Especificação de modelo de interoperabilidade de negócios

Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo

Vitor Monteiro Puente

Especificação de modelo de interoperabilidade de negócios nagestão de eficiência energética utilizando harmonização de

modelos de referência

São Paulo2018


Especificação de modelo de interoperabilidade de negócios na gestão de eficiênciaenergética utilizando harmonização de modelos de referência

Dissertação de Mestrado apresentada aoInstituto de Pesquisas Tecnológicas doEstado de São Paulo - IPT, como partedos requisitos para a obtenção do títulode Mestre em Engenharia da Computação:Engenharia de Software

Data da aprovação ____/____/______

____________________________________Prof. Dr. Mario Yoshikazu Miyake (Orienta-dor)Instituto de Pesquisas Tecnológicas doEstado de São Paulo

Membros da Banca Examinadora:

Prof. Dr. Mario Yoshikazu Miyake (Orientador)Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo

Prof. Dr. Jorge Luis Risco BecerraUSP - Universidade de São Paulo

Prof. Dr. Nelson TanomaruAtech – Negócios em Tecnologia S/A


Especificação de modelo de interoperabilidade de negócios na gestãode eficiência energética utilizando harmonização de modelos de

referência

Dissertação de Mestrado apresentada aoInstituto de Pesquisas Tecnológicas doEstado de São Paulo - IPT, como partedos requisitos para a obtenção do títulode Mestre em Engenharia da Computação:Engenharia de Software

Área de Concentração: Engenharia de Soft-ware

Orientador: Prof. Dr. Mario Yoshikazu Miyake

São PauloJaneiro/2018

AGRADECIMENTOS

A Aline por todo o amor, suporte e compreensão em todos os momentos. Sem isso,

este trabalho seria impossível.

A minha família por sempre me motivar a estudar cada vez mais e pela estrutura

que me deram, permitindo-me cumprir todos esses anseios.

Ao Prof. Dr. Mário Yoshikazu Miyake pela orientação sempre presente e pelo de-

safio posto frente a mim. Sua determinação sempre me ajudou a ir em frente, seus

conselhos e seus ensinamentos estão presentes neste trabalho.

Ao Prof. Dr. Jorge Luis Risco Becerra pela contribuição que deu a este trabalho

com suas análises e suas observações.

Ao Prof. Dr. Nelson Tanomaru pela ajuda e atenção que dedicou a este trabalho.

Ao Roberto Henrique Marchiori por apoiar meu trabalho e pelas discussões sobre

modelos, teorias, processos e tudo mais.

A Juan Felipe Naranjo, Prof. Ms. Ana Rossi e ao Lucas Torreão por toda a ajuda,

por todos os conselhos e por sempre trazer um olhar diferente para esta pesquisa.

A todos amigos que me apoiara e me motivaram.

Ao meus amigos de trabalho, especialmente Clément Rouquie e Rodrigo Colossi,

que sempre me apoiaram na dedicação a este trabalho.

RESUMO

O aumento de demanda por energia tem crescido e o aumento da oferta não temacompanhado no mesmo ritmo. Enquanto as fontes de energia não renováveis estãocada vez mais questionadas, as soluções que buscam usar fontes renováveis aindaestão em desenvolvimento. Apesar do investimento na geração de energia, o desen-volvimento de soluções na gestão de eficiência energética proverão maior benefíciono curto prazo. O Grupo de Arquitetura e Fábrica de Software (GARFSoft), perten-cente ao Laboratório de Tecnologia e Software (LTS) no Departamento de Computa-ção e Sistemas Digitais (PCS) da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo(USP), está desenvolvendo um sistema de gestão de eficiência energética. Esse sis-tema possui serviços de software estruturados em dois níveis, gerencial e operacional.Atualmente, a evolução deste software está limitada devido aos impactos que mudan-ças nos serviços operacionais causam nos serviços gerenciais. Este trabalho propõea especificação de um modelo de interoperabilidade de negócios na gestão de efici-ência energética, o qual irá apoiar a evolução dos sistemas de gestão de eficiênciaenergética desenvolvidos no GARFSoft. Esse modelo será a base para especificaçãode um middleware para o tratamento da interoperabilidade de negócios. Dessa forma,procura-se permitir que as aplicações em nível gerencial não sofram impactos devidoa mudanças no nível operacional.

Palavras-chave: internet das coisas, redes elétricas inteligentes. interoperabilidade,middleware.

ABSTRACT

Especificação de modelo de interoperabilidade de negócios na gestão de efici-ência energética utilizando harmonização de modelos de referênciaDemand for energy consumption has increased in the last years and energy genera-tion does not offer a short time solutions. Meanwhile, renewable resources are still incharge due the fact that there is still some development to be done in order to achieveits full potential. Despite all the investment in energy generation, solutions focused onenergy efficiency has shown better results for the shor time. At Grupo de Arquitetura eFábrica de Software (GARFSoft), located at Laboratório de Tecnologia e Software (LTS)at Departamento de Computação e Sistemas Digitais (PCS) at Escola Politécnica daUniversidade de São Paulo (USP), is developing a software focused on energy effici-ency services. These services are cathegorized in two levels, strategic and operational.Nowadays, evolve this software is hard due to impacts that changes on operationallevel causes on strategic level. This thesis has the goal of specify a business intero-perability model on management of energy efficiency, that will support the evolution ofthe energy efficiency system developed at GARFSOft. This model will act as a basisfor the specification of a middleware for the treatment of business interoperability. Withthis model, changes on services at operation level would not impact strategic levels.

Keywords: internet of things, smart grid, interoperability, middleware.

LISTA DE ILUSTRAÇÕES

Figura 1 – Alternativas para o atendimento da crescente demanda de energiaidentificadas pela Empresa de Pesquisas Energéticas . . . . . . . . 22

Figura 2 – Problemas de design e perguntas do conhecimento referentes a esteprojeto de pesquisa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

Figura 3 – Processo de pesquisa utilizado nesta pesquisa . . . . . . . . . . . . 28Figura 4 – Visões sobre IoT por Atzori et al. (2010) . . . . . . . . . . . . . . . . 32Figura 5 – Modelo de referência para internet das coisas . . . . . . . . . . . . . 41Figura 6 – Modelo de domínio definido no ARM . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42Figura 7 – Modelo de informação definido no ARM . . . . . . . . . . . . . . . . 43Figura 8 – Modelo de funcional definido no ARM . . . . . . . . . . . . . . . . . 44Figura 9 – Modelo conceitual do SGAM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48Figura 10 – A planície do SGAM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51Figura 11 – O modelo de interoperabilidade do GWAC, suas categorias e enti-

dade transversais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55Figura 12 – O modelo de interoperabilidade do GWAC e sua relação com o SGAM 57Figura 13 – Modelo do framework do SGAM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58Figura 14 – Modelo conceitual desta pesquisa segundo o Design Science . . . . 60Figura 15 – Modelo da proposta de trabalho a ser desenvolvido neste trabalho . 62Figura 16 – Processo de harmonização para elaboração do modelo domiddleware 65Figura 17 – Análise das relações entre as visões arquiteturais do RM-ODP e as

partes dos modelos de referência . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67Figura 18 – Resultado da homogeneização dos modelos do grupo de domínio . 71Figura 19 – Resultado da homogeneização dos modelos do grupo de funcional . 72Figura 20 – Resultado da homogeneização dos modelos do grupo de informação 73Figura 21 – Resultado da harmonização dos modelos do grupo de domínio . . . 76Figura 22 – Resultado da harmonização dos modelos do grupo funcional . . . . 77Figura 23 – Resultado da harmonização dos modelos do grupo de informação . 79Figura 24 – Classificação dos métodos de pesquisa . . . . . . . . . . . . . . . . 81Figura 25 – Processo de design do tratamento para elaboração da arquitetura do

middleware . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83Figura 26 – Visão empresa do sistema de gestão de eficiência energética . . . . 85Figura 27 – Visão informação do sistema de gestão de eficiência energética . . 86Figura 28 – Visão computação do sistema de gestão de eficiência energética . . 87Figura 29 – Visão empresa baseada no modelo de interoperabilidade de negócios 88Figura 30 – Comunidade provedor de gestão de eficiência energética baseada

no modelo de interoperabilidade de negócios . . . . . . . . . . . . . 89Figura 31 – Especificação informação baseada no modelo de interoperabilidade

de negócios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90Figura 32 – Schema de ações baseada no modelo de interoperabilidade de ne-

gócios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91Figura 33 – Visão geral do schema de informação baseada no modelo de intero-

perabilidade de negócios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92Figura 34 – Schema de informação do módulo operacional baseada no modelo

de interoperabilidade de negócios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93Figura 35 – Schema de informação do módulo gerenciamento baseada no mo-

delo de interoperabilidade de negócios . . . . . . . . . . . . . . . . . 94

Figura 36 – visão geral da visão computação do middleware . . . . . . . . . . . 95Figura 37 – Resultado da comparação na homogeneização dosmodelos do grupo

de dominio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108Figura 38 – Resultado da comparação na homogeneização dosmodelos do grupo

funcional . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110Figura 39 – Resultado da comparação na homogeneização dosmodelos do grupo

de informacao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 – Matriz de critérios de homogeneização . . . . . . . . . . . . . . . . 69

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

IEC International Electrotechnical CommissionCEN European Committee for StandardizationCENELEC European Committee for Eletrotecnichal StandardizationETSI European Telecommunication Standard InstituteNIST National Institute of Standards and TechnologyIEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211.1 Considerações iniciais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211.2 Objetivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231.3 Justificativa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241.4 Abrangência . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251.5 Metodologia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261.6 Organização do trabalho . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

2 INTERNET DAS COISAS E O CONTEXTO DA GESTÃO DE EFICI-ÊNCIA ENERGÉTICA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

2.1 Internet das coisas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312.1.1 Áreas de aplicação de IoT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 362.1.2 Redes elétricas inteligentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 372.2 Middleware no contexto de IoT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 382.3 Modelo Arquitetural de Referência (ARM) para Internet das Coisas . 402.3.1 Modelo de referência para IoT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 402.3.1.1 Modelo de domínio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 412.3.1.2 Modelo de informação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 422.3.1.3 Modelo funcional . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 432.3.1.4 Modelo de comunicação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 442.3.1.5 Modelo de confiança, segurança e privacidade . . . . . . . . . . . . . . . . . 442.4 Modelo arquitetural para redes elétricas inteligentes . . . . . . . . . . 462.4.0.1 Modelo conceitual do SGAM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 472.4.0.2 Framework do SGAM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

3 UMMODELODE INTEROPERABILIDADEDENEGÓCIOSNAGES-TÃO DA EFICIÊNCIA ENERGÉTICA . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

3.1 Modelo conceitual deste trabalho . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 593.2 Modelo conceitual da solução proposta . . . . . . . . . . . . . . . . . 613.3 Especificação de um modelo para interoperabilidade de negócios na

gestão de eficiência energética . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 633.3.1 O uso do ARM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 633.3.2 O uso do SGAM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 643.3.3 O uso de Razzaque et al. (2016) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 643.3.4 O uso de Andrén et al. (2017) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 643.4 O processo de especificação do modelo de interoperabilidade de ne-

gócio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 653.4.1 Análise dos modelos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 663.4.2 Harmonização dos modelos de referência . . . . . . . . . . . . . . . 683.4.2.1 Homogeneização de modelos de referência . . . . . . . . . . . . . . . . . . 683.4.2.2 Comparação de modelos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 743.4.2.3 Integração de modelos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 753.4.3 Revisão dos resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

4 VALIDAÇÃO DO TRABALHO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 814.1 Método de validação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81

4.1.1 Mecanismo de experimento de caso único . . . . . . . . . . . . . . . 824.2 O processo para especificação das visões arquiteturais . . . . . . . . 824.3 Aplicação do experimento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 844.3.1 O contexto do experimento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 844.3.2 As visões arquiteturais de um middleware para interoperabilidade de

negócio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86

5 CONSIDERAÇÕES FINAIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 975.1 Conclusões . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 975.2 Trabalhos futuros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99

REFERÊNCIAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101

ANEXO A – COMPARAÇÃO DOS ELEMENTOS DOS MODELOS DEREFERÊNCIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107

21

1 INTRODUÇÃO

Neste capítulo serão apresentadas as considerações iniciais sobre a pesquisa, as-

sim como os objetivos e os trabalhos relacionados que a justificam. Também serão

apresentados a abrangência e a metodologia de pesquisa.

1.1 Considerações iniciais

A preocupação com a gestão de energia é tratada no Brasil pelo Ministério de Mi-

nas e Energia. O relatório apresentado por Tolmasquim et al. (2016) demonstra uma

preocupação com o crescimento da demanda energética no Brasil e aponta dois prin-

cipais caminhos a serem desenvolvidos: o gerenciamento pelo lado da demanda e a

expansão da oferta.

A expansão da oferta constitui em investimentos em grandes usinas geradoras de

energia que, apesar de trazerem aumento da disponibilidade de energia, possuem

capacidade limitada. Eichinger et al. (2012) destacam três motivos pelos quais o inves-

timento em usinas geradoras de energia, cuja fonte é não renovável, não é viável: 1

- economicamente não é viável, pois os recursos são finitos; 2 - os prejuízos ao meio

ambiente são altos e; 3 - os riscos são considerados altos, principalmente em casos

de fontes nucleares. E, no que diz repeito a geradores de energia baseado em fontes

renováveis, há a necessidade de desenvolvimento tecnológico. Além disso, as constru-

ções dessas usinas levam tempo devido a questões ambientais e de engenharia. Os

autores destacam ainda que, nesses casos, é necessário um planejamento a longo

prazo.

Para o curto prazo, o investimento deve estar concentrado em projetos que promo-

vam a eficiência energética. No Brasil, tanto a iniciativa de expansão da oferta quanto

a iniciativa de gestão da demanda são consideradas. Na Figura 1, é possível observar

essas duas categorias.

A Figura 1 representa as categorias das iniciativas para o tratamento do aumento

de demanda no Brasil. Este trabalho está situado na categoria de ”Gerenciamento

pelo lado da demanda”, mais especificamente na categoria de ”Eficiência energética

autônoma”.

