Conceitos e Aplicações da Internet das Coisas

Projeto Integrado IOT e Aplicações Cruzeiro do Sul Virtual Educação a Distância Material Teórico Responsável pelo Conteúdo Prof Dr Alberto Messias Revisão Textual Prof Me Luciano Vieira Francisco Conceitos sobre a Tecnologia de Internet das Coisas Conceitos Iniciais sobre Internet das Coisas Exemplificando uma Aplicação de IoT em Ambiente Residencial Compreender as definições sobre internet das coisas Internet of Things IoT como serão os ambientes inteligentes quais tecnolo gias são habilitadoras para IoT Ilustrar algumas áreas de aplicações para IoT Discutir como esse conceito pode ser aplicado aos novos negócios e como impactará no cotidiano humano OBJETIVO DE APRENDIZADO Conceitos sobre a Tecnologia de Internet das Coisas Orientações de estudo Para que o conteúdo desta Disciplina seja bem aproveitado e haja maior aplicabilidade na sua formação acadêmica e atuação profissional siga algumas recomendações básicas Assim Organize seus estudos de maneira que passem a fazer parte da sua rotina Por exemplo você poderá determinar um dia e horário fixos como seu momento do estudo Procure se alimentar e se hidratar quando for estudar lembrese de que uma alimentação saudável pode proporcionar melhor aproveitamento do estudo No material de cada Unidade há leituras indicadas e entre elas artigos científicos livros vídeos e sites para aprofundar os conhecimentos adquiridos ao longo da Unidade Além disso você também encontrará sugestões de conteúdo extra no item Material Complementar que ampliarão sua interpretação e auxiliarão no pleno entendimento dos temas abordados Após o contato com o conteúdo proposto participe dos debates mediados em fóruns de discus são pois irão auxiliar a verificar o quanto você absorveu de conhecimento além de propiciar o contato com seus colegas e tutores o que se apresenta como rico espaço de troca de ideias e de aprendizagem Organize seus estudos de maneira que passem a fazer parte Mantenha o foco Evite se distrair com as redes sociais Mantenha o foco Evite se distrair com as redes sociais Determine um horário fixo para estudar Aproveite as indicações de Material Complementar Procure se alimentar e se hidratar quando for estudar lembrese de que uma Não se esqueça de se alimentar e de se manter hidratado Aproveite as Conserve seu material e local de estudos sempre organizados Procure manter contato com seus colegas e tutores para trocar ideias Isso amplia a aprendizagem Seja original Nunca plagie trabalhos UNIDADE Conceitos sobre a Tecnologia de Internet das Coisas Conceitos Iniciais sobre Internet das Coisas Weiser 1999 menciona que as tecnologias mais profundas são aquelas que desaparecem Lyytinen e Yoo 2002 discutem que o próximo passo da compu tação é tornar o computador embutido nas ações naturais e interações humanas A essência da computação pervasiva reside na criação de ambientes saturados de computação e capacidade de comunicação que se integrem à vida humana SATYANARAYANAN 2001 Em abordagens preliminares observase que deverão existir centenas de disposi tivos por pessoa por ambientes de todas as escalas conectados às redes sem fio tornando a computação onipresente além da evolução das interfaces com os seres humanos as quais deverão ser mais transparentes e simples WEISER 1999 Tal revolução não influenciará somente na quantidade de informações mas tam bém em sua qualidade Inúmeros e pequenos processadores embutidos em diversos objetos estarão integrados no dia a dia Weiser 1999 afirma que a tecnologia é somente um meio para o propósito ou seja uma ferramenta Nesse momento se define o termo computação ubíqua em uma forma mais acadêmica e idealista ao passo que o sentido de computação pervasiva aparece como uma tecnologia ao processamento onipresente sendo estabelecida pela indústria MATTERN ZURICH 2005 embora tais termos possam ser encarados como sinônimos A internet das coisas Internet of Things IoT é definida como uma infra estrutura de rede global que interconecta fisicamente e virtualmente objetos com o objetivo de explorar dados capturados e as suas capacidades de comunicação Tratase de infraestrutura que contempla e envolve a internet e as redes de comu nicação necessitando de identificação única de objetos sensores e capacidade de conexão como as suas bases para o desenvolvimento independente de serviços e aplicações É caracterizada pelo alto grau de captura autônoma de dados transfe rência de eventos de rede conectividade e interoperabilidade CASAGRAS 2009 A Figura 1 ilustra a interação existente em qualquer implementação para IoT incluindo a interação entre as redes de comunicação e os mundos físico e virtual representados pela internet CASAGRAS 2009 Internet Redes e Aplicações Mundo Físico Figura 1 Interação entre as redes de comunicação e os mundos físico e virtual 8 9 O que são coisas no Contexto de IoT A aplicação do termo coisas inclui substâncias e produtos que são as bases da sobre vivência humana e que existem em