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Internet das Coisas e o Futuro da Internet
André Peres
{andre.peres@poa.ifrs.edu.br}
Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio Grande do Sul - IFRS

25/11/13
Introdução
●

A internet não é mais “nossa”

25/11/13
Introdução
●

Que coisas são essas?
Computadores
–

Smart phones

–

Tablets

–

E as outras coisas...
●

●

Ambiente

●

25/11/13

Objetos
Basicamente tudo...
Introdução
●

Que coisas são essas?
–

O objetivo é conectar tudo que existe, na
internet: o planeta e tudo que está nele
(incluindo nós mesmos)

–

Queremos observar e controlar as coisas
através da internet

–

Uma representação digital de tudo que existe, o
estado em que se encontra e o que podemos
fazer com cada coisa

25/11/13
Introdução
●

Como ?
–

Cada coisa precisa ter uma identidade única
●

Ex: IPv6
–

–

Habilidade de conectar-se na internet
●

–

25/11/13

Obs: IPv6 = 2128 endereços = 3,4 x 1038 =
suficiente

Interface wireless, ethernet, rede elétrica, ...

Objetos com Sensor(es) e/ou Atuador(es)
Introdução

25/11/13
Problema 1:
Como Identificar uma Coisa?

25/11/13
Identificação
●

Como identificar alguma
coisa/alguém?
–

25/11/13

RFID
Identificação
●

Como identificar alguma
coisa/alguém?
–

25/11/13

Leitor de RFID
Identificação
●

RFID
–

Alimentação
●

●

–

Baixo consumo quando utiliza baterias
Possibilidade de alimentação via indução em
marcadores simples (energia proveniente do leitor)

Alcance
●

●

Não é a solução para todos os objetos !

●

25/11/13

Necessita que marcador e leitor estejam próximos
Não suporta sensores mais complexos ou atuadores!
Identificação
●

Soluções via rede cabeada
–

25/11/13

Ex: rede elétrica ou ethernet
Identificação
●

Solução via rede sem fios
–

25/11/13

Ex: zigbee sobre IEEE 802.15.4
Identificação
●

Solução com tecnologia mista sem
fios
–

25/11/13

Ex: zigbee + bluetooth → internet
Problema 2:
Como obter dados de uma Coisa?

25/11/13
Sensores
●

Que tipo de dados posso obter?
–

Dados internos (status)
●

●

Dados de carga de bateria

●

25/11/13

Tempo de uso

●

–

Se um equipamento está ligado ou desligado

...

Dados do ambiente → sensores
Sensores
●

Que tipo de dados posso obter?

Hidrogênio

Álcool

temperatura
condutividade
pH

CO

radiação
(geiger)

Oxigênio dissolvido

pulso
presença
condições do tempo

Posição

corrente
25/11/13

distância

imagem

som

flexionamento

Músculos

força
Problema 3:
Como modificar uma Coisa/Ambiente?

25/11/13
Atuadores
●

O quê posso fazer? → atuadores

25/11/13
Atuadores
●

O quê posso fazer? → atuadores

motores
robôs

controlador de
fluxo de água/gás
25/11/13

controle de equipamentos elétricos
Com que Infraestrutura de Rede?
Tem Backbone para suportar isso tudo?
E a Comunicação Local?

25/11/13
Rede

●

Tem “rede” pra isso tudo?
Em 2012

–

●

NTT (Japão) distância de 50Km, 12 núcleos:

1 Pbps (1.000Tbps = 1.000.000Gbps)
* 5.000 vídeos de 2 horas em HD em 1 segundo

25/11/13
Sensores sem Fios
●

Estrutura de rede local
–

Nó sensor sem fios:
●

Dispositivo conectado a sensores/atuadores

●

Interface rede sem fios

●

Limitações sérias de
–
–
–
–

25/11/13

Processamento
Abrangência (capacidade de transmissão)
Energia (alimentado por baterias)
Baixo custo (descartável – entre US$ 0,1 e US$
10,00)
Sensores sem Fios
●

