O documento discute os requisitos principais para projetos de Internet das Coisas (IoT). Ele explica que hardware apropriado, comunicação confiável e análise de dados são essenciais. O documento também discute opções para microcontroladores, placas de computação única, protocolos de comunicação e armazenamento/processamento de dados na nuvem.

1. https://www.google.com/url?
sa=i&url=https%3A%2F%2Fen.wikipedia.org%2Fwiki%2FWebAssembly&psig=AOvVaw01ph2uPKCm79kmbF
AW&ust=1594860562007000&source=images&cd=vfe&ved=0CAIQjRxqFwoTCOCK-
dyEzuoCFQAAAAAdAAAAABAD
O que projetos de
IoT precisam ?
Alvaro Viebrantz
Google Developer Expert for IoT and Product Engineer at Leverege
aviebrantz.com
@alvaroviebrantz

2. MOTIVAÇÃO DESSA TALK

4. HARDWARE
(COISA)

5. Hardware
O que define um dispositivo de IoT
• Entradas e Saidas
• GPIO
• Sensores
• Temperature, voltagem, distancia, gazes, audio, video, etc
• Atuadores
• Motores, luzes, displays, relé, etc
• Protocolos de comunicação
• Serial UART, I2C, SPI, I2S, CAN, etc

6. MICRO CONTROLADOR (MCU)
VS
SINGLE BOARD COMPUTER (SBC)

7. Micro controladores
Rodando as coisas “no metal”
• Frameworks
• Arduino, FreeRTOS, ZephyrRTOS, Mbed, etc
• Nativo do fabricante
• ESP-idf, STM Hal, nRF SDK
• Normalmente em C/C++
• Linguagens alto nivel
• MicroPython, Espruino, Rust embedded, TinyGo
• Prototipagem

8. 8

9. 9
ESP8266 👑
+ Ecossistema Arduino
+ Wifi embutido
ESP32 👑
+ Ecossistema Arduino
+ Wifi embutido
+ Bluetooth
+ Dual Core!!!
2$ 4$

10. Single Board Computers ( SBC )
Basicamente computadores de bolso
• Mais memória, mais CPU, gerenciamento de tarefas pelo SO
• Linux 👑
• Rode a linguagem que seu coração mandar
• Muita coisa em Python, NodeJS e Java
• Acesso ao hardware
• CPU Registers ou SYSFS
• Gateways, Edge Computing, Multimedia, etc

11. Raspberry Pi 4 👑
+ Ecossistema gigante
+ Wifi e Bluetooth embutido
+ Muito material na internet
+ CPU ARMv8 e 2~8Gb de ram
Orange Pi Zero 🍊
- Documentação ruim
+ Wifi e Bluetooth embutido
+ Muito barato
+ CPU ARMv6 e 512mb de ram
Onion Omega2
+ Low Profile
+ Larga escala
+ Wifi embutido
+ CPU MIPS e 64mb de ram

12. BeagleBone 🐶
Orange Pi Plus 2🍊
Raspberry Pi Zero 👑
Banana Pi M3 🍌

13. “É SÓ SAIR
PROGRAMANDO AGORA ?”

14. INFELIZMENTE
NÃO

15. Configuração dos dispositivos
Pontos importantes quando pensar no hardware
• ID do Dispositivo
• Setup Inicial
• Wifi, Bluetooth, Serial
• Provisionamento
• Atualização remota
• Reset de Fabrica

16. Design Final
Tem que parecer bonito pro usuário final
• Usar placas de prototipagem é valido ?
• Case
• Proteção pode depender do ambiente que vai ser instalado
• Placa de Circuito Impresso (PCB)
• Componentes (BOM)
• Otimizar custos e também prever demanda
• Montagem/Soldagem em larga escala
• Certificação

17. COMUNICAÇÃO
/ CONECTIVIDADE

18. Comunicação
Cada um tem uma aplicação diferente
• Depende de algumas variáveis
• Distância
• Energia
• Banda
• Custo

19. Comunicação - Camada Fisica
Formas de conectar dispositivos
• IP
• Ethernet
• WiFi
• Redes Celular - GPRS/3G
• Cat M1 / NB-IoT
• Satélite
• 6Lowpan (Bluetooth) /
OpenThread
• Protocolos
• TCP
• Socket, WebSocket
• HTTP, MQTT
• HTTP2/gRPC
• UDP
• Socket, CoAP, LwM2M