A eficiência energética é a capacidade de gerir, de maneira mais adequada às ne-

22

Figura 1 – Alternativas para o atendimento da crescente demanda de energia identifi-cadas pela Empresa de Pesquisas Energéticas

Fonte: (TOLMASQUIM et al., 2016)

cessidades de um contexto, a energia gerada por diversas fontes (EICHINGER et al.,

2012). Essa definição é especialmente verdade quando colocada sob o contexto das

redes elétricas inteligentes, pois, nesse contexto, a aplicação de tecnologias de infor-

mação e comunicação (ICT - Information and Communication Technologies) sob a rede

de energia atua diretamente na eficiência energética (ZHENG et al., 2012).

No Grupo de Arquitetura e Fábrica de Software (GARFSoft), pertencente ao Labo-

ratório de Tecnologia e Software (LTS) no Departamento de Computação e Sistemas

Digitais (PCS) da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (USP), em parceria

com uma empresa de mercado, há o desenvolvimento de uma solução inovadora para

gestão da eficiência energética voltada para consumidores de energia proprietários

de pequenos estabelecimentos, como agências bancárias e mercados. Essa solução

consiste de dois sistemas, um sistema de gestão de eficiência energética em nível

gerencial e um sistema de gestão de eficiência energética em nível operacional.

No trabalho desenvolvido no GARFSoft, foi encontrado um problema na interope-

rabilidade entre o sistema de gestão de eficiência energética em nível gerencial e o

sistema de gestão de eficiência energética em nível operacional relacionado a ma-

neira como o negócio de gestão da eficiência energética está construído. O sistema

de gestão de eficiência energética em nível gerencial tem de interoperar com diver-

23

sos sistemas de gestão de eficiência energética em nível operacional, presentes nos

estabelecimentos e com diferentes características devido ao ambiente IoT específico.

Neste trabalho, será apresentado uma proposta para tratar o problema encontrado

na interoperabilidade entre o sistema de gestão de eficiência energética em nível ge-

rencial e os sistemas de gestão de eficiência energética em nível operacional. O sis-

tema de gestão de eficiência energética em nível operacional consistem de sistemas

de automação, sistemas IoT, dentre outros, e estão presentes nos diversos locais re-

presentantes dos clientes da empresa provedora de serviço de gestão de eficiência

energética.

1.2 Objetivo

Esta pesquisa tem por objetivo especificar um modelo de interoperabilidade de ne-

gócios na gestão da eficiência energética. Esse modelo terá o foco no tratamento da

interoperabilidade de negócios, procurando abstrair as complexidades dos serviços

de negócio do sistema de gestão de eficiência em nível operacional para o sistema de

gestão da eficiência energética em nível gerencial.

Esse modelo será utilizado para a especificação de visões arquiteturais da des-

crição arquitetural de um middleware, o qual irá atuar na interoperabilidade entre o

sistema de gestão de eficiência energética em nível gerencial e o sistema de gestão

de eficiência energética em nível operacional.

Os modelos especificado por este trabalho está baseado nos modelos de referên-

cia Modelo Arquitetural de Referência para IoT (ARM - Architecture Reference Model

for IoT) (CARREZ et al., 2013), o Framework do Modelo Arquitetural para Sistemas In-

teligentes de Energia (SGAM Framework - Smart Grid Architecture Model Framework)

(CEN-CENELEC-ETSI, 2012b), o modelo funcional de Razzaque et al. (2016) e o mo-

delo de informação de Andrén et al. (2017). Esses modelos definem os elementos ne-

cessários para a especificação do modelo de interoperabilidade de negócios na gestão

de eficiência energética, porém serão harmonizados para diminuir a complexidade e

aumentar a aderência ao contexto social.

Com isso, esta pesquisa visa permitir que o sistema gerencial de gestão de efi-

ciência energética tenha um modelo para apoiar na atividade de interoperar com os

diferentes sistemas de gestão de eficiência energética em nível operacional existentes

24

no contexto social.

1.3 Justificativa

Atzori et al. (2010) definem duas tecnologias como habilitadoras do desenvolvi-

mento de sistemas baseados em IoT, as tecnologias de identificação e os middleware.

Hoje, consumidores encontram dificuldade na gestão da eficiência energética devido

a complexidade na interoperabilidade entre os diversos sistemas (SANTO et al., 2015).

Os diferentes atores e dispositivos existentes fazem com que seja necessário um mid-

dleware específico para servir de base para construção de soluções para o sistema

energético.

Santo et al. (2015) ainda destacam que faz-se necessário o desenvolvimento de

modelos de informação interoperáveis para a gestão da eficiência energética. Esses

modelos são a base para programas de controle e redução do consumo, além de per-

mitir a comunicação bidirecional entre consumidores e outros atores do sistema de

energia.

No domínio de redes elétricas inteligentes, Okuno et al. (2015) desenvolveram um

middleware para gestão de comunicação entre os operadores da rede de distribuição e

agregadores, os quais representavam um grupo de consumidores. Okuno et al. (2015)

encapsularam dois protocolos utilizados nessa comunicação, o IEC 61850 (IEC, 2016)

e o OpenADR 2.0(ALLIANCE, 2017), dentro do Extensible Messaging and Presence

Protocol (XMPP)(SAINT-ANDRE, 2017). Um fator relevante é que os autores usaram

o SGAM para modelagem do contexto do problema, pois este uso também é objetivo

deste trabalho.

Também Shamszaman et al. (2014) propõem um middleware para gestão de ener-

gia baseado em duas camadas funcionais, uma camada de sistemas e uma camada

gateway. Outros autores que construíram um middleware para gestão de eficiência

energética foram Ożadowicz e Grela (2016), esses autores propõem um middleware

para sistema de gestão de energia para gestão da demanda pelo cliente baseado em

sistemas de controle e automação orientados a eventos e orientados a tempo.

Porém, é necessário destacar que os trabalhos apresentados em Okuno et al.

(2015), Shamszaman et al. (2014) e Ożadowicz e Grela (2016) não tiveram como base

nenhum modelo arquitetural de referência, dificultando a aplicabilidade desses traba-

25

lhos fora do contexto social específico em que foram concebidos.

Bellagente et al. (2015) propõem um sistema de gestão de energia contendo um

middleware em sua estrutura. Os autores fazem ainda uma relação do sistema pro-

posto com o modelo funcional do ARM. Porém, é importante ressaltar que estabelecer

uma relação com um modelo do ARM não torna o sistema aderente ao modelo arqui-

tetural de referência, uma vez que não são utilizados elementos do ARM.

Por fim, outros trabalhos relacionados ao desenvolvimento de middleware para IoT

podem ser encontrados nos trabalhos de Silva et al. (2014) e Parlanti et al. (2010).

Porém, novamente, esses trabalhos são implementações específicas e não seguem

um modelo arquitetural de referência. Além disso, esses trabalhos não endereçam as

questões específicas de redes elétricas inteligentes.

Na análise deste trabalho de pesquisa, os trabalhos correlatos apresentados serão

beneficiados pelos modelos de interoperabilidade definidos aqui.

1.4 Abrangência

Neste trabalho de pesquisa, os modelos de referência serão a base da especifica-

ção do modelo de interoperabilidade de negócios na gestão de eficiência energética.

Porém, esses modelos são bastante abrangentes, cobrindo não somente a gestão da

eficiência energética mas também outros escopos. Devido a este fato, o contexto social

deste trabalho, constituído do trabalho de gestão de eficiência energética doGARFSoft,

será utilizado como ferramenta para limitar o escopo de trabalho.

Em (IEC, 2017) é definido ummapa de aplicações segundo o Framework do SGAM.

Nesse mapa é possível identificar o trabalho a ser desenvolvido aqui no domínio de

consumidores e nas zonas de estação e campo. Outros domínios, como os distribuido-

res de energia e os responsáveis pela transmissão, não serão tratados neste trabalho,

bem como os processos e sistemas relacionados a estes atores.

O modelo especificado neste trabalho de pesquisa tem seu foco na interoperabi-

lidade de negócios. Outros níveis de interoperabilidade serão tratado parcialmente,

como a interoperabilidade de informação, ou não serão tratados, como os demais ní-

veis de interoperabilidade. Os níveis de interoperabilidade são apresentados na revisão

bibliográfica.

Outro ponto importante de abrangência deste trabalho, diz respeito às visões arqui-

26

teturais especificadas para validar o modelo. Serão especificadas as visões arquitetu-

rais relacionadas ao modelo especificado por este trabalho, pois tem a finalidade de

evidenciar o uso do modelo. Outras visões arquiteturais não relacionadas diretamente

ao modelo serão tratadas em um trabalho futuro. Aqui, quando é dito que a visão está

relacionada ao modelo, significa que os elementos do modelo são utilizados na espe-

cificação da arquitetura.

1.5 Metodologia

Este trabalho aplicará o design science como método de pesquisa como definido

em (WIERINGA, 2014). O design science consiste do projeto e investigação da aplica-

ção de um artefato sob um contexto.

No design science, tem-se o contexto social como ponto de partida da pesquisa.

Uma pesquisa está fundamentada em um problema no contexto social, um problema

real. A partir deste problema do contexto social, tem-se o problema do contexto do

conhecimento, o problema científico. No problema científico encontra-se a pesquisa.

Durante toda a pesquisa, um conjunto de questões do conhecimento e problemas

de projeto foram elaborados. Essas questões de conhecimento e os problemas de

projeto estão descritos na Figura 2.

As questões de conhecimento adicionam conhecimento científico à base de conhe-

cimento, enquanto os problemas de projeto visam tratar problemas encontrados no

contexto social.

Para a construção e validação do artefato, o design science define um ciclo de

design, o qual é composto por três fases: investigação do problema, design do artefato

e validação do artefato. O processo, os atores e as atividades, os quais representam

o ciclo de design desta pesquisa, estão ilustrados na Figura 3. Também na Figura 3, é

possível verificar a correspondência com o ciclo de design.

Na listagem abaixo, estão descritas as atividades do método de pesquisa. Há uma

atividade inicial de revisão da literatura, a aplicação de ciclo de design e uma atividade

final de consolidação dos trabalhos e escrita da dissertação, ambas não constam na

Figura 3, pois não fazem parte do ciclo de design science, mas sim de etapas comple-

mentares da pesquisa.

27

Figura 2 – Problemas de design e perguntas do conhecimento referentes a este projetode pesquisa

Fonte: Elaborado pelo autor

a) Revisão da literatura do contexto de pesquisa

Levantamento da literatura sobre interoperabilidade de sistemas, internet das coi-

sas, middleware, processos de construção de arquitetura de software, dentre ou-

tros conceitos correlatos com esta dissertação.

b) Identificação dos interesses dos consumidores e provedores de serviços de ges-

tão de eficiência energética e da relação desses interesses

Identificação das necessidades dos consumidores-produtores para gestão da efi-

ciência de energia, das políticas ligadas a gestão de eficiência energética, objeti-

vos e escopo da gestão de eficiência energética para esses atores. Serão realiza-

das análises do contexto onde esses atores estão inseridos para detalhamento

de suas reais necessidades.

c) Levantamento das causas do problema de interoperabilidade no contexto dos

28

Figura 3 – Processo de pesquisa utilizado nesta pesquisa


stakeholders

Nesta atividade, serão analisados a interoperabilidade entre os sistemas de ges-

tão de eficiência energética existente no contexto social desta pesquisa.

d) Especificação do modelo de interoperabilidade de negócio na gestão de eficiên-

cia energética

Especificação do modelo de interoperabilidade de negócios na gestão de efici-

ência energética deste trabalho de pesquisa. Nesta atividade, será realizada a

harmonização dos modelos utilizados na pesquisa para elaboração do modelo.

e) Especificação de visões arquiteturais da descrição arquitetural de ummiddleware

para sistemas de gestão de eficiência energética em IoT

Nesta atividade, serão especificadas as visões arquiteturais relacionadas ao mo-

delos de interoperabilidade de negócios para a validação da aplicabilidade do

modelo. Serão especificadas um conjunto de visões arquiteturais do Modelo de

Referência para Sistemas Abertos e Distribuídos (do inglês - Reference Model -

Open Distributed Systems) (ISO/IEC, 2009).

f) Consolidação do trabalho e escrita da dissertação

29

Consolidação dos resultados finais do trabalho e escrita da dissertação.

1.6 Organização do trabalho

No capítulo 2 é apresentado o conhecimento científico que forma a base deste tra-

balho. Dentro do conhecimento científico desta pesquisa serão apresentados a arqui-

teturas para a IoT e o contexto da eficiência energética. Também serão discutidos os

diferentes tipos de middleware no contexto de IoT, o modelo arquitetural de referência

para IoT e a aplicabilidade de IoT na gestão de energia. No capítulo 3 será apresen-

tado o modelo de interoperabilidade de negócios para gestão de eficiência energética.

Será apresentado o modelo conceitual desta pesquisa segundo o Design Science, o

modelo da solução proposta. No capítulo 4, será apresentado a especificação de vi-

sões arquiteturais baseadas no modelo de interoperabilidade de negócios para gestão

de eficiência energética. Por fim, no capítulo 5, serão apresentados os resultados e as

conclusões.

31

2 INTERNET DAS COISAS E O CONTEXTO DA GESTÃO DE EFICIÊNCIA ENER-

GÉTICA

Neste capítulo serão apresentados os conceitos base desta pesquisa, bem como os

estudos relacionados. Primeiramente, será apresentado a definição de IoT. Após isso,

será apresentado o ARM, suas características e aplicações. Por fim, será apresentado

o estado dos trabalhos em gestão de energia relacionado a IoT, dando um foco especial

na gestão da eficiência energética.

2.1 Internet das coisas

O termo IoT foi apresentado pela primeira vez por Ashton (2009) numa apresenta-

ção sobre RFID na P&G em 1999. Ashton (2009) destaca o fato de que, até aquele

momento, a internet ainda era dependente de humanos, principalmente com relação

a entrada de dados, e poucos objetos, como sensores, atuadores e computadores, fa-

zem a entrada de dados de forma autônoma. Ashton (2009) salienta que a internet

das coisas só irá alcançar o seu completo potencial quando as coisas agirem de forma

independente e os humanos não forem mais o único eixo para o desenvolvimento da

internet.