Possíveis tecnologias para construção da
rede

25/11/13
Sensores sem Fios
●

Arquitetura:
–

Ideal → redes mesh (MANET)
●

●

Rede ad-hoc
Cada nó pode repassar informações, servindo como
elemento “roteador”

nós sensores

25/11/13

gateway

Internet

usuário
Sensores sem Fios
●

Arquitetura:
–

Gateway
●

Realiza a coleta de dados dos nós sensores

●

Possibilidade de pré-processamento dos dados
–
–
–
–

●

25/11/13

Conversão
Sumarização
Cálculos
Transformação dados → informação

Possui maior capacidade de processamento,
comunicação e energia
Sensores sem Fios
●

Exemplos de sensores

COTS Dust
Smart Dust

25/11/13
Onde está a (r)evolução ?

25/11/13
Aplicações
●

Qual o ganho em colocar algo na rede?
–

25/11/13

Novas aplicações, novos produtos !
Aplicações
●

Computação Ubiqua
–
–

Em qualquer lugar

–

●

Tudo conectado
A todo momento

Computação pervasiva
–

Utiliza a possibilidade da ubiquidade

–

A tecnologia “some” no dia-a-dia

25/11/13
Aplicações
●

Exemplo de Tecnologia Pervasiva
–

O ambiente “sabe” como você está se sentindo
●

Sensores de:
–

●

Informações de sua agenda
–

●

trânsito do trajeto percorrido por você, temperatura, umidade,
chuva, …

O ambiente se adapta ao seu “provável” humor
–

25/11/13

reuniões, horários, prova de redes, …

Informações da web
–

●

batimento cardíaco, tensão muscular,...

Som ambiente, iluminação, temperatura, sugestão de
programa na televisão, ...
Aplicações
●

Sua geladeira conhece sua dieta
–

Ela pode sugerir o quê comprar

–

Ela pode sugerir receitas de culinária com os
itens que você tem

–

Ela pode te dedurar pro médico

25/11/13
Aplicações
●

Negociação entre eletrodomésticos
–

Criação de política de gasto de energia
●

–

Ex: Quero usar energia com menor custo

Forno, lavadora de roupas e aquecedor
(ar-condicionado) negociam os melhores
horários para funcionamento de acordo com a
política e a agenda das pessoas
●

●

25/11/13

Perdemos algum controle sobre as coisas...
elas negociam e decidem...
Aplicações
●

Novas iniciativas, comunidades, …
–

25/11/13

Ex: Air Quality Egg
Problema 4:
Como fazer o armazenamento e tratamento
do grande volume de dados que será gerado ?

25/11/13
Aplicações
●

Estamos criando muitos dados → Desafio

25/11/13
Big Data
●

Big data
–

Obter valor (informação → conhecimento) de um
conjunto de dados muito extenso que não pode ser
analisado pelas técnicas computacionais
tradicionais

–

Não apenas de IoT/smart objects, mas:
●

●

Organizações de logística, finanças, saúde armazenando mais dados;

●

Dados de redes sociais;

●

Reconhecimento de imagens;

●

25/11/13

Bases de dados sobre consumidores mantidas pelos comerciantes;

Pesquisas científicas, ...
Big Data
●

Big data
–

Características:
●

●

●

Volume: grandes volumes de dados – sem
possibilidade de análise tradicional por problemas de
escalabilidade
Velocidade: processamento deste grande volume de
dados com desempenho (muitas vezes em tempo
real)
Variedade: grande variedade de tipos de dados
–

25/11/13

Imagens, áudio, vídeo, posição geográfica, dados
alfanuméricos, ...
Big Data
●

Big data
–

Solução (tradicional)
●

Vamos ignorar um grande volume de dados e nos
concentrar no que podemos processar !

–

Solução com Big Data (exemplo)

–

Obs: Em 2015 teremos um tráfego de
4.8 zettabytes / ano = 4.8 bilhões de terabytes
(previsão da CISCO)

25/11/13
Big Data
●

Estrutura do hadoop

25/11/13
Problema 5:
Ok, gostei mas... por onde começar ?

