APLIC. DE CLOUD,IOT E
INDÚSTRIA 4.0 EM PYTHON
Professor: Leandro Oliveira Moraes
Formado em sistema de informação
Pôs graduado em Gerenciamento de projetos
MBA em Big data
Aluno especial do mestrado em educação
tecnologia e sociedade
Objetivos
Entender como funcionaa Internet das Coisas (IoT) é Entender como
conectar e trocar dados entre objetos físicos e sistemas pela internet.
4.
Dispositivos IoT,ou Internet das Coisas,
são dispositivos eletrônicos que se
conectam a uma rede sem fio e transmitem
dados. Eles podem ser sensores, atuadores,
termostatos, smartwatches, roupas com
RFID, máquinas industriais, entre outros.
Como funcionam
Os dispositivos IoT têm sensores que coletam
dados do ambiente
Os dados são transmitidos para um servidor
central
Os dados podem ser usados para monitorar
e gerenciar os dispositivos
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5.
O queé IoT?
A Internet das Coisas (IoT) descreve a rede de objetos físicos
incorporados a sensores, software e outras tecnologias com o objetivo
de conectar e trocar dados com outros dispositivos e sistemas pela
internet. Esses dispositivos variam de objetos domésticos comuns a
ferramentas industriais sofisticadas. Com mais de 7 bilhões de
dispositivos IoT conectados hoje, os especialistas esperam que esse
número cresça para 10 bilhões em 2020 e 22 bilhões em 2025. A Oracle
tem uma rede de parceiros de dispositivo.
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6.
Por quea Internet das Coisas (IoT) é tão importante?
Nos últimos anos, a IoT se tornou uma das tecnologias mais
importantes do século XXI. Agora que podemos conectar
objetos do cotidiano - eletrodomésticos, carros, termostatos,
babás eletrônicas - à Internet por meio de dispositivos
incorporados, é possível uma comunicação perfeita entre
pessoas, processos e outras coisas.
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7.
Por meio dacomputação de baixo custo, nuvem, big data,
análise avançada e tecnologias móveis, coisas físicas podem
compartilhar e coletar dados com o mínimo de intervenção
humana. Nesse mundo hiperconectado, os sistemas digitais
podem gravar, monitorar e ajustar cada interação entre itens
conectados. O mundo físico encontra o mundo digital, e eles
trabalham em conjunto.
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8.
Quais tecnologiastornaram a IoT possível?
Embora a ideia de IoT já exista há muito tempo, uma coleção
de avanços recentes em diversas tecnologias diferentes tornou-
a prática.
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9.
Acesso atecnologia de sensores de baixo custo e baixa
potência. Sensores acessíveis e confiáveis estão possibilitando a
tecnologia IoT para mais fabricantes.
Conectividade. Uma série de protocolos de rede para a Internet
facilitou a conexão de sensores à nuvem e a outras coisas para
transferência eficiente de dados.
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10.
Plataformas decomputação na nuvem. O aumento da
disponibilidade de plataformas na nuvem permite que empresas
e consumidores acessem a infraestrutura de que precisam para
aumentar a escala sem precisar gerenciar tudo.
Machine learning e análise avançada. Com os avanços em
machine learning e análise avançada, além do acesso a
quantidades grandes e variadas de dados armazenados na
nuvem, as empresas podem obter insights de maneira mais
rápida e fácil. O surgimento dessas tecnologias aliadas continua
a ultrapassar os limites da IoT e os dados produzidos pela IoT
também alimentam essas tecnologias.
Inteligência artificial (IA) conversacional. Os avanços nas redes
neurais trouxeram o NLP (natural-language processing,
processamento de linguagem natural) aos dispositivos de IoT
(como assistentes pessoais digitais Alexa, Cortana e Siri) e os
tornaram atraentes, acessíveis e viáveis para uso doméstico.
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11.
O queé IoT Industrial?
IoT industrial (IIoT) refere-se à aplicação da tecnologia IoT em
ambientes industriais, especialmente no que diz respeito à
instrumentação e controle de sensores e dispositivos que
envolvem tecnologias de nuvem. Recentemente, as indústrias
usaram a comunicação máquina a máquina (M2M) para obter
automatização e controle sem fio.
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12.