Em 2005, um relatório da União Internacional de Telecomunicações (ITU - Interna-

tional Telecommunication Union) definiu a internet das coisas como ”a presença de

qualquer dispositivo conectados à internet em qualquer lugar e a qualquer hora”(ITU,

2005). Porém essa definição ainda é muito genérica.

Com o desenvolvimento da internet das coisas, uma definição mais precisa fez-se

necessário. Atzori et al. (2010) apresentou a Internet das Coisas como a presença

de maneira pervasiva de dispositivos e coisas nas atividades de nosso cotidiano com

o objetivo de cumprir um propósito. Os autores fazem uma distinção de internet das

coisas segundo três visões. Essa distinção vem do fato de a própria palavra Internet

das Coisas possuir duas palavras fortes e difíceis de definir precisamente - Internet e

Coisas - e que juntas trazem um novo significado, formam uma nova palavra. As três

visões são descritas como:

a) Visão orientada a internet

Visão sobre a internet das coisas pela qual prevalece a composição dos proto-

32

colos e a evolução da web para a internet das coisas, também é chamada por

alguns autores de Web das coisas - do inglêsWeb of Things.

b) visão orientada a coisas

Parte da internet das coisas focada no desenvolvimento de novos dispositivos,

controladores, atuadores, sensores, entre outros. É onde ocorre o desenvolvi-

mento da camada físicas da internet das coisas.

c) Visão orientada a semântica

A união das visões orientadas a internet e orientada a coisas faz com que se

crie uma outra visão, chamada visão semântica. Esta visão disponibiliza para os

usuários maneiras de desenvolver soluções e utilizar a internet das coisas. Esta

visão compreende plataformas de análise de dados,middleware, arcabouços tec-

nológicos, arquiteturas, entre outros elementos.

Essas três visões estão representadas da Figura 4.

Figura 4 – Visões sobre IoT por Atzori et al. (2010)

Fonte: (ATZORI et al., 2010)

Versmesan e Friess (2015) destacam que muitos tratam IoT como uma nova inter-

net, outros como uma evolução da internet e definem IoT como uma infra estrutura de

rede dinâmica global com capacidade de auto configuração baseada em protocolos

de comunicação padronizados e interoperáveis na qual coisas físicas e virtuais tem

33

identidades, atributos físicos e personalidade virtual, usam de interfaces inteligentes,

e estão integradas na rede global de informação.

IEEE-SA (2015) define que IoT refere-se a qualquer sistema interconectando pes-

soas, objetos físicos, e plataformas de tecnologia da informação, assim como qualquer

tecnologia para melhor construir, operar e gerenciar o mundo físico através de coleta

de dados de modo pervasivo, rede inteligente, análise preditiva e otimização.

Porém, essas definições são ainda bastante abrangentes. E o relatório ressalta

que a definição de IoT deve ser aplicada a um contexto, como energia, transporte,

etc. Dessa forma, recebe um nome mais adequado, como redes elétricas inteligentes,

do inglês smart energy, transportes inteligentes, do inglês smart transportation, casas

inteligentes, do inglês smart home e acaba adotando características mais detalhadas

e precisas.

Razzaque et al. (2016) trazem uma visão sobre IoT mais precisa para a óptica de

um middleware. Os autores destacam as características da IoT e suas implicações

sobre a construção de um middleware, apresentando estas características sob duas

perspectivas. Essas perspectivas são denominadas características de infraestrutura de

IoT e características de aplicação de IoT. Os detalhes da perspectiva de infraestrutura

estão descritas a seguir:

a) Dispositivos heterogêneos

Os dispositivos dentro do contexto de IoT possuem uma variedade tanto de hard-

ware quanto de funcionalidade. Além disso, dispositivos com similaridades fun-

cionais possuem fornecedores diferentes e, algumas vezes, adotam padrões es-

pecíficos desses fornecedores.

b) Recursos limitados

Os dispositivos possuemdiversas restrições de capacidades, comomemória, pro-

cessamento e armazenamento. Também é uma preocupação constante das so-

luções de IoT a capacidade energética dos dispositivos.

c) Interação espontânea

As soluções de IoT possuem um alto grau de pervasividade e buscam pela inte-

ração com seus usuários em seus diferentes domínios. Essa pervasividade faz

34

com que seja difícil prever quando os eventos irão ocorrer, as interações dos

usuários com os sistemas IoT são espontâneas.

d) Rede de alta escala e grande número de eventos

O Gartner publicou um relatório com a previsão de existirem aproximadamente

vinte e seis bilhões de dispositivos em soluções IoT até o ano de 2020 (RIVERA;

MEULEN, 2013). Essa grande quantidade de dispositivos irá gerar uma grande

quantidade de eventos e exigirá redes com um alto grau de escalabilidade.

e) Redes oportunistas e ausência de infraestrutura

Diversos dispositivos de IoT possuem conectividade sem fio e tem a caracterís-

tica de mobilidade. Isso faz com que redes espontâneas possam ser criadas de

acordo com o contexto de cada solução.

f) Aplicação contextual

Como dito nas características anteriores, a grande quantidade de dados e a

grande quantidade de eventos irão proporcionar a capacidade das soluções de

IoT se adaptarem ao contexto em que estão inseridas.

g) Inteligência

A rede de sensores e atuadores, em conjunto com aplicações e middleware irão

permitir que objetos atuem de modo autônomo dentro da rede. Essa inteligência

será uma característica que permitirá as aplicações a adaptação necessária aos

usuários.

h) Localização

A característica de localização das soluções IoT diz repeito ao modo como os

objetos irão se comportar de acordo com a posição geográfica, além da posição

relativa a outros objetos.

i) Distribuída

A distribuição é uma característica inerente das soluções de IoT. Essas aplica-

ções, dispositivos e até mesmo os usuários estarão distribuídos geograficamente

de maneira global e local.

35

As características de aplicações de IoT diz respeito a características das aplicações

que estarão em contato com os usuários. Essas características estão descritas abaixo:

a) Aplicações diversas

As áreas de aplicações das soluções de IoT são as mais diversas, pois os sen-

sores, atuadores e as aplicações construídas estão aplicadas nos mais diversos

domínios.

b) Tempo real

As soluções de IoT estarão atuando no borda, em contato com os usuários. Isso

faz com que diversos casos de uso de tempo real sejam característicos dessas

soluções.

c) Tudo como serviço (XaaS - Everything-as-a-service)

A característica de tudo como serviço das soluções IoT diz respeito ao modo

como todas as aplicações e dispositivos serão expostos como serviço e, pos-

sivelmente, estarão abertos para consumo de outros usuários. Nessa caracte-

rística, as restrições de segurança e privacidade são aplicadas em cada caso,

obviamente.

d) Aumento da capilaridade do escopo de segurança

Com a implantação de soluções IoT, o número de alvos de ataques irá crescer,

pois os diferentes dispositivos da rede poderão ser alvos de ataques.

e) Privacidade

A coleta de dados dos usuários através de sensores irá gerar um conjunto de

informações que são pessoais e não podem entrar em domínio público. A preo-

cupação com quais dados poderão ser coletados, processados e armazenados

será uma característica de todas as soluções de IoT.

Por fim, neste trabalho, caracteriza-se por soluções de IoT como a aplicação de

ICT, como sensores, atuadores, middleware específicos, dispositivos com restrições

de capacidades e pervasivos, entre outras tecnologias, na construção de sistemas

que visam cooperar de modo autônomo para atender a uma necessidade dos usuários

dentro de uma área de aplicação.

36

2.1.1 Áreas de aplicação de IoT

Pela natureza heterogênea característica de sistemas IoT, há diversas áreas onde

hoje esses sistemas são aplicados e novas áreas são desenvolvidas continuamente

com o avanço tecnológico.

Li et al. (2015) destacam que soluções IoT estão presentes nas mais diversas áreas

de nosso dia-a-dia. Esses autores citam, principalmente, o setor industrial, o social, a

saúde, a infraestrutura e a segurança. Porém também ressaltam a importância da IoT

para a cadeia de suprimentos, a logística, o turismo e a área de serviços à população.

Vermesan e Friess (2016) vão mais a fundo e apresentam uma categorização de

cada aplicação de IoT. Essas definições são apresentadas a seguir e, ao final, a área

de redes elétricas inteligentes é apresentada em detalhes.

a) Tecnologia vestíveis

As tecnologias vestíveis são a implementação de IoT nos artefatos presentes nas

rotinas das pessoas. São sensores, monitores e pequenos dispositivos implanta-

dos dentro dos equipamentos cotidianos. Esses equipamentos são carregados

com as pessoas nos seus dia-a-dia. Fazem parte desta categoria artefatos como,

relógios inteligentes, pulseiras inteligentes, roupas inteligentes, entre outros.

b) Saúde inteligente

As soluções IoT tem sido aplicadas na área da saúde através da implantação de

sensores, atuadores, monitores ou dispositivos de coleta de dados nos aparelhos

domésticos ou em aparelhos específicos. Essas soluções tem a finalidade de,

principalmente, prover dados de modo mais assertivo para os profissionais da

saúde e prevenir situações de emergência.

Essas soluções possibilitam a população um atendimento mais detalhado por

parte dos profissionais da saúde. Importante ressaltar que nessa área, questões

ligadas a privacidade ainda são bastante discutidas.

c) Casas e prédios inteligentes

A aplicação de IoT em casas e prédios tem sido fomentada pela necessidade

de gerenciar de modo mais eficiente os recursos desses estabelecimentos, pro-

porcionar maior qualidade de vida para as pessoas que frequentam esses locais

37

e permitir uma gestão mais eficiente do ciclo de manutenção desses estabeleci-

mentos.

Além disso, questões de segurança são aprimoradas através dos diversos senso-

res e atuadores presentes nas soluções de IoT. Os autores destacam como um

dos principais desafios deste campo de aplicação, a construção de arquiteturas

e plataformas de desenvolvimento de soluções para IoT.

Aqui, vale ressaltar, os autores fazem uma relação com a gestão de energia den-

tro dos estabelecimentos e as redes elétricas inteligentes.

d) Transportes inteligentes

Essa área de aplicação consiste na implantação de soluções de IoT na mobili-

dade das pessoas em seus dia-a-dia. Desde a aplicação de dispositivos inteli-

gentes para controle de sinais de trânsito até a automóveis autônomos, soluções

IoT tem sido implantadas com a finalidade de permitir maior mobilidade as pes-

soas de modo mais seguro e conveniente.

e) IoT industrial

A aplicação de IoT na indústria permite a otimização do processo de produção

através da implantação de sensores, atuadores e dispositivos em suas diversas

etapas. Além disso, através da análise dos dados coletados dos objetos produzi-

dos e do processo como um todo, é possível encontrar pontos de melhoria. Um

dos maiores desafios apresentado pelos autores é a integração dessas tecnolo-

gias, devido ao fato de as diferentes indústrias terem diferentes contextos.

f) Cidades inteligentes

Os autores definem cidades inteligentes como as cidades que monitoram e inte-

gram sua infraestrutura, planejam de modo otimizado a utilização de seus recur-

sos, previnem ações de manutenção, cuidam de aspectos da segurança pública

e aumentam os serviços a população, através de soluções IoT.

2.1.2 Redes elétricas inteligentes

As redes elétricas inteligentes consistem na aplicação de soluções IoT por toda

a cadeia de rede de energia, desde a geração até o consumidor final, melhorando a

38

capacidade de automação, controle, monitoração, prevenção a falhas e adaptação por

parte desses sistemas de energia (VERMESAN; FRIESS, 2016).

Santo et al. (2015) também trazem uma definição similar para as redes elétricas

inteligentes. Os autores tratam das redes como a implantação de tecnologias de infor-

mação e comunicação na geração, na transmissão, na distribuição e no consumo de

energia. Além disso, ressaltam quer as redes elétricas inteligentes trazem benefícios

como melhoria da eficiência da rede, facilidade de operação, acomodação a fontes

renováveis, entre outros.

Também são destacadas as barreiras que hoje desafiam o desenvolvimento de re-

des elétricas inteligentes, como o alto custo, a falta de engajamento dos atores envol-

vidos, questões envolvendo segurança e privacidade e o desenvolvimento tecnológico.

Dentro das redes elétricas inteligentes, há ainda o conceito de micro redes.

As micro redes de energia são um sistemas de energia integrados contendo gera-

ção distribuída, armazenamento distribuído e sistemas de operação atuando com uma

unidade autônoma, conectada ou não, do grande sistema de energia. Quando a ener-

gia demandada não pode ser suprida pela micro rede, a energia extra necessária é

buscada na rede principal, também chamada de rede central (MAHIEUX; OUDALOV,

2016).

As micro redes trazem uma série de vantagens, como confiabilidade na entrega de

energia, eficiência por ter perdas menores devido a maior proximidade, sustentabili-

dade por permitir a penetração das energias renováveis, escalabilidade e redução dos

investimentos por parte de governos. (GREGORATTI; MATAMOROS, 2015).

Quando a micro rede de energia atua de modo autônomo e auto suficiente, esta

rede é dita em estado de ilhamento. O ilhamento consiste no caso de uma micro rede

perder conexão com a rede principal devido a algum incidente ou interrupção. Ter uma

micro rede ilhada faz com que os elementos dessa micro rede tenham de gerar a sua

própria energia, através da geração distribuída para o abastecimento local.

2.2 Middleware no contexto de IoT

O conceito demiddleware é anterior ao conceito de IoT. A construção demiddleware

como forma de acelerar e facilitar o desenvolvimento de aplicações já é estudado há

vários anos.

39

Para Emmerich (2000), um middleware visa prover aos engenheiros de aplicação

com primitivas de alto nível para simplificar a construção de sistemas distribuídos. Em-

merich (2000) também definiu os requisitos relacionados a ummiddleware como, requi-

sitos de comunicação de rede, requisitos de coordenação, requisitos de confiabilidade,

requisitos de escalabilidade e requisitos relacionados a heterogeneidade. Esses requi-

sitos endereçam pontos nos quais as aplicações não devem dedicar esforços, pois são

transversais e sua implementação tornaria o desenvolvimento muito custoso.