25/11/13
O IFRS e IoT
●

Projeto sobre a qualidade da água
–

Convênio IFRS – Cégep de Sherbrooke
●

–

Computação e Meio Ambiente

Objetivos:
●

Monitoramento da qualidade da água do Arroio Dilúvio

●

Difusão de informações sobre meio ambiente
–
–

25/11/13

Conscientização ambiental
Educação Ambiental
O IFRS e IoT
●

Projeto sobre a qualidade da água
–

Monitoramento:
●

Sensor conectado na internet

Internet

Painel Solar

condutividade

bateria
pH

25/11/13
Placa

Celular (GPRS)

Arduino

Oxigênio dissolvido
O IFRS e IoT
●

Projeto sobre a qualidade da água
–

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●

25/11/13

Sensor conectado na internet
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Projeto sobre a qualidade da água
–

25/11/13

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O IFRS e IoT
●

Projeto sobre a qualidade da água
–

25/11/13

Do sensor para um servidor e … … …
Já é um começo...
O que mais podemos fazer ?

25/11/13
Novas Coisas
●

Precisamos:
–

Adaptar tudo que já existe e que queremos
colocar na internet

–

Criar coisas novas com visão atual de IoT
●

●

25/11/13

DIY

●

–

“EU sei o que EU quero!”
3D printer

Pensar em novas aplicações aproveitando os
conceitos de IoT
Novas Coisas
●

Como fazer uma coisa:
–

Criar objeto → open 3d printer projects
●

–

Rechear com controlador → open hardware
●

–

Ex: http://arduino.cc

Disponibilizar dados → open knowledge
●

25/11/13

Ex: http://arduino.cc

Programar → open software
●

–

Ex: http://www.thingiverse.com/

Ex: http://okfn.org
Novas Coisas
●

Como fazer uma coisa:
–

OPEN COISA !
●

Hardware livre → alteração no hardware

●

Código livre → alteração no código

●

O que seria uma coisa livre????
–
–

–

25/11/13

Projeto livre para o objeto?
Qualquer pessoa pode imprimir sem pagar
royalties?
Tipo Creative Commons ?
Novas Coisas
●

Para refletir:

25/11/13
Novas Coisas
●

Para refletir:

25/11/13
Novas Coisas
●

Para refletir:

25/11/13

?
E o que já é realidade ?
Parte 1: THE GOOD

25/11/13
The good
●

Google car

●

Carro com IP

25/11/13

Dirige sozinho

–

Chevrolet Volt

–

–

Seu carro na internet
E o que já é realidade ?
Parte 2: THE BAD

25/11/13
The Bad
●

Car Hack
–

Um carro possui diversos controladores

–

Controlam tudo, incluindo:
●
●

Dashboard

●

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●

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●

Cinto de segurança

●

Rádio

●

25/11/13

Abertura de portas

...
The Bad
●

Car Hack
–

25/11/13

Para acessar a rede do carro (modo fácil):
The Bad
●

Car Hack
–

25/11/13

Para acessar a rede do carro (modo nem tão fácil):
E o que já é realidade ?
Parte 3: THE UGLY

25/11/13
The Ugly
●

Falha de segurança em câmeras da TrendNet

25/11/13
The Ugly
●

Uma simples busca no google...

25/11/13
The Ugly
●

Teoria (?) da conspiração

25/11/13
The Ugly
●

Guerra Virtual, Terrorismo e vamos parar por aqui

●

Nome: Stuxnet

●

Ano: 2010

●

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●

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●

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25/11/13
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●

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25/11/13
The Ugly
●

Guerra Virtual, Terrorismo e vamos parar por aqui

25/11/13
Ok, Ok... chega !

25/11/13
Conclusões
●

A IoT é uma realidade (e é inevitável)

●

O que você deve fazer?
–

Pense em como melhorar a vida das pessoas!
●

●

Mobilidade urbana

●

Acessibilidade

●

Segurança

●

Saúde

●

25/11/13

Meio ambiente

...
Conclusões
●

●

Temos a oportunidade de causar um impacto social
gigantesco!
Precisamos de boas ideias!
–

Produtos

–

Aplicações

–

Serviços

–

Mecanismos para:
●

●

comunicação entre coisas

●

redes de sensores

●

atuadores

●

25/11/13

tratamento de dados

...
Internet das Coisas e o Futuro da Internet
André Peres
{andre.peres@poa.ifrs.edu.br}
Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio Grande do Sul - IFRS