Mas como surgimento da nuvem e de tecnologias aliadas
(como análise avançada e machine learning), os setores
podem alcançar uma nova camada de automatização e, com
ela, criar receitas e modelos de negócios. A IIoT às vezes é
chamada de quarta onda da revolução industrial, ou Industry
4.0. A seguir, alguns usos comuns para IIoT:
Fabricação inteligente
Ativos conectados e manutenção preventiva e preditiva
Redes de energia inteligentes
Cidades inteligentes
Logística conectada
Cadeias de suprimentos digitais inteligentes
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13.
Desbloqueie ovalor comercial com a IoT
À medida que a IoT se torna mais difundida no mercado, as
empresas estão capitalizando o enorme valor comercial que ela
pode oferecer. Esses benefícios incluem:
Derivar insights baseados em dados de dados da IoT para
ajudar a gerenciar melhor os negócios Aumentar a
produtividade e a eficiência das operações comerciais
Criar modelos de negócios e fluxos de receita
Conexão fácil e direta do mundo físico dos negócios ao mundo
digital para gerar valor rápido
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14.
O quesão aplicações de IoT?
Aplicações SaaS IoT prontas para negócios
As aplicações de IoT usam algoritmos de machine learning para analisar
grandes quantidades de dados de sensores conectados na nuvem.
Usando painéis e alertas da IoT em tempo real, você obtém visibilidade
dos principais indicadores de desempenho, estatísticas do tempo médio
entre falhas e outras informações. Os algoritmos baseados em machine
learning podem identificar anomalias no equipamento e enviar alertas
aos usuários e até mesmo acionar correções automatizadas ou medidas
proativas.
Com as aplicações IoT baseadas na nuvem, usuários corporativos
podem aprimorar rapidamente os processos existentes para cadeias de
suprimentos, atendimento ao cliente, recursos humanos e serviços
financeiros. Não há necessidade de recriar processos de negócios
inteiros.
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15.
Quais sãoalgumas das maneiras usadas para implantar
aplicações de IoT?
A capacidade da IoT de fornecer informações sobre o sensor e
ativar a comunicação dispositivo a dispositivo está
impulsionando um amplo conjunto de aplicações. Veja a seguir
algumas das aplicações mais populares e o que elas fazem.
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16.
Crie novaseficiências em manufatura por meio do
monitoramento da máquina e do monitoramento da qualidade
do produto.
As máquinas podem ser monitoradas e analisadas
continuamente para garantir o desempenho dentro das
tolerâncias exigidas. Os produtos também podem ser
monitorados em tempo real para identificar e solucionar defeitos
de qualidade.
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17.
Melhore orastreamento e a restrição de ativos físicos.
O rastreamento permite que as empresas determinem
rapidamente a localização dos ativos. O ring-fence permite que
eles garantam que ativos de alto valor estejam protegidos
contra roubo e remoção.
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18.
Use dispositivosvestíveis para monitorar as análises avançadas
da saúde humana e as condições ambientais.
Os dispositivos vestíveis da IoT permitem que as pessoas
entendam melhor sua própria saúde e permitem que os
médicos monitorem remotamente os pacientes. Essa tecnologia
também permite que as empresas rastreiem a saúde e a
segurança de seus funcionários, o que é especialmente útil para
trabalhadores empregados em condições perigosas.
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19.
Impulsione eficiênciase novas possibilidades nos processos
existentes.
Um exemplo disso é o uso de IoT para aumentar a eficiência e
segurança em logística conectada para gerenciamento de
frotas. As empresas podem usar o monitoramento da frota da
Internet das Coisas para direcionar caminhões, em tempo real,
para melhorar a eficiência.
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20.
Habilitar alteraçõesde processos de negócios.
Um exemplo disso é o uso de dispositivos IoT para ativos
conectados para monitorar a saúde de máquinas remotas e
acionar chamadas de serviço para manutenção preventiva. A
capacidade de monitorar remotamente as máquinas também
está habilitando novos modelos de negócio de produto como
serviço, onde os clientes não precisam mais comprar um
produto, mas pagam pelo uso.
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21.
Quais setorespodem se beneficiar da IoT?
As organizações mais adequadas para a IoT são aquelas que se
beneficiariam do uso de dispositivos sensores em seus processos
de negócios.
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22.