grandes quantidades e de diferentes tipos Contu do tal concepção vai de encontro à definição de computação pervasiva já formulada Nesse sentido segue a Figura que ilustra os diversos tipos de dispositivos ou coisas que comporão o mundo virtual Figura 2 Fonte gamaluxorg Quais são os tipos de Dispositivos para IoT IoT referese à próxima geração de internet BAHGA MADISETTI 2014 a qual possuirá trilhões de nós os quais representados por pequenos dispositivos ubíquos ou embutidos nos diversos ambientes dotados de sensores e interconectados a servidores web supercomputadores ou clusters Tecnologias como as redes de sensores a identificação única de objetos comunicação móvel localização em tempo real computação ubíqua e o protocolo IPv6 integram a nova infraestrutura de computação e comunicação As casas do futuro explorarão enormemente o paradigma de computação pervasiva e internet das coisas Controlarão aquecimento luzes compras aparelhos ou até mesmo o ato de cozinhar Assim tornase importante que tais aplicações possuam INTILLE 2002 Heterogeneidade e distribuição dos dispositivos Dinamismo do ambiente Escalabilidade autoadaptação e simplicidade Segurança sendo papel fundamental nos ambientes pervasivos Interfaces intuitivas e naturais Confidencialidade e integridade de ambientes ou dados das aplicações 9 UNIDADE Conceitos sobre a Tecnologia de Internet das Coisas Figura 3 Modelo inclusivo para IoT Fonte Adaptada de Souza 2015 A Figura 3 representa o processo de captura e processamento de dados em IoT este que ocorre da seguinte maneira os dados gerados pelos objetos físicos são lidos pelo dispositivo interrogador igualmente designado como gateway tais dados são enviados ao sistema de gerenciamento de informação a partir do qual e usando a internet ou outras tecnologias de rede são obtidos outros dados associados aos objetos ou aos próprios dados iniciais Assim o resultado do processamento por uma aplicação ou serviço é uma atuação no ambiente em que estão presentes os objetos eou atuação sobre os quais Conforme se observa em Souza 2015 são propostas três classes de dispositivos para IoT vejamos 1 Objetos puramente passivos com identificação e dados fixos são aqueles presentes na physical interface zone parte superior da Figura 3 2 Objetos dotados de moderado poder computacional e percepção de con texto os quais por meio de sensores podem gerar mensagens e variar a informação associada a esses de acordo com o tempo e lugar represen tados pelos objetos presentes na physical interface zone mais ao centro da Figura 3 3 Objetos que possuem conectividade em rede sem a intervenção humana possibilitando a emergência de inteligência nos sistemas de rede represen tados pelos objetos presentes na physical interface zone na parte inferior da Figura 3 10 11 O modelo ilustrado pela Figura 3 pode ser exemplificado por meio de um proces so baseado em IoT HUANG LI 2010 no qual um objeto do mundo real possui uma informação por exemplo dentro de uma tarja eletrônica tal informação é resgatada por um interrogador este que pode estar conectado a um serviço ou a uma aplicação onde usuários ou aplicações que estão no mundo real poderão ler ou compartilhar a informação do objeto em tempo real Por fim essa aplicação pode atuar no ambiente por meio dos atuadores presentes em objetos SOUZA 2015 Importante Cabe ressaltar que a tarja eletrônica pode ser substituída por outras tecnologias de identifi cação única ou seja não se restringe à tecnologia de Rfi d Importante Como aplicações para IoT são sugeridas diversas áreas tais como Casas inteligentes Vida assistida Aplicações médicas Indústrias inteligentes Segurança e controle de acesso Carros inteligentes Tráfego inteligente Prevenção de acidentes com a comunicação carro a carro Veja a imagem a seguir httpsgooglTSj2JS Explor Cidades inteligentes e monitoramento Compras automatizadas Logística inteligente Monitoramento de vida animal Veja a imagem a seguir httpsgooglu4U551 Explor 11 UNIDADE Conceitos sobre a Tecnologia de Internet das Coisas Cenários para estimação alertas e recuperação de desastres naturais Figura 4 Uso de energia elétrica água gás etc Ambientes inteligentes com monitoramento e controle de consumo de energia Figura 5 Fonte Adaptada de iStockGetty Images 12 13 Sistemas inteligentes de entretenimento Sistemas inteligentes para a agricultura e rastreabilidade da cadeia de origem de alimentos e itens Figura 6 Note que essas áreas são as mais diretas ao se pensar em aplicações para IoT porém tal tecnologia não se restringe às quais Exemplifi cando uma Aplicação de IoT em Ambiente Residencial Uma aplicação de casa inteligente tem como alguns requisitos ou premissas a interface intuitiva junto ao usuário além de segurança escalabilidade heterogenei dade dos dispositivos autoadaptação ao ambiente e reconhecimento de contexto de usuário Assim a Figura 10 ilustra a arquitetura proposta à aplicação de casa inteligente seguindo uma estrutura básica necessária para a internet das