25/11/13

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  • 1. Internet das Coisas e o Futuro da Internet André Peres {andre.peres@poa.ifrs.edu.br} Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio Grande do Sul - IFRS 25/11/13
  • 2. Introdução ● A internet não é mais “nossa” 25/11/13
  • 3. Introdução ● Que coisas são essas? Computadores – Smart phones – Tablets – E as outras coisas... ● ● Ambiente ● 25/11/13 Objetos Basicamente tudo...
  • 4. Introdução ● Que coisas são essas? – O objetivo é conectar tudo que existe, na internet: o planeta e tudo que está nele (incluindo nós mesmos) – Queremos observar e controlar as coisas através da internet – Uma representação digital de tudo que existe, o estado em que se encontra e o que podemos fazer com cada coisa 25/11/13
  • 5. Introdução ● Como ? – Cada coisa precisa ter uma identidade única ● Ex: IPv6 – – Habilidade de conectar-se na internet ● – 25/11/13 Obs: IPv6 = 2128 endereços = 3,4 x 1038 = suficiente Interface wireless, ethernet, rede elétrica, ... Objetos com Sensor(es) e/ou Atuador(es)
  • 7. Problema 1: Como Identificar uma Coisa? 25/11/13
  • 10. Identificação ● RFID – Alimentação ● ● – Baixo consumo quando utiliza baterias Possibilidade de alimentação via indução em marcadores simples (energia proveniente do leitor) Alcance ● ● Não é a solução para todos os objetos ! ● 25/11/13 Necessita que marcador e leitor estejam próximos Não suporta sensores mais complexos ou atuadores!
  • 11. Identificação ● Soluções via rede cabeada – 25/11/13 Ex: rede elétrica ou ethernet
  • 12. Identificação ● Solução via rede sem fios – 25/11/13 Ex: zigbee sobre IEEE 802.15.4
  • 13. Identificação ● Solução com tecnologia mista sem fios – 25/11/13 Ex: zigbee + bluetooth → internet
  • 14. Problema 2: Como obter dados de uma Coisa? 25/11/13
  • 15. Sensores ● Que tipo de dados posso obter? – Dados internos (status) ● ● Dados de carga de bateria ● 25/11/13 Tempo de uso ● – Se um equipamento está ligado ou desligado ... Dados do ambiente → sensores
  • 16. Sensores ● Que tipo de dados posso obter? Hidrogênio Álcool temperatura condutividade pH CO radiação (geiger) Oxigênio dissolvido pulso presença condições do tempo Posição corrente 25/11/13 distância imagem som flexionamento Músculos força
  • 17. Problema 3: Como modificar uma Coisa/Ambiente? 25/11/13
  • 18. Atuadores ● O quê posso fazer? → atuadores 25/11/13
  • 19. Atuadores ● O quê posso fazer? → atuadores motores robôs controlador de fluxo de água/gás 25/11/13 controle de equipamentos elétricos
  • 20. Com que Infraestrutura de Rede? Tem Backbone para suportar isso tudo? E a Comunicação Local? 25/11/13
  • 21. Rede ● Tem “rede” pra isso tudo? Em 2012 – ● NTT (Japão) distância de 50Km, 12 núcleos: 1 Pbps (1.000Tbps = 1.000.000Gbps) * 5.000 vídeos de 2 horas em HD em 1 segundo 25/11/13
  • 22. Sensores sem Fios ● Estrutura de rede local – Nó sensor sem fios: ● Dispositivo conectado a sensores/atuadores ● Interface rede sem fios ● Limitações sérias de – – – – 25/11/13 Processamento Abrangência (capacidade de transmissão) Energia (alimentado por baterias) Baixo custo (descartável – entre US$ 0,1 e US$ 10,00)
  • 23. Sensores sem Fios ● Possíveis tecnologias para construção da rede 25/11/13
  • 24. Sensores sem Fios ● Arquitetura: – Ideal → redes mesh (MANET) ● ● Rede ad-hoc Cada nó pode repassar informações, servindo como elemento “roteador” nós sensores 25/11/13 gateway Internet usuário