Fabricação: Fabricantespodem obter uma vantagem
competitiva usando o monitoramento da linha de produção
para permitir a manutenção proativa do equipamento quando
os sensores detectam uma falha iminente. Os sensores podem
realmente medir quando a produção está comprometida. Com
a ajuda de alertas de sensor, os fabricantes podem verificar
rapidamente a precisão do equipamento ou removê-lo da
produção até que seja reparado. Isso permite que as empresas
reduzam os custos operacionais, melhorem o tempo de
atividade e melhorem o gerenciamento do desempenho dos
ativos.
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23.
Automotivo: Osetor automotivo espera obter vantagens
significativas com o uso de aplicações de IoT. Além dos
benefícios da aplicação da IoT nas linhas de produção, os
sensores podem detectar falhas iminentes dos equipamentos
nos veículos que já estão na estrada e podem alertar o
motorista com detalhes e recomendações. Graças às
informações agregadas coletadas pelas aplicações baseadas
na IoT, fabricantes e fornecedores automotivos podem aprender
mais sobre como manter os carros em movimento e os
proprietários de carros informados.
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24.
Transporte eLogística: os sistemas de transporte e logística se
beneficiam de uma variedade de aplicações de IoT. Frotas de
carros, caminhões, navios e trens que possuem estoque podem
ser redirecionadas com base nas condições climáticas,
disponibilidade de veículo ou motorista, graças aos dados do
sensor de IoT. O estoque em si também pode ser equipado com
sensores para monitoramento de acompanhamento e
rastreamento e controle de temperatura. Os setores de
alimentos e bebidas, flores e produtos farmacêuticos costumam
realizar estoques sensíveis à temperatura que se beneficiariam
muito com as aplicações de monitoramento da IoT que enviam
alertas quando as temperaturas aumentam ou caem para um
nível que ameaça o produto.
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25.
O quee Beacon? é um dispositivo que emite sinais de rádio
para alertar usuários sobre alguma informação, com base na
sua localização ou na localização de outro dispositivo. A palavra
beacon traduzida para o português significa "farol".
Os beacons funcionam através da tecnologia bluetooth low
energy (BLE), também conhecida como bluetooth 4.0. Os sinais
emitidos pelos beacons podem ser captados por aplicativos de
smartphones e tablets, que os interpretam como gatilhos para
uma determinada ação.
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26.
Varejo: Asaplicações de IoT permitem que as empresas de
varejo gerenciem estoques, melhorem a experiência do cliente,
otimizem a cadeia de suprimentos e reduzam os custos
operacionais. Por exemplo, prateleiras inteligentes equipadas
com sensores de peso podem coletar informações baseadas
em RFID e enviar os dados para a plataforma IoT para monitorar
automaticamente o estoque e acionar alertas se os itens
estiverem com pouca carga. Os beacons podem enviar ofertas
e promoções direcionadas aos clientes para fornecer uma
experiência envolvente.
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27.
Setor Público:Os benefícios da IoT no setor público e em outros
ambientes relacionados a serviços são igualmente abrangentes.
Por exemplo, os serviços públicos pertencentes ao governo
podem usar aplicações baseadas na IoT para notificar seus
usuários sobre interrupções em massa e até mesmo sobre
interrupções menores nos serviços de água, energia ou esgoto.
As aplicações de IoT podem coletar dados sobre o escopo de
uma interrupção e implementar recursos para ajudar os utilitários
a se recuperarem de interrupções com maior velocidade.
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28.
Assistência Médica: Omonitoramento de ativos da IoT oferece
vários benefícios ao setor de saúde. Médicos, enfermeiros e
assistentes geralmente precisam saber a localização exata dos
ativos de assistência ao paciente, como cadeiras de rodas.
Quando as cadeiras de rodas de um hospital são equipadas com
sensores IoT, elas podem ser rastreadas a partir da aplicação de
monitoramento de ativos IoT para que qualquer pessoa que
esteja procurando por uma possa encontrar rapidamente a
cadeira de rodas disponível mais próxima. Muitos ativos
hospitalares podem ser rastreados dessa maneira para garantir o
uso adequado e a contabilidade financeira dos ativos físicos em
cada departamento.
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29.