Os requisitos de comunicação de rede estão ligados a capacidade de uma aplica-

ção enviar mensagens para outras aplicações, sem se preocupar com a distribuição

dessas aplicações. A aplicação não deve ser responsável pela implementação dos pro-

tocolos de rede, pois estes podem variar de acordo com a arquitetura de rede em que

a aplicação se encontra. Os requisitos de coordenação permitem a abstração do sin-

cronismo entre troca de mensagens, podendo esta troca ser síncrona ou assíncrona,

além de gerenciar mecanismos de ativação e desativação de componentes. Os re-

quisitos de confiabilidade tratam da garantia de entrega das mensagens através de

mecanismos de comunicação, tempo máximo, transações e replicação de mensagens.

Os requisitos de escalabilidade tratam da capacidade de atender ao crescimento do

uso da aplicação. A aplicação não terá a capacidade de escalar através da adição de

novas instâncias se tiver de lidar com as complexidades da rede. Por fim, o requisito de

heterogeneidade endereça a característica natural dos sistemas distribuídos, que é a

existência de diferentes plataformas de hardware, diferentes sistemas operacionais e

até mesmo diferenças de linguagens. Todas essas complexidades devem ser tratadas

pelo middleware.

Al-Jaroodi et al. (2003) destacam ainda que além de reduzir a complexidade da

infraestrutura, ummiddleware também deve ser responsável também por facilitar o de-

senvolvimento de aplicações e reduzir a manutenibilidade da aplicação. Al-Jaroodi et

al. (2003) também apontam que a existência de um middleware traz algumas desvan-

tagens relacionadas ao uso desse middleware pelas aplicações. Dentre as principais

desvantagens, destacou a oneração da performance e um aumento do tempo de res-

posta da aplicação como um todo.

Ambos os trabalhos de Emmerich (2000) e Al-Jaroodi et al. (2003) definem o mid-

dleware fora do contexto de IoT. Issarny et al. (2007) apresenta os desafios de um

middleware dentro do contexto de IoT, destacando a necessidade de um middleware

40

atender aos requisitos de mobilidade, contextualização, adaptação, restrição de ener-

gia, privacidade e confiabilidade. Essa visão traz o middleware para o contexto mais

específico da IoT.

Bandyopadhyay et al. (2011) ainda vão além e definem os componentes funcionais

de um middleware para IoT. Os autores destacam um estudo das características de

um middleware no contexto de IoT e extraem dessa análise os componentes funcio-

nais. Os componentes funcionais são denominados componente de interoperabilidade,

componente de detecção de contexto, componente de gerenciamento e descobrimento

de dispositivos, componente de privacidade e segurança e componente de gestão de

dados.

Tanto Issarny et al. (2007) quanto Bandyopadhyay et al. (2011) trazem omiddleware

para o contexto de IoT. Porém, Razzaque et al. (2016) apresentaram um estudo mais

detalhado sobre os requisitos e as características nas quais omiddleware está inserido.

No contexto deste trabalho, middleware é o elemento da arquitetura computacio-

nal responsável por abstrair a complexidade de uma camada. Este middleware tem

como objetivo prover primitivas para que os atores utilizem de suas capacidades sem

o conhecimento dos detalhes das camadas inferiores.

2.3 Modelo Arquitetural de Referência (ARM) para Internet das Coisas

Com o objetivo de buscar a interoperabilidade entre as diversas iniciativas em torno

da internet das coisas e definir uma base comum para pesquisa, o projeto Internet of

Things - Architecture (IoT-A) foi criado como parte do programa de pesquisa chamado

Seventh Framework Programme for Research and Technological Development (FP7)

(FP7, 2016). O IoT-A definiu, como resultado de seu trabalho, um Modelo Arquitetural

de Referência para Internet das Coisas (ARM - Architecture Reference Model for Inter-

net of Things) composto pelo modelo de referência para IoT, a arquitetura de referência

para IoT e guias de implementação.

2.3.1 Modelo de referência para IoT

O modelo de referência estabelece os conceitos fundamentais para a internet da

coisas.O objetivo desse modelo de referência é estabelecer um entendimento comum

41

e uma linguagem comum para sistemas e arquiteturas baseadas em IoT.

O modelo de referência para IoT é um conjunto de modelos que servem de base

para a construção de arquiteturas para soluções no contexto da IoT. Esses modelos

dão suporte a construção das visões arquiteturais e perspectivas presentes no ARM.

A figura 5 apresenta os submodelos constituintes do modelo de referência para IoT.

Figura 5 – Modelo de referência para internet das coisas

Fonte: (CARREZ et al., 2013)

O submodelo base é o Modelo de Domínio, o qual descreve todos os conceitos

relevantes de uma solução de IoT. Este submodelo atua como base para todos os

outros submodelos. Enquanto modelos como o de Comunicação e do de Segurança,

Privacidade e Confiabilidade podem ser mais ou menos relevantes dado um contexto,

o modelo de domínio é mandatório para quaisquer soluções e cenários envolvendo

sistemas baseados no ARM.

2.3.1.1 Modelo de domínio

A base do modelo de referência para IoT é o submodelo de domínio, o qual define

os principais conceitos relacionados a arquitetura e a sistemas de IoT, tais como, dis-

positivos, entidades virtuais, entre outros. Nele também são definidos os elementos de

um sistema IoT ou de uma arquitetura IoT, suas propriedade e seus relacionamentos.

O modelo de domínio é apresentado na Figura 6.

42

Figura 6 – Modelo de domínio definido no ARM


2.3.1.2 Modelo de informação

O submodelo de informação do modelo de referência está baseado no modelo de

domínio e representa a estrutura (elementos e suas relações) da informação de um

sistema IoT em um nível conceitual, agnóstico de qualquer tecnologia. O submodelo de

informação usa o termo informação segundo como definido por Rowley (2007) o qual

define dados como como valores puros, sem relevância se vistos sozinhos e define

informação como dados adicionados de contexto e razão de ser.

O submodelo de informação é um meta-modelo que fornece a estrutura para a

informação sendo manipulada dentro de um sistema IoT e está ilustrado na Figura 7.

43

Figura 7 – Modelo de informação definido no ARM


2.3.1.3 Modelo funcional

O submodelo funcional é um arcabouço abstrato para o entendimento dos principais

grupos funcionais e suas interações. Este arcabouço define a semântica comum das

funcionalidade de um sistema IoT e será utilizado como base para construção da visão

funcional do IoT-A.

O submodelo de funcional identifica grupos funcionais baseados no submodelo de

domínio e no submodelo de informação. Este modelo descreve como gerenciar os

elementos do modelo de domínio, tais como entidades virtuais e serviços, e como

gerenciar as informações presentes em sistemas de IoT baseada nos elementos do

submodelo de informação.

Dois grupos funcionais especiais presentes no submodelo funcional são o grupo

funcional de comunicação e o grupo funcional de segurança. Devido à importância

destes dois grupos funcionais, foi feito um destaque destes dois grupos para submo-

delos específicos.

44

Figura 8 – Modelo de funcional definido no ARM


2.3.1.4 Modelo de comunicação

O submodelo de Comunicação é usado como guia para o grupo funcional de co-

municação e define os principais paradigmas de comunicação para a conectividade

dos elementos. O submodelo de comunicação é baseado no modelo ISO/OSI (ZIM-

MERMANN, 1980) e o estende e aprimora para o contexto de restrição de recursos

característico de sistemas IoT. Também são tratados os mecanismo de canais de co-

municação, como gateways, redes restritivas, redes oportunistas.

2.3.1.5 Modelo de confiança, segurança e privacidade

Diversos dados são trafegados em sistemas IoT, os usuários tem de ter confiança

na integridade e confidencialidade dessas informações. Um submodelo de confiança

em nível de aplicação que prove integridade e confidencialidade de informações é

fornecido pelo ARM e composto pelos seguintes aspectos:

a) Domínios de Modelos de Confiança - como há um vasto e diverso conjunto de

aplicações, a modelagem dos domínios para tratamento da confiança faz-se ne-

45

cessário;

b) Mecanismo de avaliação - mecanismo que permitam testar a confiabilidade do

sistema;

c) Políticas comportamentais - através do uso de políticas, um sistema ou sensor

pode decidir não trocar informações com outro que possui políticas de confiabili-

dade menos restritivas;

d) Âncora de confiança - é o modelo e confiança em si, aplicado à rede ou ao um

gateway;

e) Federação de confiabilidade - consiste nas regras de confiabilidade entre siste-

mas com diferentes modelos de confiabilidade;

f) Suporte aMachine-to-Machine - Prove o suporte a mecanismos de confiabilidade

na comunicação entre dispositivos.

O submodelo de segurança no ARM é composto de três camada: Segurança de

Serviços, Segurança de Comunicação e Segurança de Aplicação. A segurança no ní-

vel de comunicação define perfis para agrupar características comuns entre diversos

tipos de comunicação, não é definido nenhum perfil específico, somente que o uso de

perfis deve ser feito para que a segurança de comunicação seja tratada. Também a

rede é dividida em rede com restrição de recursos e rede sem restrição de recursos.

Entre essas duas redes, um gateway é o responsável por incrementar e implementar

mecanismos de segurança.

A privacidade é necessária devido ao fato de que dados pessoais dos usuários

irão trafegar pelas soluções IoT. O ARM define que o submodelo de privacidade deve

garantir as seguintes propriedades:

a) Deve ser possível escolher, ou não, compartilhar informações com outras entida-

des;

b) Deve ser possível controlar todos os mecanismos ligados a privacidade;

c) Deve ser possível ter o controle sobre o propósito do uso das informações;

d) Deve ser possível saber quando a informação foi utilizada e por quem;

46

e) Durante uma interação entre um usuário e um sistema IoT, somente a informação

estritamente necessária deve ser trocada entre ambos;

f) Não deve ser possível inferir informações sobre entidades;

g) Informações utilizadas para um determinado propósito não devem ser utilizadas

para outro propósito.

Para suportar as características descritas acima, o submodelo de privacidade é

composto por dois componentes funcionais: o componente de autenticação e o com-

ponente de confiabilidade e reputação.

2.4 Modelo arquitetural para redes elétricas inteligentes

Devido as mudanças ocorridas nos sistemas de energia ao longo dos últimos anos,

uma série de características tem alterado a maneira como os sistema de energia ope-

ram. Dentre essas características, destacam-se a descentralização da geração de

energia, a participação mais ativa por parte dos consumidores, a inserção de novos

atores e a inclusão de tecnologias de informação e comunicação.

A geração de energia de modo distribuído tem alterado o modelo de mercado, per-

mitindo que pequenos produtores comercializem energia (PARAG; SOVACOOL, 2016)

e que regiões inteiras se desassociem da rede central de energia, fenômeno este co-

nhecido como ”ilhamento”(MAHIEUX; OUDALOV, 2016). A participação mais ativa do

consumidor permite que, através de tecnologias de informação e comunicação, os con-

sumidores alterem seu modo de consumo e até alterem os provedores de energia

(GREGORATTI; MATAMOROS, 2015). Os novos atores tem permitido empresas pres-

tadoras de serviços ofertem novos produtos e serviços para os clientes (BLUMSACK;

FERNANDEZ, 2012). Por fim, a introdução de novas tecnologias de informação e co-

municação tem possibilitado novas capacidades por diferentes atores do sistema de

energia, como gestão de energia, mecanismos de controle de demanda, mecanismos

de resposta ativa a demandas, entre outros (TUBALLA; ABUNDO, 2016).

O Modelo Arquitetural para Redes Inteligentes de Energia (SGAM - Smart Grid

Architectural Model) (CEN-CENELEC-ETSI, 2012b) é o resultado de um grupo de tra-

balho para o Mandato M/490 (CEN-CENELEC-ETSI, 2017), o qual estabelece um mo-

delo voltado para as redes elétricas inteligentes com o foco no atendimento das novas

47

características dos sistemas de energia. Dessa forma, o modelo visa dar suporte ao

desenvolvimento de novas tecnologias e padrões e atender as necessidades de evo-

luções, interoperabilidade e gestão do sistema de energia.

O SGAM foi elaborado e desenvolvido pelo Comitê Europeu de Padronização (CEN

- European Committee for Standardization) (CEN, 2017), pelo Comitê Europeu para Pa-

dronização Eletrotécnica (CENELEC - European Committee for Eletrotecnichal Stan-

dardization) (CENELEC, 2017) e pelo Instituto de Padronização Europeu para Tele-

comunicações (ETSI - European Telecommunication Standard Institute) (ETSI, 2017).

O CEN é um órgão de padronização europeu com 34 países associados e produz

padrões nos mais diversos setores, como químico, segurança, energia, saúde, entre

outros. O CENELEC é o órgão europeu responsável pela padronização no campo da

engenharia eletrotécnica e tem o foco na padronização do mercado de energia como

forma de acelerar a inovação. O ETSI é um órgão de padronização europeu para teleco-

municações focado em tecnologia de telefonia móvel, fixa e tecnologia de informação

e comunicação.

O SGAM pode ser utilizado como um modelo para facilitar a contextualização e

posicionamento de projetos de pesquisa e projetos de padronização ligados a redes

elétricas inteligentes, permitir a análise de novos casos de uso e novos domínios, per-

mitir uma avaliação das necessidades de evoluções dos sistemas de energia.

O SGAM é composto de dois principais elementos, o modelo conceitual e o fra-

mework de interoperabilidade.

2.4.0.1 Modelo conceitual do SGAM

Omodelo conceitual definido pelo SGAM define sete principais domínios, o fluxo de

informação e integrações entre esses domínios. Esse modelo conceitual está baseado

no modelo do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST - National Institute

of Standards and Technology) (NIST, 2017). O Modelo conceitual é apresentado na

Figura 9. Vale ressaltar que, o modelo conceitual do SGAM adiciona um domínio ao

modelo conceitual do NIST, o domínio de Recursos de Energia Distribuídos (DER -

Distributed Energy Resources).