  • 25. Sensores sem Fios ● Arquitetura: – Gateway ● Realiza a coleta de dados dos nós sensores ● Possibilidade de pré-processamento dos dados – – – – ● 25/11/13 Conversão Sumarização Cálculos Transformação dados → informação Possui maior capacidade de processamento, comunicação e energia
  • 26. Sensores sem Fios ● Exemplos de sensores COTS Dust Smart Dust 25/11/13
  • 27. Onde está a (r)evolução ? 25/11/13
  • 28. Aplicações ● Qual o ganho em colocar algo na rede? – 25/11/13 Novas aplicações, novos produtos !
  • 29. Aplicações ● Computação Ubiqua – – Em qualquer lugar – ● Tudo conectado A todo momento Computação pervasiva – Utiliza a possibilidade da ubiquidade – A tecnologia “some” no dia-a-dia 25/11/13
  • 30. Aplicações ● Exemplo de Tecnologia Pervasiva – O ambiente “sabe” como você está se sentindo ● Sensores de: – ● Informações de sua agenda – ● trânsito do trajeto percorrido por você, temperatura, umidade, chuva, … O ambiente se adapta ao seu “provável” humor – 25/11/13 reuniões, horários, prova de redes, … Informações da web – ● batimento cardíaco, tensão muscular,... Som ambiente, iluminação, temperatura, sugestão de programa na televisão, ...
  • 31. Aplicações ● Sua geladeira conhece sua dieta – Ela pode sugerir o quê comprar – Ela pode sugerir receitas de culinária com os itens que você tem – Ela pode te dedurar pro médico 25/11/13
  • 32. Aplicações ● Negociação entre eletrodomésticos – Criação de política de gasto de energia ● – Ex: Quero usar energia com menor custo Forno, lavadora de roupas e aquecedor (ar-condicionado) negociam os melhores horários para funcionamento de acordo com a política e a agenda das pessoas ● ● 25/11/13 Perdemos algum controle sobre as coisas... elas negociam e decidem...
  • 33. Aplicações ● Novas iniciativas, comunidades, … – 25/11/13 Ex: Air Quality Egg
  • 34. Problema 4: Como fazer o armazenamento e tratamento do grande volume de dados que será gerado ? 25/11/13
  • 35. Aplicações ● Estamos criando muitos dados → Desafio 25/11/13
  • 36. Big Data ● Big data – Obter valor (informação → conhecimento) de um conjunto de dados muito extenso que não pode ser analisado pelas técnicas computacionais tradicionais – Não apenas de IoT/smart objects, mas: ● ● Organizações de logística, finanças, saúde armazenando mais dados; ● Dados de redes sociais; ● Reconhecimento de imagens; ● 25/11/13 Bases de dados sobre consumidores mantidas pelos comerciantes; Pesquisas científicas, ...
  • 37. Big Data ● Big data – Características: ● ● ● Volume: grandes volumes de dados – sem possibilidade de análise tradicional por problemas de escalabilidade Velocidade: processamento deste grande volume de dados com desempenho (muitas vezes em tempo real) Variedade: grande variedade de tipos de dados – 25/11/13 Imagens, áudio, vídeo, posição geográfica, dados alfanuméricos, ...
  • 38. Big Data ● Big data – Solução (tradicional) ● Vamos ignorar um grande volume de dados e nos concentrar no que podemos processar ! – Solução com Big Data (exemplo) – Obs: Em 2015 teremos um tráfego de 4.8 zettabytes / ano = 4.8 bilhões de terabytes (previsão da CISCO) 25/11/13
  • 39. Big Data ● Estrutura do hadoop 25/11/13
  • 40. Problema 5: Ok, gostei mas... por onde começar ? 25/11/13
  • 41. O IFRS e IoT ● Projeto sobre a qualidade da água – Convênio IFRS – Cégep de Sherbrooke ● – Computação e Meio Ambiente Objetivos: ● Monitoramento da qualidade da água do Arroio Dilúvio ● Difusão de informações sobre meio ambiente – – 25/11/13 Conscientização ambiental Educação Ambiental
