvantagem dessa topologia é o fato de que falhas na estação base podem ocasionar um
colapso da rede.

Peer-to-peer (P2P)
Permite que qualquer dispositivo da rede consiga estabelecer comunicação com qualquer outro
dispositivo que esteja dentro da área de cobertura do sinal. A comunicação é realizada aos pares.

Malha
Em topologias do tipo em malha cada um dos nós da rede é conectado a múltiplos outros nós. As
mensagens são trocadas entre os nós até que o destinatário seja alcançado.
Como não existe apenas um elemento centralizador, as redes em malha também apresentam maior
confiabilidade.

Para terminar, vale acrescentar que não existe uma topologia que seja a ideal para todas as
aplicações.
A escolha sobre qual modelo utilizar deve ser realizada após analisar o ambiente em que será
desenvolvida a aplicação e quais os objetivos devem ser alcançados pela solução em IoT proposta.

Protocolos de comunicação aplicados à IoT
Importância dos protocolos para IoT
A Internet das Coisas, assim como as redes de computadores e outros sistemas de comunicação,
precisam de protocolos para que a troca de mensagens entre todos os elementos que compõem a
rede possa ocorrer de maneira eficiente.
São os protocolos que definem um conjunto de regras que devem ser seguidas para que um
dispositivo possa se comunicar com outro.
A IoT pode ser dividida em 5 diferentes camadas. Essas camadas são similares às encontradas na
pilha de protocolos TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol)

A Figura abaixo apresenta a pilha de protocolos TCP/IP em comparação com a arquitetura da IoT.
Apesar de possuírem a mesma quantidade de camadas e a existência de alguns protocolos em
comum. Essas arquiteturas são utilizadas em dispositivos com diferentes características.

Padrão IEEE 802.15.4
Esse padrão apresenta as diretrizes a serem implementadas para desenvolver protocolos eficientes
para dispositivos que utilizam baixas taxas de transferência de dados, disponibilidade escassa de
recursos e limitada capacidade de processamento.
Exemplo: Um coletor de sinais vitais num paciente
IEEE 802.15.4E
Em 2007, houve mudanças no protocolo IEEE 802.15.4 a fim de adequá-lo para a utilização em
ambiente industrial. Assim, surgiu o IEEE 802.15.4E, que contém as mesmas características de
construção do IEEE 802.15.4, mas com melhorias na segurança, na confiabilidade e na redução do
consumo de energia

Low Power Wi-Fi
O Low Power Wi-Fi foi concebido para gerar um baixo consumo de energia, pois, diferentemente do
Wi-Fi convencional, não permanece em modo de escuta quando não está transmitindo dados por
meio da rede. O nó, após encerrar uma transmissão, passa a dormir e só acorda em períodos
definidos para executar as demais tarefas da rede.
UDP E TCP
O TCP é protocolo confiável de transporte. Os dados enviados usando um protocolo TCP têm a
garantia de serem entregues ao receptor. Se os dados forem perdidos em trânsito, ele os recuperará
e os reenviará. O TCP também verifica se há erros nos pacotes e os rastreia para que os dados não
sejam perdidos ou corrompidos.
O UDP não é confiável, não oferece garantia de entrega e um pacote pode ser corrompido ou
perdido em trânsito.
Quando um aplicativo usa UDP, os pacotes são enviados apenas para o destinatário. O remetente não
espera para ter certeza de que o destinatário recebeu o pacote

CoAP
O CoAP realiza a compressão dos cabeçalhos e possui controle de congestionamento dos dados.
Utiliza um XML para a formatação dos dados permitindo usar em equipamentos com baixa
capacidade de armazenamento e memória.
MQTT
MQTT é um protocolo projetado para transferir mensagens que permite enviar mensagens para um
ou vários clientes.
Seu funcionamento é parecido com o de uma TV: uma emissora de televisão faz a transmissão de um
programa utilizando um canal específico. Então um espectador irá sintonizar nesse canal para ver a
transmissão.

Estudo de Caso
Estudo de Caso 1
Faça uma pesquisa identificando as primeiras aplicações
de Iot no Brasil e no mundo. Descreva como foi
implementado e os benefícios gerados depois da
implantação.

Estudo de Caso
Estudo de Caso 2
O surgimento do 5G no Brasil marca um momento
significativo na evolução das telecomunicações no país.
A quinta geração da tecnologia móvel, conhecida como
5G, representa uma mudança disruptiva nas
comunicações, prometendo velocidades de conexão
ultrarrápidas e maior capacidade de rede.
Diante dessa evolução, explique um pouco o impacto do
5G nas aplicações atuais de Iot e também na abertura de
novas possibilidades de utilização do Iot.

Estudo de Caso
Estudo de Caso 3
Você recebeu um desafio de implementar um Sistema Iot
para ser utilizado em sua vida cotidiana.
Descreve como você poderia implementar esse tipo de
Sistema e quais benefícios você poderá ter com ele.

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