Protocolos de Rede para Internet das Coisas

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Apresentação sobre Protocolos de Rede para Internet das Coisas na Conferência Web.br do W3C Brasil

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Protocolos de Rede para Internet das Coisas

  1. 1. Protocolos de rede para Internet das coisas Nathalia Sautchuk Patrício
  2. 2. Roadmap • Introdução • Ecossistema do universo IoT • Protocolos da camada de enlace para IoT • Protocolos da camada de roteamento para IoT • Protocolos da camada de encapsulamento para IoT • Protocolos da camada de sessão para IoT • Protocolos de gerenciamento para IoT • Desafios no universo IoT
  3. 3. Introdução Camada Física Camada de Enlace Camada de Rede Camada de Transporte Camada de Sessão Camada de Apresentação Camada de Aplicação Camada Física Camada de Enlace Camada de Rede Camada de Transporte Camada de Sessão Camada de Apresentação Camada de Aplicação Camada Física Camada de Enlace Camada de Rede Camada de Transporte Camada de Aplicação Camada Física Camada de Rede Camada de Transporte Camada de Aplicação Modelo OSI Modelo TCP/IP
  4. 4. Introdução • Internet das Coisas: Conexão de diversos dispositivos na rede mundial
  5. 5. Ecossistema no universo IoT Serviços Apps e SW Analytics Integração Interconexão Aquisição Mercado Energia, Entretenimento, Saúde, Educação, Transporte... SDN, SOA, Colaboração, Apps, Cloud Machine Learning, GIS, ... Sensor data, Economia, População, GIS... DECT/ULE, WiFi, Bluetooth, ZigBee, NFC... Sensores, Câmeras, GPS, Medidores, ... Smart Grid, Connected Home, Smart Cities... Segurança Gerenciamento TIC
  6. 6. Ecossistema no universo IoT Sessão Rede Encapsulamento Roteamento Enlace MQTT, SMQTT, DDS, AMQP, XMPP, CoAp 6LowPan, 6TiSCH, 6Lo, Thread... RPL, CORPL, CARP... WiFi, Bluetooth Low Energy Z-Wave, ZigBee Smart, DECT/ULE, 3g/LTE, NFC, Weightless, HomePlug GP, 802.11ah, 802.15.4e, G.9959, Wireless Hart, DASH 7, LTE-A, LoRaWan.. Segurança Gerenciamento TCG, Oath2.0, SMACK, SASL, ISASecure, Ace, DTLS, Dice,... IEEE 1905, IEEE 1451, ...
  7. 7. Protocolos de enlace • IEEE 802.15.4e • IEEE 802.11 AH • Bluetooth Low Energy • Zigbee Smart Energy • G.9959 • LTE-A • DECT/ULE
  8. 8. IEEE 802.15.4e • Slotframe Structure • Scheduling • Sincronização • Channel Hopping • Formação da rede
  9. 9. IEEE 802.11 AH • Frame de Sincronização • Troca de pacotes bidirecionais eficientes • Frame MAC pequeno • Pacote de Dados Nulo • Melhoria no Tempo de Sleep
  10. 10. Bluetooth Low Energy • Pode ser 10 vezes mais econômico energeticamente • Latência pode ser até 15 vezes maior • Arquitetura Master/Slave • Dois tipos de frame: adverting e data frame • Tempo de Sleep
  11. 11. Zigbee Smart Energy • Suporte a várias topologias: estrela, P2P e cluster-tree • Há um coordenador em cada topologia • Dois perfis de stack: ZigBee and ZigBee Pro • ZigBee Pro oferece mais funcionalidades, como segurança, escalabilidade e melhor desempenho
  12. 12. G.9959 • Padronizado pela ITU • Aplicações em tempo real (tempo é crítico, confiabilidade e baixo consumo de energia) • Características: identificadores de rede únicos, mecanismos para evitar colisões, retransmissão automática, esquema para sleep, etc
  13. 13. LTE-A
  14. 14. DECT/ULE • Padrão europeu para telefones sem fio • Baixo consumo de energia e baixo custo • Não sofre com congestionamento e interferência • Supporta FDMA, TDMA e multiplexação por divisão de tempo
  15. 15. Protocolos de roteamento • RPL • CORPL • CARP