48

Figura 9 – Modelo conceitual do SGAM

Fonte: (CEN-CENELEC-ETSI, 2012b)

2.4.0.2 Framework do SGAM

O framework do SGAM define um conjunto de elementos que visam estabelecer

um modelo para permitir a representação da gestão da informação, a análise de dife-

rentes casos de uso dentro do sistema de energia e dar suporte a construção de novos

sistemas, garantindo a interoperabilidade entre esses sistemas. Vale ressaltar também

que, este modelo foi construído com o foco na neutralidade tecnológica, separando os

conceitos nele definidos das reais implementações. Esses elementos são: um conjunto

de cinco domínios, representando os atores dentro do fluxo de energia de uma rede

de energia; um conjunto de seis zonas, responsáveis pela representação da hierarquia

dos sistemas de gestão de energia; e, por fim, um conjunto de cinco camadas, o qual

estabelece os diferentes níveis de interoperabilidade que devem ser tratados pelos

diferentes domínios e zonas.

Os cinco domínios do SGAM definem os diferentes domínios existentes na cadeia

de conversão de energia, desde a sua geração até o consumo pelo usuário final. Es-

ses domínios são o de geração, o de transmissão, o de distribuição, o de geração

49

distribuída e o de consumo. Os cinco domínios são listados a seguir:

a) Domínio de geração

O domínio de geração de energia representa a geração de energia em grandes

quantidade e é composto pelas grandes usinas geradoras de energia, como usi-

nas termoelétricas, usinas nucleares, usinas hidroelétricas, entre outras. Usual-

mente, essas usinas estão ligadas ao domínio de transmissão.

b) Domínio de transmissão

O domínio de transmissão representa a infraestrutura e as organizações respon-

sáveis pelo transporte de energia para grandes distâncias.

c) Domínio de distribuição

O domínio de distribuição representa a infraestrutura e os organizações respon-

sáveis pelo transporte de energia para pequenas regiões. Geralmente, esse do-

mínio está conectado ao domínio de transmissão e garante a entrega de energia

para os consumidores.

d) Domínios de geração distribuída de energia

O domínio de geração distribuída de energia representa os pequenas usinas ge-

radores de energia, geralmente conectados ao domínios de distribuição. Esses

geradores incluem placas solares, pequenas turbinas eólicas, entre outros.

e) Domínio de consumo

O domínio de consumo representa os consumidores finais, os quais também po-

dem gerar energia através de painéis solares ou qualquer outra forma. Esse do-

mínio é composto por residências, pequenos estabelecimentos e indústrias.

As seis zonas do SGAM representam os diferentes níveis hierárquicos relacionado

a gestão de informação dentro do sistema de energia. As zonas definidas pelo SGAM

são a zona de processo, a zona de campo, a zona de estação, a zona de operação, a

zona corporativa e a zona de mercado.

Essas divisão leva em consideração os princípios da agregação e da separação

funcional. A agregação diz respeito a composição da informação e da composição

espacial das diferentes zonas. A separação funcional estabelece funções específicas

50

para as zonas de acordo com a afinidade e das necessidades dos usuários. As seis

zonas são listadas a seguir:

a) Zona de processo

A zona de processo inclui todos os elementos responsáveis pela conversão de

energia para o consumo direto. Todos os sensores, atuadores, transformadores,

etc, que fazem com que a energia possa ser consumida pelo usuário final.

b) Zona de campo

A zona de campo inclui todos os elementos responsáveis pelo controle, moni-

toramento e proteção da zona de processo do sistema de energia. Isso inclui

sistemas de gestão de eficiência energética, os quais são o foco desse trabalho.

c) Zona de estação

A zona de estação consiste na agregação dos sistemas de campo. Essa zona

inclui sistemas de supervisão local, sistemas de agregação de informação, sis-

temas de supervisão e aquisição de dados (SCADA - Supervisory Control and

Data Acquisition).

d) Zona de operação

A zona de operação consiste nos sistemas de operação e controle de cada domí-

nio. Esses sistemas incluem os sistemas de operação de transmissão, sistemas

de gerenciamento do distribuição, sistemas de gestão de geradores, entre outros.

e) Zona corporativa

A zona corporativa inclui os processos, serviços e infraestrutura das corporações.

Isso inclui os elementos de gestão de ativos, logística, relação com cliente, entre

outros.

f) Zona de mercado

A zona de mercado representa as operações de mercado possíveis transações

de compra e venda de energia nos diferentes domínios, desde a geração até o

mercado descentralizado de energia.

51

Como forma de representar os diversos sistemas de uma rede inteligente de ener-

gia segundo o modelo conceitual, a planície do SGAM foi elaborada e está ilustrada

na Figura 10.

Figura 10 – A planície do SGAM


Na Figura 10 é possível ver os cinco domínios e suas suas relações com as zonas.

Através dessa planície, o SGAM estabelece as bases para a construção de sistemas

interoperáveis no contexto de redes elétricas inteligentes, como mencionado no início

desta seção.

A interoperabilidade é a capacidade de dois ou mais sistemas, de um mesmo for-

necedor ou de fornecedores diferentes, trocarem informações de modo que ambos

possam usar e processar essa informação (IEC, 2016). Para estabelecer como a inte-

roperabilidade é abordada na planície do SGAM, o modelo de interoperabilidade para

redes elétricas inteligentes do Conselho de Arquitetura GridWise (GWAC - GridWise

Architecture Council) (GRIDWISE, 2008) foi utilizado. O GWAC é um órgão formado

pelo departamento de energia dos Estados Unidos e diversas indústrias do setor de

energia com a finalidade de estabelecer os conceitos e os modelos necessários para

ter-se a interoperabilidade entre os diversos domínios no setor de energia.

Esse modelo é composto por três macro categorias, denominadas organização,

informação e técnica, e oito sub categorias. Essas oito sub categorias são:

a) Conectividade básica

52

A categoria de conectividade básica do modelo de interoperabilidade do GWAC

estabelece os mecanismos físicos e lógicos para a conexão entre os sistemas.

Ela garante um canal de comunicação confiável para a entrega dos pacotes de

dados entre dois sistemas, implementa os mecanismos de transmissão e recep-

ção desses pacotes, codificação de caracteres e correção de erros na entrega

dos pacotes.

Essa categoria tem relação direta com as camadas física e de enlace do mo-

delo Aberto de Interconexão de Sistemas (OSI - Open System Interconnection)

(ZIMMERMANN, 1980). Alguns padrões comuns dessa categoria são o padrão

ethernet, wifi, ponto-a-ponto, entre outros.

b) Interoperabilidade de rede

A categoria de interoperabilidade de rede do modelo de interoperabilidade do

GWAC é responsável pela comunicação entre dois sistemas através de quais-

quer redes, com garantia de entrega e gerenciamento dos erros de toda a men-

sagem e não somente do pacote. Essa categoria é responsável pela tradução

dos endereços lógicos para os endereços físicos, envio de mensagens através

de redes heterogêneas e correção de erros na entrega de mensagens.

Essa categoria corresponde às camadas de rede, transporte, sessão e, algumas

vezes, aplicação do modelo OSI. Alguns padrões de categoria são o protocolo de

transferência de arquivos (FTP - File Transfer Protocol) (POSTEL; REYNOLDS,

1985), protocolo de controle de transporte (TCP - Transport Control Protocol)

(POSTEL, 1981b), protocolo de resolução de endereço (ARP - Address Reso-

lution Protocol) (PLUMMER, 1982), protocolo de internet (IP - Internet Protocol)

(POSTEL, 1981a), entre outros.

c) Interoperabilidade sintática

A categoria de interoperabilidade sintática do modelo de interoperabilidade do

GWAC é responsável pelo entendimento da estrutura dos dados na troca de

mensagens entre dois sistemas. Nessa categoria, são definidas as estruturas

dos dados que serão trocados nas mensagens, sem preocupação com o signifi-

cado dos dados e os mecanismos padrões de trocas de mensagens, como por

exemplo, requisição / resposta ou publicação / subscrição.

53

Essa categoria corresponde à camada de apresentação do modelo OSI. Alguns

dos padrões comuns a esta categoria são a linguagem demarcação de hipertexto

(HTML - Hypertext Markup Language) (BERNERS-LEEA; CONNOLLY, 1995), lin-

guagem de marcação extensível (XML - eXtensible Markup Language) (BRAY et

al., 2008), protocolo simples de acesso a objetos (SOAP - Simple Access Object

Protocol) (GUDGIN et al., 2007), entre outros.

d) Entendimento semântico

A categoria de entendimento semântico domodelo de interoperabilidade doGWAC

está focada no entendimento do conteúdo das mensagens trocadas entre dois

sistemas. Essa categoria permite o entendimento do significado das entidades

da mensagem, permitindo o discernimento entre elementos ambíguos. Vale res-

saltar que, geralmente, essa categoria de interoperabilidade está relacionada a

um contexto específico.

Essa categoria é, geralmente, expressa através domodelo de objetos, em termos

de classes, propriedades, comportamentos e relacionamentos. É possível tam-

bém estabelecer restrições e mecanismos de asserções ou inferências. Exem-

plos desses modelos são o modelo de informação comum para energia (CIM -

Common Information Model for power) (IEC, 2005), o modelo baseado no padrão

IEC 61850 (IEC, 2016) para automação de subestação, entre outros.

e) Contexto de negócio

A categoria de contexto de negócio do modelo de interoperabilidade do GWAC

traz o contexto de negócio para omodelo de informação. Essa categoria é respon-

sável por restringir o modelo de informação com o entendimento, características

e restrições do processo de negócio sendo modelado. Nessa categoria, o mo-

delo de informação deixa de ser genérico e passa a ganhar sentido dentro de

um contexto específico, é a ponte entre os processos de negócio e o modelo de

informação.

Um exemplo é a linguagem de ontologia para web (OWL - Web Ontology Lan-

guage) (BAO et al., 2012), na qual uma linguagem estende o modelo de informa-

ção para a web.

f) Procedimentos de negócio

54

A categoria de procedimentos de negócio do modelo de interoperabilidade do

GWAC consiste nas interfaces dos processos e procedimentos de negócio entre

duas organizações. Para se obter a interoperabilidade de informação, é neces-

sário que duas organizações tenham processos e procedimentos compatíveis.

As interfaces dos processos de negócio são definidas pela categoria de objetivos

de negócios.

g) Objetivos de negócio

A categoria de objetivos de negócio do modelo de interoperabilidade do GWAC

consiste na garantia de que os níveis estratégico e tático de duas organizações

são compatíveis, permitindo assim, a interoperabilidade de modo efetivo. Essa

categoria engloba a interoperabilidade entre diversos processos e procedimentos

de negócio executados através de várias interfaces e contratos.

h) Políticas regulatórias e econômicas

A categoria de políticas regulatórias e econômicas do modelo de interoperabili-

dade do GWAC garante que diferente ambientes não sejam uma barreira para

a interoperabilidade entre diferentes organizações. Organizações de diferentes

cidades, estados ou mesmo países podem, e provavelmente irão, precisar de po-

líticas e regulamentações específicas para a execução dos objetivos de negócio.

A relação entre asmacro categorias e as categorias domodeloGWACestá ilustrada

na Figura 11.

Como é possível notar, na Figura 11, são definidos dez entidades transversais às

categorias de interoperabilidades. Essas entidades transversais podem ser aplicadas

em mais de uma categoria, mas não necessariamente em todas. A definição exata de

quais entidades transversais estão relacionadas com quais categorias não é apresen-

tada pelo GWAC e é classificada para uma análise posterior. As entidades transversais

são apresentadas em detalhe abaixo:

a) Compartilhamento de Significado de conteúdo

Para obter-se a interoperabilidade entre duas entidades, uma série de conceitos

e definições comuns devem ser compartilhadas. Essa entidade transversal cuida

55

Figura 11 – O modelo de interoperabilidade do GWAC, suas categorias e entidadetransversais


para que um entendimento comum entre diferentes comunidades seja estabele-

cido.

b) Identificação de recursos

A interoperabilidade requer que os diferente elementos sejam identificáveis en-

tre os diferentes sistemas. Para tal, a entidade transversal de identificação de

recursos define um mecanismo de três etapas para a definição de identificado-

res. Deve-se ser acordar sobre o formato do identificador, deve-se ser possível

atribuir um identificador para um recurso e deve ser possível comunicar o novo

identificador para os outros elementos.

c) Sequenciamento e sincronia de tempo

O fluxo de informação trocada entre os diversos sistemas tem de manter os re-

quisitos de qualidade de serviços e sequenciamento. Para tal, todos os sistemas

devem manter uma sincronia com relação ao tempo, inclusive no formato.

d) Segurança e privacidade

As diferentes categorias de interoperabilidade devem tratar questões de segu-

rança e privacidade. Tanto na definição de políticas quanto na definição do mo-

delo de conectividade, a segurança e a privacidade devem ser tratados.

56

e) Log e auditoria

Como forma de manter o histórico da troca de informações, mecanismos de log

e auditoria devem ser implementados pelas diferentes categorias de interopera-

bilidade.

f) Gerenciamento de estado e transações

O gerenciamento do estado e gerenciamento do contexto transacional entre dois

sistemas deve ser implementado como forma de manter a consistência entre os

sistemas. Além disso, mecanismos de gestão de falhas de transações devem ser

implementados pelas diferentes categorias de interoperabilidade.

g) Preservação do sistema

Acima da integridade de um componente, a integridade do sistema como um

todo deve ser garantida. Essa entidade transversal tem o foco na garantia de

que diferentes mecanismos de resiliência serão implementados.

h) Qualidade de serviço

Os diversos serviços e as diversas transações possuem requisitos de perfor-

mance e confiabilidade, para isso, a definição dos requisitos de qualidade de

serviços nas mais diferentes categorias faz-se necessária.

i) Descobrimento e configuração

Em um contexto composto de um conjunto vasto de sistemas como o contexto

de sistemas de energia, diversos sistemas são conectados e desativados com

o tempo. Para facilitar a retirada e entrada de sistemas, mecanismos de confi-

guração e descobrimento devem ser estabelecidos nas diversas categorias de

interoperabilidade.

j) Escalabilidade e evolução de sistemas

A escalabilidade e a evolução de sistemas são entidades transversais que devem

ser tratadas na diversas categorias de interoperabilidades. O ambiente dinâmico

dos sistemas de energia faz com que novos atores apareçam e negócios exis-

tentes experimentem um aumento de carga de tempos em tempos pelas mais

diversas características.