20. Comunicação - Camada Fisica
Formas de conectar dispositivos
• Não IP
• Bluetooth
• Zigbee / ZWave
• LoRa
• Sigfox
• Ultra-wide band
• RF em geral
• Protocolos
• LoRaWan
• Bluetooth LE
• Bluetooth Mesh
• Zigbee Cluster Library
• LoRa Mesh

21. Comunicação
Tradeoff de distância vs banda vs energia

22. IP VS NÃO IP
O QUE É IMPORTANTE AQUI

23. INFORMAÇÕES E SERVIÇOS
Coisas NuvemGateway
Bluetooth LE WiFi/3G
DADOS

24. Automação Residencial
Wifi, Zigbee, BLE, ZWave, RF

25. Monitoramento de ativos
Rede Celular, NB-IoT, Satellite, LoRa, Sigfox

26. Pagamentos
RFID, NFC e QRCode

27. Monitoramento de ativos indoor
RFID, Bluetooth LE, Ultra-wide band, Cameras

28. Sensoriamento Remoto
Zigbee, LoRa, NB-IoT, Sigfox

29. Serialização
Formato dos dados
• JSON
• XML
• Protocol Buffer
• Escova Bit
• CBOR
• Low Power Payload - LPP

30. BACKEND

31. NÃO EXISTE LINGUAGEM
MELHOR PRA IOT

32. NÃO EXISTE NUVEM
MELHOR PRA IOT

33. ALGUNS DETALHES
EM IOT

34. Modelagem e Armazenamento de dados
Dicas de como salvar dados de dispositivos de IoT
• Dado Atual / Tempo Real
• Series temporais ( Time Series ) e Eventos
• Associação
• Famosos CRUDs
• Lampada > Comodo > Casa > Usuario
• Rastreador > Veiculo > Frota > Empresa > Usuario
• Sensor > Silo > Fazenda > Usuario
• Poucos dados normalmente

35. Dados em Tempo Real
Como funciona e alguns bancos que podem ser utilizados
• Salva apenas último dado do dispositivo
• Pode ser o mesmo que o de associação
• Exemplos
• Firebase Realtime Database ( Não recomendo o Firestore nesse contexto )
• Clientes podem receber atualização em tempo real
• AWS Dynamo DB
• Elastic Search
• Mongo DB ( e outros orientados a documento )

36. Dados temporais e eventos/alertas
Como funciona e alguns bancos que podem ser utilizados
• Append Only - Apenas insira dados - Dados imutáveis
• Escolha um DB que escale de forma fácil e que tenho bom suporte a consultas
• Exemplos
• GCP BigQuery ( SQL )
• AWS Redshift ( SQL )
• Timescale DB ( PostgreSQL )
• InfluxDB
• SnowflakeDB
• MongoDB / ElasticSearch ( não tão bons pra consulta )

37. Dados de Associação
Como funciona e alguns bancos que podem ser utilizados
• Não tem muitas recomendações, escolha o que o seu coração mandar
• Fluxo de dados não é tão intenso quanto nos outros dois casos
• Exemplos
• Firebase / DynamoDB
• MySQL / Postgres
• ElasticSearch / MongoDB

38. ENVIO / RECEBIMENTO
DE DADOS

39. Autenticação e Autorização
Como seus dispositivos vão ser permitidos a se comunicar com seu backend
• Pode ser uma simples validação de Serial / ID do dispositivo
• Baseado em Token
• Par de chaves ( API Key/Secret )
• Chave/Certificado Assimétricos
• Muita gente esquece disso
• Ex: Usa broker mosquitto mas ele é bem ruim para adicionar auth em cima
• Afeta o processo de provisionamento que falamos antes
• Quanto essas chaves vão ser passadas pro device ?