  16. 16. RPL • Routing Protocol for Low-Power and Lossy Networks • Suporta vários protocolos de Enlace • Possui uma única rota a partir de cada nó para a raíz através da qual todo o tráfego do nó será roteado • Pode ser stateless ou stateful
  17. 17. CORPL • Uma extensão do RPL • Utiliza “encaminhamento oportuno” para rotear um pacote através da melhor rota
  18. 18. CARP • É um protocolo distribuído de roteamento feito para comunicação embaixo da água • Pode ser para IoT devido aos seus pacotes leves • Considera a qualidade do link para selecionar os nós de encaminhamento
  19. 19. Protocolos de encapsulamento • 6LoWPAN • 6Lo • IPv6 over G.9959 • IPv6 over Bluetooth Low Energy
  20. 20. 6LoWPAN • Encapsula eficientemente os headers grandes do IPv6 em pequenos pacotes IEEE802.15.4 • Suporta diferentes tamanhos de endereços, baixa largura de banda, diferentes topologias incluindo estrela ou mesh, consumo de energia, redes escaláveis, baixo custo, mobilidade e long tempo de sleep grande
  21. 21. 6Lo • Working group do IETF que está desenvolvendo uma série de padrões para transmissão de pacotes IPv6 em vários meios físicos • As especificações estão em diferentes estágios. Apenas IPv6 over G.9959 e IPv6 over Bluetooth Low Energy já tiverem as RFCs aprovadas
  22. 22. IPv6 over G.9959 • RFC 7428 define o formato do frame format para transmitir pacote IPv6 em redes ITU-T G.9959 • A mesma compressão do header do 6lowPAN é usado para um pacote IPv6 em frames G.9959
  23. 23. IPv6 over Bluetooth Low Energy • Reusa a maior parte das técnicas de compressão do 6LoWPAN • Bluetooth Low Energy não suporta formação de redes multi-hop na camada física. Um nó central atua como um roteador entre os nós peiféricos
  24. 24. Protocolos de sessão • MQTT • SMQTT • AMQP • CoAP • XMPP
  25. 25. MQTT
  26. 26. SMQTT • Uma extensão do MQTT (Secure MQTT) • Foi proposto para melhorar a segurança do MQTT • O algoritmo de criptografia consiste em 4 estágios principais: setup, cifração, publicação e decifração
  27. 27. AMQP
  28. 28. CoAP
  29. 29. XMPP • É um protocolo de envio de mensagem a que foi desenvolvido originalmente para chat e aplicações de troca de mensagens • Seu reuso se deve ao uso de XML que o torna facilmente extensível • É desenvolvido para aplicações “quase” real- time e suporta eficientemente mensagens pequenas com baixa latência • Não garante QoS
  30. 30. Protocolos de gerenciamento • IEEE 1905.1 • IEEE 1451
  31. 31. IEEE 1905.1 O padrão IEEE 1905.1 oferece interoperabilidade entre várias tecnologias através de uma camada de abstração que é construída no topo de todos os protocolos heterogêneos de MAC
  32. 32. IEEE 1451 • É um conjunto de padrões desenvolvidos para permitir gerenciamento de diferentes sensores e transdutores • Uso de identificação plug and play • Cada transdutor tem um TEDS que incluí toda informação necessária pelo sistema de medição incluindo device ID, características e interface por trás dos dados vindo dos sensores
  33. 33. Desafios no universo IoT • Mobilidade • Confiabilidade • Escalabilidade • Gerenciamento • Disponibilidade • Interoperabilidade • Segurança e privacidade
  34. 34. Bibliografia Salman, T. Internet of Things Protocols and Standards. Disponível em < http://www.cse.wustl.edu/~jain/cse570- 15/ftp/iot_prot/ >. Acesso em: 14 out. 2016.
  35. 35. Obrigada! nathalia.sautchuk@gmail.com http://nathalia.patricio.eng.br

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