Segurança Geral emTodos os Setores: Além de rastrear ativos
físicos, a IoT pode ser usada para melhorar a segurança do
trabalhador. Os funcionários em ambientes perigosos, como
minas, campos de petróleo e gás e usinas químicas e de energia,
por exemplo, precisam saber sobre a ocorrência de um evento
perigoso que possa afetá-los. Quando estão conectados a
aplicações baseadas em sensores da IoT, eles podem ser
notificados de acidentes ou resgatados deles o mais rápido
possível. As aplicações de IoT também são usados para
dispositivos vestíveis que podem monitorar a saúde humana e as
condições ambientais. Esses tipos de aplicações não apenas
ajudam as pessoas a entender melhor sua própria saúde, como
também permitem que os médicos monitorem os pacientes
remotamente.
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30.
Design daarquitetura da IoT (Internet das Coisas)
A Internet das Coisas do Azure é uma coleção de serviços
gerenciados e de plataforma que conectam, monitoram e
controlam dispositivos IoT. A Internet das Coisas do Azure dá
suporte a uma grande variedade de dispositivos, incluindo
equipamentos industriais, microcontroladores e sensores. Os
dispositivos IoT se comunicam com a IoT de nuvem e outros
serviços, que processam os dados de dispositivos para monitorá-
los e gerenciá-los.
Por exemplo, um motor industrial coleta e envia dados de
temperatura para a nuvem. A análise de dados determina se o
motor está funcionando como esperado. Essas informações
priorizam o agendamento de manutenção do motor.
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31.
Entender aarquitetura da solução de IoT
A arquitetura da solução de IoT padrão consiste em cinco elementos
básicos.
Os dispositivos são equipamentos industriais, sensores e microcontroladores
que se conectam à nuvem para enviar e receber dados.
O provisionamento permite que os dispositivos executem ações e se
comuniquem com a nuvem.
O processamento analisa dados de dispositivos para coletar insights.
A integração de negócios executa ações com base em insights dos dados
do dispositivo. Você pode usar serviços como o Power BI para inspecionar
e visualizar dados ou os Aplicativos Lógicos do Azure ou o Microsoft Power
Automate para configurar ações automatizadas.
Monitoramento de segurança. O Microsoft Defender para IoT fornece uma
solução de segurança de ponta a ponta para cargas de trabalho de IoT.
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32.
Padrões eguias de arquitetura de IoT
Padrões
Os padrões de arquitetura IoT são blocos de construção
reutilizáveis que abordam as principais áreas de solução de IoT.
Os padrões são genéricos e utilizáveis em diferentes verticais de
setores. Para obter exemplos de soluções de IoT específicas do
setor, confira Soluções e cenários específicos do setor da
Internet das Coisas do Azure.
Atualizações de IoT em tempo real. Em vez de solicitações de
sondagem tradicionais, os clientes podem receber atualizações
de dispositivos em tempo real. O Serviço do Azure SignalR envia
dados de IoT em tempo real para clientes como páginas da
Web e aplicativos móveis.
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33.
Soluções dedimensionamento de IoT com selos de implantação.
Os selos são unidades discretas dos componentes da solução
que dão suporte otimizado a um número definido de dispositivos.
O selo de implantação dá suporte à ação de escalar
verticalmente o número de dispositivos IoT conectados por meio
da replicação de selos.
Suporte ao SDK do cliente da Internet das Coisas do Azure para
servidores de token de terceiros. O Hub IoT do Azure dá suporte à
autenticação de token SAS (Assinatura de Acesso
Compartilhado) em SDKs do cliente. Saiba o que fazer em cada
SDK para obter a autenticação de servidor de token de terceiros.
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34.
Implantação eficientede imagem do Docker. Os dispositivos de
borda normalmente são provisionados implantando imagens de
contêiner de software. Use uma funcionalidade de implantação
confiável e resiliente para situações em que você tem largura de
banda limitada, intermitente ou baixa.
Análise de IoT com o Azure Data Explorer. Use o Azure Data Explorer
para análise de telemetria de IoT quase em tempo real em dados
de streaming de alto volume de fluxo rápido de uma ampla
variedade de dispositivos IoT.
Armazenamento de dados e processamento do IoT Edge. Algumas
soluções de IoT precisam de redes de borda locais para fornecer
computação e coleta de dados. Veja como usar dispositivos de
borda em uma implementação de IoT para fornecer respostas
rápidas, alta disponibilidade e alta largura de banda.