coisas 13 UNIDADE Conceitos sobre a Tecnologia de Internet das Coisas Figura 7 Conforme se observa na Figura 10 a arquitetura é composta por uma camada de dispositivos com sensores e atuadores os quais interligados por meio do micro controlador Arduino BANZI 2011 que neste caso tem a função de gateway para IoT ou seja deve interconectar os dispositivos enviando e recebendo os comandos O aplicativo embarcado nesse microcontrolador interpreta e atua mediante as mensagens recebidas através de sua interface de rede As camadas superiores são representadas por um middleware ou plataforma que permite a interação e o processamento das mensagens enviadasrecebidas e pelas aplicações e inteligência ao processamento e à interface com o usuário Note que diversas são as tecnologias habilitadoras e os desafios inerentes ao desenvolvimento e à evolução da tecnologia de internet das coisas por exemplo Computação em nuvem Tecnologias de armazenamento de dados em nuvem Tecnologias para transferências de dados Tecnologia de big data para processar o grande volume de dados gerados Algoritmos ou sistemas de reconhecimento de padrões e inteligência artificial 14 15 Tecnologias de identificação única de objetos Padrões para interoperabilidade entre os dispositivosequipamentos de dife rentes fabricantes Tecnologias para a segurança e privacidade dos dados e aplicações em IoT imagine a sua casa ou o seu carro sendo invadido por um cracker Novos serviços e aplicações ainda não existentes sendo este um bom tema para empreendedores Novas maneiras de tarifações e cobranças pelos serviços de IoT Novas áreas de atuação profissional Análise dos impactos dessas tecnologias na sociedade como um todo sejam sociais ambientais psicológicos educacionais de legislações e regulamenta ções entre diversos outros Os desafios existentes para a evolução dessa tecnologia são transversais permeando diversas áreas de conhecimento de modo que esse saber inicial e sua aplicação se tornam condições essenciais em sua área de conhecimento e estudo 15 UNIDADE Conceitos sobre a Tecnologia de Internet das Coisas Material Complementar Indicações para saber mais sobre os assuntos abordados nesta Unidade Sites Estação de medição de temperatura OpenSource com Arduino e IoT Comunicação Como criar uma estação de medição de temperatura com arduino httpsgooglc4mUAZ Getting started with Watson IoT Platform Starter Tutorial da IBM para a criação de aplicações iniciais usando a plataforma BlueMix e IoT httpsgooglcC1zDV Leitura Dez aplicações possíveis de Internet das Coisas em PMEs Aplicações para internet das coisas Internet of Things IoT em diversas áreas httpsgooglIPdR2N Tendências de Internet das Coisas para 2018 httpsgooglrFk5FL Sistemas cyberfísicos e cidades inteligentes httpsgoogltpRqXA Uma nova arquitetura para Internet das Coisas com análise e reconhecimento de padrões e processamento com Big Data Tese de Doutorado que descreve a pesquisa quanto à introdução de algoritmos de reconhecimento de padrões e processamento em big data na arquitetura de IoT httpsgooglz4heTy Programação com Arduino Começando com Sketches Livro sobre programação e Arduino com um capítulo dedicado à conexão de rede com controlador httpbitly2Fr2XCM 16 17 Referências BAHGA A MADISETTI V Internet of things a handson approach Sl Vijay Madisetti 2014 CASAGRAS E F P Casagras final report Rfid and the inclusive model for the internet of things 2009 GIACOMELLI P Apache mahout cookbook Sl Packt 2013 HUANG Y LI G Descriptive models for internet of things In INTERNA TIONAL CONFERENCE ON INTELLIGENT CONTROL AND INFORMATION PROCESSING aug 2010 ITU Internet of things 2005 executive summary 2017 Disponível em https wwwituintosgspupublicationsinternetofthingsInternetofThingssummary pdf Accesso em 20 abr 2017 LYYTINEN K YOO Y Issues and challenges in ubiquitous computing Commu nications of the ACM v 45 n 12 p 6365 2002 MATTERN F ZURICH E Ubiquitous computing scenarios for an informatized world communication and the media economy of the future Sl SpringerVerlag 2005 p 145163 SARNOVSKY M et al First demonstrator of Hydra middleware architecture for building automation Hydra Project jun 2008 SATYANARAYANAN M Pervasive computing vision and challenges IEEE Per sonal Communications 2001 SOUZA A M da C Uma nova arquitetura para internet das coisas com análise e reconhecimento de padrões e processamento com big data 2015 Tese Doutorado em Sistemas EletrônicosEscola Politécnica da Universidade de São Paulo São Paulo 2015 Disponível em httpwwwtesesuspbrteses disponiveis33142tde20062016105809 Acesso em 3 maio 2017 UBIDOTS C Ubidots about 2017 Disponível em httpsubidotscom about Acesso em 8 abr 2017 WEISER M The computer for the 21st century Sigmobile Mob Comput Commun Rev New York v 3 n 3 p 311 jul 1999 WHITE T Hadoop the definitive guide 4th ed Sl OReilly Media 2015 17 wwwcruzeirodosulvirtualcombr Campus Liberdade Rua Galvão Bueno 868 CEP 01506000 São Paulo SP Brasil Tel 55 11 33853000 Cruzeiro do Sul Educacional