40. Envio - Nuvem => Dispositivo
Como mandamos comandos para nosso dispositivo ?
• Depende do protocolo escolhido e da necessidade do projeto
• Exemplos
• MQTT e Websockets permitem comunicação em tempo real
• HTTP/CoAP - Dispositivo pode checar o backend de tempos em tempos
• LoRa / LoRaWan
• Rede Celular
• Integração com a rede celular para “acordar” o dispositivo

41. Recebimento - Dispositivo => Nuvem
Como mandamos dados para a nuvem
• Depende do protocolo escolhido
• Alta disponibilidade
• Não podemos perder dados importantes
• Deixar a camada bem fina e sem muita logica
• Com mensageria fica mais fácil

42. MENSAGERIA
FILA DE PROCESSAMENTO

43. Mensageria ⭐
Uma das melhores formas de escalar sistemas
• Jogue seus dados pra uma fila o mais cedo possível
• Ajuda a processar grande quantidade de dados
• Escalabilidade Horizontal
• Redução de perda de dados
• Exemplos
• Se estiver em nuvem, use o que tem lá - AWS SQS e GCP PubSub
• NSQ, NATS, RabbitMQ, Kafka

44. FRONT-END

45. Front End
Nada muito especial
• Web
• Escolha seu framework favorito
• Dá pra ser feliz com qualquer um
• Mobile
• Nativo
• Hibrido
• Flutter, React Native, Xamarin
• Administração / Back office
• CRUDzão

46. ANALISE DE DADOS

47. Visualização de Dados
Algumas ferramentas para monitorar os dispositivos
• Depende do banco que você escolheu para armazenar os dados temporais
• Exemplos
• Grafana
• PowerBI
• Tableau
• Google Data Studio

48. 48

49. 49

50. Machine Learning
Temos muitos dados, o que fazer com isso ?
• Manutenção preditiva
• Detecção de Imagens
• Análise de Sons/Audio
• Preenchimento de falhas

51. Edge Computing / Tiny ML
Rodar processamento na borda
• Faz muito sentido em entradas de Imagens/Audio
• Também em sensor com dados muito frequentes
• Acelerômetro, vibração, rotação
• Importantes em manutenção preditiva
• Reduzir banda/trafego de dados
• Privacidade
• Latência e Confiabilidade

52. • Faz muito sentido em entradas de Imagens/Audio
• Também em sensor com dados muito frequentes
• Acelerometro, vibração, rpm
• Importantes em manutenção preditiva
• Reduzir banda/trafego de dados
• Privacidade
• Latência e Confiabilidade
Edge Computing / Tiny ML
Rodar processamento na borda
Sparkfun Edge

53. “PARECE QUE
COMPLICADO HEIN”

54. AFINAL, O QUE UM
PROFISSIONAL DE IOT
PRECISA SABER ?

55. NÃO TENTE FAZER TUDO

56. Em alguns casos o hardware pode ser terceirizado
Pode existir soluções que já resolvam alguns problemas
• Rastreadores GPS/3G
• Software Traccar
• Placas da Particle
• Já vem com OTA e plataforma de gerenciamento de hardware
• Arduino está investindo em plataforma de IoT mais completa
• Tags Bluetooth/iBeacon prontas e gateways Wifi/BLE
• Sensores LoRa já prontos
• Busque por produtos LoraWan Certified

57. 57
Produtos LoRa
Lista com vários fornecedores

58. Geralmente nuvem publicas não são soluções completas
De novo, não existe melhor nuvem para IoT
• Google Cloud, AWS e Azure tem soluções de comunicação com o dispositivo
• Autenticação e Autorização
• Broker MQTT
• Gateway HTTP
• Mas não vão muito além disso, você tem que construir

59. Terceirize a plataforma de IoT
As vezes sua especialidade é justamente em Hardware
• Things.io
• LoRa - The Things Network ( TTN )
• Tago e ProIoT ( BR )
• Thing Speak
• Arduino Cloud
• Particle Cloud

60. Terceirize a parte de Machine Learning
Algumas plataformas hoje facilitam como começar com isso
• AWS Sage Maker
• GCP AI Platform / Auto ML / Firebase ML
• Edge Impulse ⭐

61. EXEMPLOS E ARTIGOS

62. Estação meteorológica

63. Monitoramento de Qualidade do Ar

64. Como falar com Plantas usando IoT

65. Monitoramento de ativos via GPS e Rede Celular

66. Detector de
cheiros ruins

67. Braço Robotico controlado por Voz

68. Monitoramento indoor usando cameras e Machine Learning
Arquitetura Local

69. Front End - Local

71. Monitoramento de Barcos
Rede Celular, Múltiplos Sensors, Alertas e Escala Global

72. Obrigado!
aviebrantz.com
youtube.com/alvaroviebrantz
twitch.tv/alvaroviebrantz
Alvaro Viebrantz
Google Developer Expert for IoT and Product Engineer at Leverege
aviebrantz.com
@alvaroviebrantz