57

O framework do SGAM utiliza o modelo de interoperabilidade do GWAC estabe-

lecendo cinco camadas de interoperabilidade. Essas camadas são chamadas de ca-

mada de negócio, camada funcional, camada de informação, camada de comunicação

e camada de componentes. A camada de negócio está relacionada com a categorias

de políticas regulatórias e econômicas e a categoria de objetivos de negócio. A camada

funcional está relacionada com a categoria de procedimentos de negócio. A camada

de informação está relacionada com a categoria de objetivos de negócio e entendi-

mento semântico. A camada de comunicação está relacionada com a categoria de

interoperabilidade sintática e com a categoria de interoperabilidade de rede. Por fim,

a camada de componentes está relacionada com a categoria de básica conectividade.

Essa relação está ilustrada na Figura 12.

Figura 12 – O modelo de interoperabilidade do GWAC e sua relação com o SGAM


O SGAM, por fim, aplica as camadas de interoperabilidade na planície, definindo

assim, ummodelo para especificação da interoperabilidade entre sistemas no contexto

de redes elétricas inteligentes. Esse modelo é apresentado na Figura 13.

58

Figura 13 – Modelo do framework do SGAM


59

3 UMMODELO DE INTEROPERABILIDADE DE NEGÓCIOS NA GESTÃO DA EFI-

CIÊNCIA ENERGÉTICA

Neste capítulo será apresentado o modelo conceitual desta pesquisa contendo os

principais elementos da pesquisa e suas relações. Também será apresentado o mo-

delo da solução proposta. Por fim, será apresentado o processo de harmonização de

modelos que foi utilizado para especificar o artefato desta pesquisa.

3.1 Modelo conceitual deste trabalho

Nesta seção, será apresentado o modelo conceitual desta pesquisa segundo o De-

sign Science (DS) (WIERINGA, 2014). O objetivo do modelo conceitual da pesquisa é

identificar os principais elementos da pesquisa e suas relações. A representação des-

ses elementos no modelo conceitual está centrada no artefato, resultado da pesquisa.

Inicialmente, será apresentada uma breve explicação sobre o DS e, após isso, será

apresentado e explicado o modelo conceitual e seus elementos.

O DS tem como objetivo o estudo e a aplicação de um artefato em um contexto e

é composto de três principais elementos, o contexto social, a base de conhecimento e

o próprio artefato em si. O artefato pode ser qualquer produto de pesquisa que, uma

vez aplicado no contexto social da pesquisa, altera esse contexto social produzindo

um efeito. Exemplos de artefatos são software, práticas, técnicas, processos, dentre

outros.

O contexto social contém os elementos do ambiente nos quais a pesquisa está fun-

damentada, sendo esses elementos os atores, sistemas, práticas, times, dentre outros.

No contexto social também encontram-se o problema de pesquisa e os interesses dos

stakeholders.

A interação entre o artefato e o problema de pesquisa no contexto social é chamada

de tratamento. Vale ressaltar que o resultado de um tratamento pode ser a solução

definitiva do problema, a solução parcial do problema, ou até mesmo ocasionar novos

problemas.

No DS tem-se dois tipos principais de atividades, o projeto do artefato e a investiga-

ção. As atividades de projeto visam construir o artefato da pesquisa e o tratamento. As

atividades de investigação visam procurar por referências na ciência para suporte às

atividades de projeto. Dessa forma, uma vez que o pesquisador identificou o problema

60

de pesquisa, é executada a atividade de investigação para elaborar a primeira versão

do artefato. Uma vez o artefato elaborado, aplica-se o tratamento e analisa-se os resul-

tados. Dado o resultado, novas atividades de investigação e projeto são executadas a

fim de evoluir o artefato.

A base de conhecimento contém todos os estudos e referências bibliográficas resul-

tados da atividade de investigação. Na base de conhecimento o pesquisador procura

por métodos, práticas, arquiteturas, dentre outros elementos que possam auxiliar na

elaboração do artefato.

Na Figura 14 está ilustrado o modelo conceitual desta pesquisa.

Figura 14 – Modelo conceitual desta pesquisa segundo o Design Science


O contexto social desta pesquisa é composto pelos provedores de gestão de eficiên-

cia energética e pelos consumidores-produtores inteligentes de energia. Os consumidores-

produtores inteligentes de energia consistem de pequenos estabelecimentos comerci-

ais ou prédios que utilizam de tecnologia IoT para a gestão da eficiência energética

predial. Os provedores de gestão de eficiência energética são empresas que ofere-

cem serviços de gestão de eficiência energética aos consumidores.

Há dois sistemas no contexto social deste trabalho. Um sistema oferece serviços

de gestão de eficiência energética em nível gerencial, como serviços de análise de

desempenho energético, simulação de economia de energia e aplicação de plano de

eficiência energética, dentre outros. E outro sistema o qual oferece serviços de gestão

de eficiência energética em nível operacional, como histórico de consumo, caracteri-

zação da infraestrutura, funcionamento da infraestrutura e aplicação de políticas de

61

consumo, dentre outros.

O problema de pesquisa consiste na interoperabilidade entre esses dois níveis de

serviços. A empresa provedora do sistema de gestão de eficiência energética tem di-

ficuldades para interoperar seu negócio devido aos diversos sistemas de gestão de

eficiência energética em nível operacional. Para o tratamento deste problema será es-

pecificado um modelo de middleware para interoperabilidade de negócio para gestão

de eficiência energética. Este modelo de middleware consiste no artefato deste traba-

lho de pesquisa.

A base de conhecimento desta pesquisa consiste nos modelos de referência utili-

zados como base para o modelo de middleware. É utilizado o ARM como modelo de

conteúdo para IoT, o SGAM como modelo de conteúdo para interoperabilidade no con-

texto de redes elétricas inteligentes, o modelo de informação de Andrén et al. (2017)

como modelo de conteúdo de informação de middleware e o modelo de conteúdo fun-

cional de Razzaque et al. (2016).

Por fim, para validação do artefato, visões arquiteturais serão especificadas em

base ao modelo proposto.

3.2 Modelo conceitual da solução proposta

Nesta seção, será apresentado o modelo conceitual da solução proposta neste pro-

jeto de pesquisa. Neste modelo estão os elementos que compõem a solução proposta

na pesquisa e as relações entre esses elementos. Esse modelo tem por objetivo ilus-

trar como o artefato será elaborado e como cada elementos da pesquisa contribuiu

para a especificação do artefato.

A Figura 15 ilustra o modelo da solução proposta nesta pesquisa. Neste modelo,

estarão ilustrados os modelos de referência que compõem a base da solução, o pro-

cesso de harmonização, os requisitos da contexto social da pesquisa, o processo de

validação do artefato, bem como a relação entre todos esses elementos. Importante

ressaltar que, o elemento ”Modelo de referência de interoperabilidade de negócio na

gestão de eficiência energética”consiste do artefato desta pesquisa e é a represen-

tação neste modelo do elemento ”Modelo de middleware para interoperabilidade de

negócios”presenta na Figura 14

Na Figura 15, é possível verificar quatro tipos de elementos, identificados pelas

62

Figura 15 – Modelo da proposta de trabalho a ser desenvolvido neste trabalho


cores. Há dois processos, um para a elaboração do modelo de middleware e outro

para elaboração da arquitetura do middleware. Há cinco elementos do contexto do

conhecimento, o modelo funcional de middleware, o modelo de referência do ARM, o

modelo de interoperabilidade do SGAM, o modelo de informação do middleware e a

arquitetura de referência do ARM. Há dois artefatos propostos, omodelo domiddleware

e a arquitetura domiddleware. Por fim, há dois elementos do contexto social, o sistema

de gestão de energia e os requisitos provindos do sistema de gestão de energia.

É importante ressaltar que os requisitos do contexto social tem dois papéis na elabo-

ração do modelo demiddleware. Esses requisitos tem como fonte o sistema de gestão

de eficiência energética desenvolvido no GARFSoft.

Na fase de especificação do modelo de middleware, a qual está ilustrada pelo ele-

mento ”Processo de especificação de modelo de referência”da Figura 15, os requisitos

atuam como critério para seleção dos elementos da harmonização. Esses critérios res-

tringem o escopo de trabalho a ser harmonizado. Sem esses critérios, a atividade de

harmonização levaria muito tempo e sairia fora do escopo desta pesquisa, pois os

modelos de referência são genéricos e contém informações além do escopo deste

trabalho de pesquisa.

Na fase da validação domodelo através da especificação da arquitetura, a qual está

ilustrada pelo elemento ”Processo de especificação de arquitetura em IoT”da Figura 15,

os requisitos atuam como fonte de informação para a especificação da arquitetura do

middleware. Com base a esses requisitos e ao modelo demiddleware, a arquitetura do

63

middleware será especificada estruturada nas visões do RM-ODP (PUTNAM, 2000).

3.3 Especificação de um modelo para interoperabilidade de negócios na gestão de

eficiência energética

Nesta seção, será descrito como os modelos de referência são utilizados na espe-

cificação do modelo para interoperabilidade de negócios na gestão de eficiência ener-

gética. Esse modelo contém uma especificação das funcionalidades que o compõem,

os atores e quais informações são trocadas entre os elementos do modelo.

Os modelos de referência utilizados serão o ARM, o SGAM, o modelo de informa-

ção de Andrén et al. (2017) e o modelo funcional de Razzaque et al. (2016). Para a

especificação do modelo para interoperabilidade de negócios na gestão de eficiência

energética, será executada a harmonização desses modelos de referência com a fina-

lidade de diminuir a complexidade de se trabalhar com múltiplos modelos e aumentar

a coesão da relação entre os diferentes elementos dos diferentes modelos (PARDO et

al., 2010).

3.3.1 O uso do ARM

O ARM define uma arquitetura de referência composta de visões arquiteturais, mo-

delos de referência e guias de implementação. O ARM define em seu modelo de re-

ferência, os elementos necessários para especificação de sistemas no contexto de

IoT. O modelo de referência do ARM é composto de cinco sub-modelos, sendo eles o

sub-modelo de domínio, o sub-modelo de informação, o sub-modelo funcional, o sub-

modelo de comunicação e o sub-modelo de privacidade, confiabilidade e segurança.

Para este trabalho de pesquisa e com a finalidade de obter a interoperabilidade em

nível de negócio, os sub-modelos de domínio, de informação e funcional serão utili-

zados. O sub-modelo de domínio visa identificar os atores do contexto e como esses

atores estão relacionados com os diferentes elementos dos outros modelos. O sub-

modelo de informação visa especificar as informações trocadas nas mensagens entre

os diferentes sistemas. O sub-modelos funcional visa especificar quais funcionalidades

os sistemas devem implementar no contexto de IoT.

Esses sub-modelos trazem o conteúdo de IoT presente no contexto social para o

64

modelo para interoperabilidade de negócios na gestão de eficiência energética.

3.3.2 O uso do SGAM

O SGAM define um modelo de interoperabilidade para redes elétricas inteligentes

definido em cindo camadas. Essas camadas são a camada de negócio, a camada

funcional, a camada de informação, a camada de comunicação e a camada de com-

ponentes.

Para este trabalho de pesquisa, serão utilizadas as camadas de negócio, funcio-

nal e de informação. A camada de negócio visa definir os atores do contexto social, o

propósito desses atores e a relação entre esses atores. A camada funcional visa es-

pecificar os funções que identificam e relacionam cada ator do modelo de negócio. A

camada de informação visa especificar as informações trocadas nas funcionalidades.

Essas camadas contribuem com o conteúdo sobre redes elétricas inteligentes para

o modelo para interoperabilidade de negócios na gestão de eficiência energética.

3.3.3 O uso de Razzaque et al. (2016)

O modelo funcional definido por Razzaque et al. (2016) define um conjunto de fun-

cionalidades características de middleware para IoT. Como este trabalho de pesquisa

visa especificar ummodelo para interoperabilidade de negócios na gestão de eficiência

energética, as funcionalidades de middleware irão contribuir para definição de como o

modelo poderá abstrair a complexidade do negócio.

3.3.4 O uso de Andrén et al. (2017)

O modelo de informação definido por Andrén et al. (2017) visa especificar as in-

formações, e propriedades dessas informações, trocadas entre os diferentes atores e

sistemas das redes elétricas inteligentes. Através desse modelo, um conjunto de obje-

tos de informação são especificados e serão utilizados como base para o modelo para

interoperabilidade de negócios na gestão de eficiência energética.

As informações correspondem ao conjunto de dados e seus significados no con-

texto de pesquisa (ROWLEY, 2007).

65

3.4 O processo de especificação do modelo de interoperabilidade de negócio

Nesta seção, será apresentado o processo de especificação do modelo de intero-

perabilidade de negócio executado nesta pesquisa. Este processo foi todo executado

por um ator, o pesquisador, teve como artefatos de entrada os modelos de referência

e com artefato de saída o modelo harmonizado. Será apresentado uma visão geral do

processo e, após isso, o detalhe de cada atividade.

O processo de especificação do modelo de interoperabilidade de negócio aplicado

neste trabalho está composto de três atividades. Essas atividades estão ilustradas na

Figura 16.

Figura 16 – Processo de harmonização para elaboração do modelo do middleware


As atividades ilustradas na Figura 16 consistem na harmonização dos modelos de

referência (PARDO et al., 2010). A descrição de cada atividade para a harmonização

dos modelos está listada a seguir:

a) Análise da relação dos modelos com a gestão de eficiência energética em IoT

66

Nesta atividade, a relação entre os modelos é entendida e estabelecida. Dessa

forma, a técnica para a harmonização dos modelos é definida.

b) Harmonização dos modelos

Nesta atividade, a harmonização dos modelos é executada. A harmonização dos

modelos é realizada em três passos. Primeiro, os elementos dos modelos são ho-

mogeneizados utilizando como base um modelo abstrato comum, neste caso, o

RM-ODP. Após a homogeneização, é executada a comparação entre os elemen-

tos do modelo a fim de se identificar os elementos comuns. Por fim, é realizada

a integração dos elementos para obter o elemento harmonizado.

c) Revisão e documentação do modelo

Após concluída a harmonização, a documentação do modelo existente é execu-

tada.