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35.
Guides
Osguias de arquitetura de IoT fornecem insights sobre conceitos,
arquiteturas e fluxos de trabalho de IoT.
Arquitetura da solução de IoT. Essa série fornece uma visão geral das
interações funcionais entre eventos, insights e ações em soluções de
Internet das Coisas do Azure.
Pesquisa visual computacional com o Azure IoT Edge. Esta série descreve
uma carga de trabalho de visão computacional de ponta a ponta. O
Azure IoT Edge, o Azure Machine Learning, o Armazenamento do Azure,
os Serviços de Aplicativos do Azure e o Power BI são combinados para
fornecer soluções de segurança e garantia de qualidade.
Mova uma solução de IoT do teste para a produção. Aprenda as
melhores práticas e o que evitar ao mover uma solução de IoT de um
ambiente de teste para um de produção.
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36.
Protocolos deIoT: Como os dispositivos IoT se comunicam com a
rede
Os dispositivos IoT se comunicam usando protocolos de IoT. O
protocolo IP é um conjunto de regras que determina como os
dados são enviados para a Internet. Os protocolos de IoT
garantem que as informações de um dispositivo ou sensor sejam
lidas e compreendidas por outro dispositivo, um gateway e um
serviço. Protocolos de IoT diferentes foram projetados e
otimizados para diferentes cenários e usos. Considerando a
variedade de dispositivos IoT disponíveis, é importante usar o
protocolo correto no contexto correto.
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37.
Os principaisprotocolos utilizados para a Internet das Coisas?
(IoT) são MQTT, CoAP, UPnP e AllJoyn. O tipo de protocolo de IoT mais
adequado depende da camada de arquitetura do sistema em que os
dados serão transmitidos.
Alguns outros protocolos de IoT são:
AMQP (Protocolo avançado de enfileiramento de mensagens)
DDS (Serviço de Distribuição de Dados)
M2M (Protocolo de comunicação máquina a máquina)
XMPP (Extensible Messaging and Presence Protocol)
Para garantir a segurança dos sistemas de IoT, é possível:
Usar senhas fortes e exclusivas para todas as contas
Priorizar a segurança do Wi-Fi, habilitando o firewall do roteador,
desabilitando o WPS e habilitando o protocolo de segurança WPA2
Monitorar a rede básica e alterações no comportamento do dispositivo
Aplicar segmentação de rede, criando uma rede independente para
dispositivos IoT e outra para conexões de convidados
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38.
Qual protocolode IoT é adequado para mim?
O tipo de protocolo de IoT de que você precisará depende da
camada de arquitetura do sistema em que os dados
trafegarão. O modelo OSI (Open Systems
Interconnection) fornece um mapa das várias camadas que
enviam e recebem dados. Cada protocolo de IoT na arquitetura
do sistema de IoT permite a comunicação entre dispositivos,
entre dispositivo e gateway, entre gateway e data center ou
entre gateway e nuvem, bem como a comunicação entre data
centers.
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39.
Camada deaplicativo
A camada de aplicativo serve como a interface entre o usuário
e o dispositivo em um determinado protocolo de IoT.
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40.
AMQP (AdvancedMessage Queuing Protocol)
Uma camada de software que cria interoperabilidade entre o
middleware de mensagens. Ele ajuda uma variedade de
sistemas e aplicativos a trabalhar juntos, criando mensagens
padronizadas em escala industrial.
CoAP (Protocolo de aplicativo restrito)
Um protocolo de largura de banda restrita e de rede restrita
projetado para dispositivos com capacidade limitada para se
conectar à comunicação entre computadores. O CoAP
também é um protocolo de transferência de documentos que é
executado por protocolo UDP.
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41.
DDS (Serviçode distribuição de dados)
Um protocolo de comunicação ponto a ponto versátil que faz
tudo, desde a execução de pequenos dispositivos até a
conexão de redes de alto desempenho. O DDS simplifica a
implantação, aumenta a confiabilidade e reduz a
complexidade.
MQTT (Transporte de Telemetria de Fila de Mensagens)
Um protocolo de mensagens projetado para a comunicação
leve entre computadores e usado principalmente para
conexões de largura de banda baixa com locais remotos. O
MQTT usa um padrão de editor-assinante e é ideal para
dispositivos pequenos que exigem o uso eficiente da largura de
banda e da bateria.