  • 42. O IFRS e IoT ● Projeto sobre a qualidade da água – Monitoramento: ● Sensor conectado na internet Internet Painel Solar condutividade bateria pH 25/11/13 Placa Celular (GPRS) Arduino Oxigênio dissolvido
  • 43. O IFRS e IoT ● Projeto sobre a qualidade da água – Monitoramento: ● 25/11/13 Sensor conectado na internet
  • 44. O IFRS e IoT ● Projeto sobre a qualidade da água – 25/11/13 Monitoramento:
  • 45. O IFRS e IoT ● Projeto sobre a qualidade da água – 25/11/13 Do sensor para um servidor e … … …
  • 46. Já é um começo... O que mais podemos fazer ? 25/11/13
  • 47. Novas Coisas ● Precisamos: – Adaptar tudo que já existe e que queremos colocar na internet – Criar coisas novas com visão atual de IoT ● ● 25/11/13 DIY ● – “EU sei o que EU quero!” 3D printer Pensar em novas aplicações aproveitando os conceitos de IoT
  • 48. Novas Coisas ● Como fazer uma coisa: – Criar objeto → open 3d printer projects ● – Rechear com controlador → open hardware ● – Ex: http://arduino.cc Disponibilizar dados → open knowledge ● 25/11/13 Ex: http://arduino.cc Programar → open software ● – Ex: http://www.thingiverse.com/ Ex: http://okfn.org
  • 49. Novas Coisas ● Como fazer uma coisa: – OPEN COISA ! ● Hardware livre → alteração no hardware ● Código livre → alteração no código ● O que seria uma coisa livre???? – – – 25/11/13 Projeto livre para o objeto? Qualquer pessoa pode imprimir sem pagar royalties? Tipo Creative Commons ?
  • 53. E o que já é realidade ? Parte 1: THE GOOD 25/11/13
  • 54. The good ● Google car ● Carro com IP 25/11/13 Dirige sozinho – Chevrolet Volt – – Seu carro na internet
  • 55. E o que já é realidade ? Parte 2: THE BAD 25/11/13
  • 56. The Bad ● Car Hack – Um carro possui diversos controladores – Controlam tudo, incluindo: ● ● Dashboard ● Freios ● Direção (estacionamento automático) ● Cinto de segurança ● Rádio ● 25/11/13 Abertura de portas ...
  • 57. The Bad ● Car Hack – 25/11/13 Para acessar a rede do carro (modo fácil):
  • 58. The Bad ● Car Hack – 25/11/13 Para acessar a rede do carro (modo nem tão fácil):
  • 59. E o que já é realidade ? Parte 3: THE UGLY 25/11/13
  • 60. The Ugly ● Falha de segurança em câmeras da TrendNet 25/11/13
  • 61. The Ugly ● Uma simples busca no google... 25/11/13
  • 62. The Ugly ● Teoria (?) da conspiração 25/11/13
  • 63. The Ugly ● Guerra Virtual, Terrorismo e vamos parar por aqui ● Nome: Stuxnet ● Ano: 2010 ● Verme de computador (windows) ● Exploração: Equipamentos industriais Siemens ● Alvo: Centrífugas para enriquecimento de urânio no Irã 25/11/13
  • 64. The Ugly ● Guerra Virtual, Terrorismo e vamos parar por aqui 25/11/13
  • 65. The Ugly ● Guerra Virtual, Terrorismo e vamos parar por aqui 25/11/13
  • 66. Ok, Ok... chega ! 25/11/13
  • 67. Conclusões ● A IoT é uma realidade (e é inevitável) ● O que você deve fazer? – Pense em como melhorar a vida das pessoas! ● ● Mobilidade urbana ● Acessibilidade ● Segurança ● Saúde ● 25/11/13 Meio ambiente ...
  • 68. Conclusões ● ● Temos a oportunidade de causar um impacto social gigantesco! Precisamos de boas ideias! – Produtos – Aplicações – Serviços – Mecanismos para: ● ● comunicação entre coisas ● redes de sensores ● atuadores ● 25/11/13 tratamento de dados ...
  • 69. Internet das Coisas e o Futuro da Internet André Peres {andre.peres@poa.ifrs.edu.br} Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio Grande do Sul - IFRS 25/11/13