3.4.1 Análise dos modelos

Nesta seção, será apresentado como foi realizada a atividade análise dos modelos

de referência utilizados na pesquisa. Também será descrito quais partes dos modelos

de referência foram utilizadas para a harmonização.

Mais uma vez, é importante ressaltar que o contexto social estabelecido pelo projeto

no GARFSoft estabeleceu restrições para a atividade de harmonização. Dessa forma,

foram harmonizados somente as partes dos modelos que possuíam relação com o

contexto social, o que neste caso é a gestão de eficiência energética. Essa limitação

foi essencial, pois sem ela ter-se-ia muitos elementos a serem harmonizados que não

trariam valor ao trabalho.

Dessa forma, sempre que os modelos foram analisados neste trabalho, foi sob a

óptica da gestão de eficiência energética, sendo desconsiderados elementos que não

tangessem a esse contexto.

Com base às visões arquiteturais do RM-ODP, as quais foram utilizadas para es-

pecificar a arquitetura do middleware deste trabalho de pesquisa, foi analisado quais

partes dos modelos de referência teriam relação com essas visões. Essa relação está

ilustrada na Figura 17.

67

Figura 17 – Análise das relações entre as visões arquiteturais do RM-ODP e as partesdos modelos de referência


Como está ilustrado na Figura 17, as partes os modelos de referência utilizados

foram categorizadas pelo pesquisador em três grupos de acordo com o propósito de

cada parte.

O grupo de domínio contém os modelos que descrevem os atores, os propósitos

desses atores, os sistemas e outros elementos os quais compõem o contexto da pes-

quisa. Neste grupo de modelos estão o sub-modelos de domínio do ARM e a camada

de negócios do SGAM.

O grupo funcional contém os modelos que descrevem as funcionalidades dos sis-

temas e com as quais os atores interagem para interoperar. Neste grupo estão o sub-

modelo funcional do ARM, a camada de interoperabilidade funcional do SGAM e o

modelo funcional definido por Razzaque et al. (2016).

O grupo de informação contém os modelos que descrevem as informações e o

significado das informações trocadas entre os sistemas com a finalidade de interoperar.

Neste grupo estão o sub-modelos de informação e o modelo de informação definido

por Andrén et al. (2017).

Por fim, a harmonização foi executada para cada grupo de modelos descrito.

68

3.4.2 Harmonização dos modelos de referência

Nesta seção, será apresentado como foi executado a harmonização dos modelos

de referência. Essa execução foi dividade em três etapas distintas, a homogeneização,

a comparação e a integração. É importante ressaltar que, a harmonização dos mode-

los de referência neste trabalho busca especificar um modelo com menor número de

elementos e com uma maior cobertura sob o escopo da gestão da eficiência energé-

tica.

3.4.2.1 Homogeneização de modelos de referência

Nesta etapa, os modelos de referência são abstraídos para um modelo mais abs-

trato com a finalidade de colocar os diferentes elementos dos diferentes modelos sob

a mesma taxonomia (PARDO et al., 2012). Para isso, uma matriz de critérios foi elabo-

rada como forma de guiar o trabalho de abstração dos elementos dos modelos utiliza-

dos para o modelo de referência RM-ODP. Essa matriz está representada na Tabela

1.

Seguindo a matriz de critérios para homogeneização, o resultado obtido foram os

modelos homogeneizados. A Figura 18 ilustra o resultado da homogeneização dos mo-

delos pertencentes ao grupo de domínio. Para descrever os elementos neste processo

de harmonização, foi utilizado a notação UML4ODP (LININGTON et al., 2011).

Os elementos do grupo de domínio foram homogeneizados para os elementos da

visão empresa. A partir do SGAM, foi selecionado um conjunto de atores relacionados

ao contexto social desta pesquisa. Esses atores estão relacionados ao grupo de atores

Serviços de Energia e Usuários da Rede Elétrica. O ARM definiu atores no sub modelo

de domínio e esses atores também foram homogeneizados. Essa atividade resultou

na homogeneização de 15 elementos ao todo, duas comunidades e 13 papéis.

A Figura 19 ilustra o resultado da homogeneização dos modelos pertencentes ao

grupo funcional.

A homogeneização dos elementos do grupo funcional utilizou omodelo funcional de

Razzaque et al. (2016), do modelo funcional definido no ARM (CARREZ et al., 2013) e

o conjunto de funcionalidades SGAM (CEN-CENELEC-ETSI, 2012a). Cada elementos

desses modelos funcionais foram classificados como objetos ações, o qual determina

69

Tabela 1 – Matriz de critérios de homogeneização

Visão empresaNúmero do critério Elemento do mo-

delo de referênciaFator de decisão Elemento do RM-

ODP1 Domínios (SGAM) Elementos que re-

presentam gruposde entidades comum objetivo em co-mum

Comunidades

2 Usuários(ARM),atores (SGAM)

Elementos re-presentantes deatores, usuários,clientes ou quais-quer entidadesas quais atuemdiretamente comos sistemas

Atores

3 Propósitos dos ato-res (SGAM), usuá-rios (ARM)

Descrição dos ob-jetivos e do propó-sito dos atores

Objetivos

Visão informação4 Informação (ARM),

informação (AN-DRÉN et al., 2017)

Elementos que re-presentam a infor-mação presente nosistema

Objeto de informa-ção

5 Funcionalidades(ARM), Funciona-lidades (SGAM),Funcionalidades(RAZZAQUE et al.,2016)

Elementos que re-presentam funcio-nalidades ou açõesque manipulem asinformações

Tipos de ação dainformação

6 Grupo funcional(ARM), Grupofuncional (SGAM)

Agrupamento defuncionalidades e /ou informações

InvariantSchema


as ações que um sistema aplica sob a informação. Essa atividade resultou na homo-

geneização 43 elementos, sendo 9 grupos funcionais e 34 funcionalidades. Os grupos

funcionais foram homogeneizados para objetos pacote e as funcionalidades para ob-

jetos ação.

A Figura 20 ilustra o resultado da homogeneização dosmodelos pertencentes grupo

de informação.

A homogeneização da visão informação utilizou o modelo de informação de An-

70

drén et al. (2017) e o modelo de informação ARM (CARREZ et al., 2013). O SGAM

(CEN-CENELEC-ETSI, 2012b) não foi considerado pois, apesar de conter um camada

específica para o tratamento da interoperabilidade de informação, não define nenhum

modelo. O SGAM faz a recomendação de utilização dos modelos de informação exis-

tentes para o contexto social do trabalho. Além disso, o modelo de Andrén et al. (2017)

está baseado no SGAM. Essa atividade resultou na homogeneização de 35 elemen-

tos, sendo os 35 elementos informações. Esses elementos foram homogeneizados

para objetos informação.

71

Figura18

–Resultado

dahomogeneizaçãodosmodelos

dogrupode

domínio

Fonte:Elaborado

peloautor

72

Figura19

–Resultado


dogrupode

funcional

Fonte:Elaborado

peloautor

73

Figura20

–Resultado


dogrupode

informação

Fonte:Elaborado

peloautor

74

3.4.2.2 Comparação de modelos

Nesta etapa, os modelos homogeneizados são comparados a fim de se identificar

quais elementos possuem similaridade semântica ou, até mesmo, possuem o mesmo

significado em dois modelos distintos (PARDO et al., 2012). Ao final desta etapa, as

intersecções entre os modelos e as relações entre elementos de distintos modelos

estarão identificadas. Os modelos comparados estão no Anexo A.

A propriedade dos elementos considerada para a comparação foi o propósito. Dessa

forma, elementos que possuem o mesmo propósito foram comparados a fim de identi-

ficar se esses elementos poderiam ser considerados o mesmo objeto.

Nos modelos do grupo de domínio foram identificados 2 comunidades, a comu-

nidade de ”Serviços de energia”e a comunidade de ”Usuários da rede elétrica”. Na

comunidade de ”Serviços de energia”foi identificado 7 papéis e definido um objetivo.

Na comunidade de de ”Usuários da rede elétrica”foram identificados 6 papéis e um

objetivo. Não foram identificados elementos que definissem os processos dessas co-

munidades e nem políticas.

Na execução da comparação dos elementos homogeneizados não foram encon-

trados elementos com o mesmo propósito. Dessa forma, a técnica a ser utilizada na

atividade de integração será a técnica de ”União”.

Nos modelos grupo funcional foram identificados 43 elementos. Desses 43 elemen-

tos, 9 eram grupos funcionais e 34 eram funcionalidades. A comparação das funcio-

nalidades identificou 4 conjuntos de funcionalidades com propósitos similares entre os

elementos do modelo funcional do ARM e os elementos do modelo funcional de Raz-

zaque et al. (2016). O modelo funcional do SGAM não tem elementos com propósitos

similares. Para a integração desses modelos a técnica a ser utilizada será a técnica

de ”Complemento”, tendo como modelo base o ARM pois o ARM é o modelo mais

abrangente.

Nos modelos do grupo de informação foram identificados 35 elementos, sendo to-

dos os 35 elementos objetos informação. A comparação desses elementos identificou

4 conjuntos de objetos informação com propósito similares entre os elementos do mo-

delo de informação do ARM e o modelos de informação de Andrén et al. (2017). Dessa

forma, a integração desses elementos utilizará da técnica de ”Complemento”, tendo

como base o modelo de informação de Andrén et al. (2017) pois, neste caso, é o mo-

75

delo mais abrangente.

3.4.2.3 Integração de modelos

Nesta etapa, os modelos são integrados com base às comparações realizadas. O

objetivo é eliminar os elementos desnecessários e mesclar os diferentes modelos a fim

de se obter um modelo único (PARDO et al., 2012). A atividade integração consiste na

análise das comparações executadas e aplicação das técnicas de união, intersecção

e / ou complemento. De acordo com a análise da relação de cada modelo, uma das

técnicas é aplicada.

Para a integração dos modelos de referência deste trabalho de pesquisa, foram

aplicadas as técnicas de ”União”e ”Complemento”.

Para a integração dos elementos dos modelos do grupo de domínio, a técnica de

”União”foi utilizada. Devido ao fato de não haver similaridades entre os elementos dos

modelos de referência, a união permitiu que o modelo harmonizado resultasse em um

modelo mais completo. Essa técnica acabou de fazer não ter diferenças no resultado

da homogeneização, pois os elementos homogeneizados não sofreram alterações nas

etapas de comparação e integração.

Para a integração dos elementos dos modelos do grupo funcional e do grupo de

informação, a técnica utilizada foi o ”Complemento”. Devido ao fato de haver elementos

com propósitos similares, a transformação de dois ou mais elementos similares em um

permite uma maior simplicidade sem afetar a completude do modelo.

Por fim, o modelos harmonizado foi obtido. O modelo harmonizado está represen-

tado em 3 figuras. A Figura 21 ilustra o resultado da harmonização dos elementos do

grupo de domínio. A Figura 22 ilustra o resultado da harmonização dos elementos do

grupo funcional. Por fim, a Figura 23 ilustra o resultado da harmonização dos elemen-

tos do grupo de informação.

76

Figura21

–Resultado

daharmonização

dosmodelos

dogrupode

domínio

Fonte:Elaborado

peloautor

77

Figura22

–Resultado

daharmonização

dosmodelos

dogrupofuncional

Fonte:Elaborado

peloautor

78

3.4.3 Revisão dos resultados

A última atividade deste processo de especificação domodelo de interoperabilidade

de negócios na gestão da eficiência energética foi a revisão dos modelos. Nesta ativi-

dade, não foram encontrados inconsistência e o pesquisador definiu o modelo pronto

para ser utilizado na especificação de visões arquiteturais.

79

Figura 23 – Resultado da harmonização dos modelos do grupo de informação


81

4 VALIDAÇÃO DO TRABALHO

Nesta seção, será apresentado o método de validação utilizado e o processo que

foi seguido para aplicação do método de validação. A validação irá demonstrar como o

modelo de interoperabilidade de negócio na gestão da eficiência energética foi utilizado

na especificação de visões arquiteturais.

4.1 Método de validação

O Design Science (DS) é o design (projeto / desenho) e investigação de um ar-

tefato em um contexto (WIERINGA, 2014). É uma abordagem para a resolução de

problemas a qual busca criar produtos inovadores através de processos de análise,

design e implementação (UYSAL, 2016).

A fase de validação visa justificar que um tratamento contribui para os objetivos dos

atores envolvidos. Ela é feita através da elaboração de um protótipo do artefato e da

aplicação deste protótipo no contexto de pesquisa (WIERINGA, 2014).

Wieringa (2014) ainda classifica os quatro métodos de pesquisa segundo o local

de sua execução e a natureza do que é estudado. Essa classificação está ilustrada na

Figura 24.

Figura 24 – Classificação dos métodos de pesquisa

Fonte: (WIERINGA, 2014)

Devido ao fato de esta pesquisa estar localizada no GARFSoft e estudar o caso

82

individual da gestão de eficiência energética para a empresa provedora de serviços

relacionado ao laboratório, o método de pesquisa utilizado será o mecanismo de expe-

rimento único.

4.1.1 Mecanismo de experimento de caso único

O método de pesquisa mecanismo de experimento de caso único tem por objetivo

descrever e explicar o efeito da aplicação de um artefato sob um objeto de estudo. Na

aplicação do mecanismo de experimento de caso único, o pesquisador tem acesso ao

objeto de estudo e conhece sua arquitetura (WIERINGA, 2014). A interoperabilidade

entre os sistemas de gestão de eficiência energética de nível gerencial e o sistema

de gestão de eficiência energética de nível operacional consiste no objeto de estudo

desta pesquisa.

Nesta pesquisa, a validação da arquitetura do modelo de interoperabilidade de ne-

gócios foi realizada através da especificação de modelos das visões arquiteturais de

um middleware para o tratamento da interoperabilidade de negócio. Essa especifica-

ção será realizada tendo como base o modelo de referência de interoperabilidade de

negócio na gestão de eficiência energética e as visões do RM-ODP (ISO/IEC, 2009).