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42.
Camada detransporte
Em qualquer protocolo de IoT, a camada de transporte habilita
e protege a comunicação dos dados conforme eles trafegam
entre as camadas.
Protocolo TCP
O protocolo dominante para a maioria da conectividade com a
Internet. Ele oferece comunicação entre hosts dividindo grandes
conjuntos de dados em pacotes individuais e reenviando e
remontando os pacotes conforme necessário.
Protocolo UDP
Um protocolo de comunicação que habilita a comunicação
entre processos e é executado sobre o IP. O UDP melhora as
taxas de transferência de dados por TCP e é mais adequado
para aplicativos que exigem transmissões sem perdas.
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43.
Camada derede
A camada de rede de um protocolo de IoT ajuda dispositivos
individuais a se comunicar com o roteador.
IP
Muitos protocolos de IoT utilizam IPv4, enquanto as execuções
mais recentes usam IPv6. Essa atualização recente para IP roteia
o tráfego pela Internet e identifica e localiza dispositivos na rede.
6LoWPAN
Esse protocolo de IoT funciona melhor com dispositivos que
consomem pouca energia com funcionalidades de
processamento limitadas.
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44.
Camada delink de dados
A camada de dados faz parte de um protocolo de IoT que
transfere dados dentro da arquitetura do sistema, identificando
e corrigindo erros encontrados na camada física.
IEEE 802.15.4
Um padrão de rádio para conexão sem fio de baixo consumo
de energia. Ele é usado com Zigbee, 6LoWPAN e outros padrões
para criar redes integradas sem fio.
LPWAN
Redes LPWAN (redes de longa distância de baixo consumo de
energia) permitem a comunicação entre distâncias de 500
metros a mais de 10 km em alguns lugares. A LoRaWAN é um
exemplo de LPWAN otimizada para baixo consumo de energia.
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45.
Camada física
A camada física é o canal de comunicação entre os dispositivos em um
ambiente específico.
BLE (Bluetooth de baixa energia)
O BLE reduz drasticamente o consumo de energia e o custo e mantém
um intervalo de conectividade semelhante ao Bluetooth clássico. O BLE
trabalha nativamente em sistemas operacionais móveis e está se
tornando rapidamente um favorito para os aparelhos eletrônicos
devido ao seu baixo custo e vida longa da bateria.
Ethernet
Essa conexão com fio é uma opção menos dispendiosa que fornece
conexão rápida de dados e baixa latência.
LTE (Evolução de Longo Prazo)
Um padrão de comunicação de banda larga sem fio para dispositivos
móveis e terminais de dados. O LTE aumenta a capacidade e a
velocidade das redes sem fio e é compatível com streams de difusão e
multicast.
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46.
NFC (comunicaçãoa curta distância)
Um conjunto de protocolos de comunicação que usam campos
eletromagnéticos que permitem que dois dispositivos se
comuniquem dentro de quatro centímetros de distância entre
eles. Os dispositivos habilitados para NFC funcionam como
cartões de acesso de identidade e normalmente são usados
para pagamentos móveis sem contato, tíquetes e cartões
inteligentes.
PLC (Comunicação de Linha de Alimentação)
Uma tecnologia de comunicação que permite o envio e
recebimento de dados pelos cabos de alimentação existentes.
Com isso, você pode alimentar e controlar um dispositivo IoT por
meio do mesmo cabo.
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47.
RFID (Identificaçãopor radiofrequência)
O RFID usa campos eletromagnéticos para rastrear marcas eletrônicas
não alimentadas de outra forma. Um hardware compatível fornece
energia e comunicação com essas marcas, lendo suas informações de
identificação e autenticação.
Wi-Fi/802.11
O Wi-Fi/802.11 é um padrão em residências e escritórios. Embora seja
uma opção de baixo custo, ela pode não atender a todos os cenários
devido ao seu intervalo limitado e ao consumo de energia contínuo.
Z - Wave
Uma rede de malha para ondas de rádio de baixa energia para fazer
a comunicação entre dispositivos.
Zigbee
Uma especificação baseada em IEEE 802.15.4 para um pacote de
protocolos de comunicação de alto nível usado para criar redes de
área pessoal com rádios digitais pequenos e de baixa potência.
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