4.2 O processo para especificação das visões arquiteturais

Nesta seção, será apresentado o processo para execução da fase de validação da

pesquisa. Esse processo visou a especificação de modelos das visões arquiteturais do

RM-ODP baseadas no modelo de interoperabilidade de negócios na gestão de eficiên-

cia energética. Essas visões arquiteturais representarão parte da especificação de um

middleware.

A Figura 25 ilustra as atividade para a elaboração das visões arquiteturais do mid-

dleware.

As atividades a serem executadas para elaboração domodelos baseado nas visões

arquiteturais estão listadas a seguir:

a) Análise do contexto do experimento e da gestão da eficiência energética

Nesta atividade, os requisitos provenientes do trabalho de gestão de eficiência

energética desenvolvido no GARFSoft são analisado. Os elementos do trabalho

83

Figura 25 – Processo de design do tratamento para elaboração da arquitetura do mid-dleware


desenvolvido noGARFSoft irão auxiliar a análise domodelo de interoperabilidade

de negócios validando o modelo e complementando-o quando necessário.

b) Modelagem dos atores, suas responsabilidades e suas relações

Nesta atividade, a visão de contexto é elaborada contendo todos os atores e

demonstrando como estes atores atuam dentro do contexto.

c) Modelagem das funcionalidades da gestão de eficiência energética

Nesta atividade, a visão funcional será elaborada descrevendo as funcionalida-

des contidas no modelo de referência e executadas pelos provedores de serviço

e pelos consumidores.

d) Modelagem dos elementos de informação da gestão de eficiência energética

Nesta atividade, a visão de informação será elaborada contendo o modelo de

informação domiddleware e descrevendo como a informação será ofertada pelos

dispositivos e consumida pelo sistema de gestão de energia.

e) Modelagem de elementos da visão computação

84

Nesta atividade, uma visão geral dos objetos computação é especificada para

demonstrar como ficaria o desacoplamento do sistema de gestão de eficiência

energética em nível gerencial e do sistema de gestão de eficiência energética em

nível operacional.

Por fim, ao final desta fase, ter-se-á os modelos das visões arquiteturais relaciona-

das ao modelo de interoperabilidade de negócios na gestão de eficiência energética.

Esses modelos serão as evidência da aplicabilidade do modelo.

4.3 Aplicação do experimento

Nesta seção, será descrito como o experimento foi executado. Primeiro, será apre-

sentado o contexto do experimento, no qual estará descrito o relacionamento do pro-

jeto desenvolvido no GARFSoft com esta pesquisa. Após isso, serão apresentadas

as visões arquiteturais especificadas com o uso do modelo de interoperabilidade de

negócios. Por fim, a análise do artefato será apresentada.

O objetivo do experimento consiste na verificação da aplicabilidade do modelo de

interoperabilidade de negócios na gestão da eficiência energética para a especificação

de visões arquiteturais.

Para simplificar a escrita, sempre que estiver escrito ”modelo de interoperabilidade

de negócios”nesta seção significa o artefato especificado neste trabalho de pesquisa,

o qual é o modelo de middleware para a interoperabilidade de negócios para gestão

da eficiência energética.

4.3.1 O contexto do experimento

Nesta seção, será apresentado o contexto do experimento. O contexto do experi-

mento realizado está baseado no projeto para implementação de um sistema de gestão

de eficiência energética noGARFSoft. Esse sistema tem por objetivo melhorar o uso da

energia em prédios através do uso de inteligência na análise de padrões de consumo

e uso de dispositivos IoT.

Busca-se por meio desse sistema, analisar as propriedades do local, como por-

tas, janelas, tamanho de cômodos, dentre outras, associada a outras variáveis para o

entendimento do consumo energético do prédio como um todo. Após essa análise, a

85

definição e aplicação de políticas de melhoria do consumo energético é aplicada, vi-

sando o aumento da eficiência. Todo o processo é acompanhado através da sistemas

de monitoração.

Na Figura 26, está ilustrado a visão empresa do sistema de gestão de eficiência

energética.

Figura 26 – Visão empresa do sistema de gestão de eficiência energética

Fonte: Adaptado pelo autor

Na Figura 26, é possível notar a especificação dos processos envolvidos na gestão

da eficiência energética divididos em 2 grupos, gerencia e operacional. É importante

ressaltar que o middleware está posicionado entre os pacotes ”Gerencial”e ”Operacio-

nal”. Na Figura 26, o middleware não está representado pois não encontra-se desen-

volvido.

A Figura 27 ilustra a visão informação do sistema de gestão de eficiência energética.

Na Figura 27, é possível notar a relação entre as informações analisadas. Essas in-

formações estão sub divididas em três grupos, variáveis de serviços do local, variáveis

86

Figura 27 – Visão informação do sistema de gestão de eficiência energética


de clima, variáveis de ambiente.

A Figura 28 ilustra a visão computação do sistema de gestão de eficiência energé-

tica.

Na Figura 28, é possível notar os módulos do sistema de gestão de eficiência ener-

gética. Aqui fica evidente o acoplamento entre o sistema de gestão de eficiência ener-

gética na camada gerencial e o sistema de gestão de eficiência energética na camada

operacional.

Esse acoplamento dificulta os negócios da empresa provedora de energia, uma vez

que seu sistema na camada gerencial tem de interoperar com mais de um sistema na

camada operacional.

Para atuar no tratamento do problema de interoperabilidade de negócios apresen-

tado, um middleware será especificado e implementado. A especificação desse mid-

dleware está baseada no modelos de interoperabilidade de negócios definido neste

trabalho.

4.3.2 As visões arquiteturais de um middleware para interoperabilidade de negócio

Nesta seção, serão apresentadas as visões arquiteturais especificadas a partir do

modelos de interoperabilidade de negócios na gestão da eficiência energética.

87

Figura 28 – Visão computação do sistema de gestão de eficiência energética


A especificação das visões arquiteturais de ummiddleware tem por objetivo validar

o uso do modelo de interoperabilidade de negócio na gestão de eficiência energética.

Pata tal, essa atividade de especificação teve como foco as visões arquiteturais rela-

cionadas aos modelos obtidos. Dado o fato de o foco deste trabalho ser a interopera-

bilidade de negócio, as visões arquiteturais especificadas foram a visão empresa e a

visão de informação.

Na Figura 29, está ilustrada a especificação empresa.

Na Figura 29, estão ilustrados os elementos da visão empresa, a comunidade do

provedor de gestão de eficiência energética, a comunidade da agência bancária, o

sistema gerencial de gestão de eficiência energética, o middleware de gestão de efici-

ência energética e o sistema de gestão de eficiência energética em nível operacional.

Na especificação empresa é possível notar alguns elementos do modelo especificado

neste trabalho, pois ambas as comunidades estão previstas no modelo. A comunidade

provedor de gestão de eficiência energética está especificada na comunidade ”Servi-

ços de Energia”. Já a comunidade agência bancária está especificada como ”Usuários

da rede elétrica”. Os sistemas não estavam previstos no modelo e foram modelados

88

Figura 29 – Visão empresa baseada no modelo de interoperabilidade de negócios


dado o contexto social.

A Figura 30 ilustra a especificação da comunidade provedor de gestão de eficiência

energética.

Nesta especificação também é possível notar alguns elementos do modelo. A co-

munidade em si está prevista no modelo e, também, o objetivo da comunidade. Os

papéis também foram utilizados segundo o modelo. Novamente, os sistemas não esta-

vam presentes no modelo e foram especificados segundo o contexto social do trabalho.

Também é importante notar que, o objeto processo da especificação da comunidade

não estava presente no modelo. Isso deve-se ao fato de nenhum modelo de referên-

cia especificar os processos de negócio desses atores. O objeto processo ilustrado na

Figura 26 são os processos do contexto social.

Dado a especificação empresa e a especificação da comunidade provedor de ges-

tão de eficiência energética, foi especificado a visão informação para o middleware. O

89

Figura 30 – Comunidade provedor de gestão de eficiência energética baseada no mo-delo de interoperabilidade de negócios


sistema gerencial de gestão de eficiência energética não foi especificado pois não é

foco deste trabalho de pesquisa e já está descrito no contexto do experimento.

Na Figura 31 está ilustrada a especificação informação do middleware de gestão

de eficiência energética.

A especificação informação é composta por dois principais elementos o schema de

informações e o schema de ações. A Figura 32 ilustra o schema de ações.

Na Figura 32 cada objeto ação representa uma funcionalidade domiddleware. Dado

o contexto social, as funcionalidades ”coletorDadosServiçosEdifício”, ”coletorDadosAm-

bienteEdifício”, ”coletorDadosConsumoEdifício”e ”coletorDadosClima”foram adiciona-

das à especificação do middleware e não estavam previstas no modelo. As outras

funcionalidades já estavam previstas no modelo de interoperabilidade.

A Figura 33 ilustra uma visão geral do schema de informação do middleware.

Na Figura 33 está especificado o middleware como objeto informação aplicação e

seu relacionamentos com os grupos funcionais descritos pelos pacotes. Essa visão ge-

ral visa simplificar a leitura do modelo pois, sem ela, o modelo ficaria extenso demais.

Serão detalhados dois grupos funcionais, o grupo das funções de gerenciamento e o

grupo das funções de gestão operacional de eficiência energética. A escolha desses

dois grupo foi feita com base à quantidade de funções pertencentes a estes grupos.

90

Figura 31 – Especificação informação baseada no modelo de interoperabilidade de ne-gócios


Como estes dois grupos são os maiores grupos funcionais da especificação, já é pos-

sível cobrir os casos necessários para avaliar o modelo. Além disso, os grupos funcio-

nais de funções de serviços IoT e funções de entidades virtuais são grupos de suporte

aos outros grupos funcionais, tendo influência indireta sobre a interoperabilidade de

negócios.

Na Figura 34, está ilustrado o detalhamento da especificação informação para as

funções de gestão operacional de eficiência energética.

Como é possível notar na Figura 34, o único elemento que não foi possível espe-

cificar a partir do modelo de interoperabilidade de negócios foi o elemento ”Sítio”. Os

demais elementos já estavam previstos no modelo.

A Figura 35 ilustra o detalhamento da especificação informação para as funções de

gerenciamento.

Neste detalhamento também é possível notar que o único elemento não previsto

no modelo de interoperabilidade de negócio foi o elemento ”Sítio”.

Também foi especificado um visão geral da visão computação do middleware com

a finalidade de ilustrar como ficaria os objetos computação após a introdução do mid-

91

Figura 32 – Schema de ações baseada no modelo de interoperabilidade de negócios


dleware e compará-la com a visão computação descrita no contexto do experimento.

A Figura 36 ilustra a visão computação do middleware.

Como é possível notar na Figura 36, o sistema gerencial de gestão de eficiência

energética não mais interopera diretamente com o sistema de gestão de eficiência

energética em nível operacional.

Por fim, o experimento foi concluído com base nas visões especificadas.

92

Figura 33 – Visão geral do schema de informação baseada no modelo de interopera-bilidade de negócios


93

Figura 34 – Schema de informação do módulo operacional baseada no modelo de in-teroperabilidade de negócios


94

Figura 35 – Schema de informação do módulo gerenciamento baseada no modelo deinteroperabilidade de negócios


95

Figura 36 – visão geral da visão computação do middleware


97

5 CONSIDERAÇÕES FINAIS

Nesta seção, serão apresentadas as conclusões deste trabalho de pesquisa. Tam-

bém serão descritos alguns trabalhos futuros.

5.1 Conclusões

Este trabalho especificou um modelo de interoperabilidade de negócios na gestão

de eficiência energética.

Através do experimento conduzido foi possível validar o uso do modelo de inte-

roperabilidade de negócios. Considerando comunidades, papéis, objetivos, pacotes,

informações e ações, foram especificados no total 89 objetos no total. Durante o expe-

rimento, foram adicionados 9 objetos, sendo 1 objeto processo, 3 objetos sistemas, 1

objeto informação e 4 objetos ação. Dessa forma, conclui-se que o modelo permitiu a

especificação de um middleware para a interoperabilidade de negócios na gestão de

eficiência energética.

Porém, é importante destacar que os modelos de referência não especificavam

nenhum sistema. Na especificação da arquitetura, os sistemas de gestão de eficiên-

cia energética em nível gerencial, o middleware e o sistema de gestão de eficiência

energética em nível operacional estão presentes. Também os processos de negócio

possuem papel importante na definição do modelo de interoperabilidade e não havia

especificação de processos nos modelos de referência.

As ausência de especificação de sistemas e processos não impossibilitou a espe-

cificação das visões do middleware, porém serão consideradas nos trabalhos futuros.

Durante este trabalho de pesquisa, as questões relacionadas às questões do co-

nhecimento e problemas de design foram analisadas e respondidas. Algumas ques-

tões foram reelaboradas com a evolução da pesquisa. A listagem abaixo apresenta as

questões e as respostas:

• Questão: Como possibilitar a interoperabilidade de negócios para gestão de ener-

gia em ambientes de sistemas inteligentes de energia?

Esta questão foi amotivação inicial deste trabalho. O tratamento foi diagnosticado

através da implementação de um middleware.

98

• Questão: Quais os serviços dos consumidores de energia utilizados para realizar

a gestão de energia?

Os modelos de referência especificaram grande parte dos serviços necessários

para gestão da eficiência energética e foram modelados no artefato. Vale ressal-

tar que, alguns serviços foram especificados a partir do contexto social.

• Questão: Quais os atores atuantes na gestão de energia baseado em sistemas

de energia inteligentes?

No modelo conceitual do SGAM (CEN-CENELEC-ETSI, 2012b) os atores do sis-

tema de energia são apresentados, são eles Responsável pelo balanceamento

da rede elétrica, Responsável pelo gestão do consumo, Responsável pela ges-

tão da produção, Responsável pela gestão do comércio. Vale ressaltar que, há

outros atores especificados no SGAM que estão fora do contexto deste trabalho.

• Questão: Qual modelo de referência para especificação de arquiteturas de mid-

dleware de sistemas de energia inteligentes? E como esse modelo impacta os

sistemas de gestão de energia?

Essa questão visou estabelecer um ponto de referência para o desenvolvimento

deste trabalhos. Neste ponto, foram estudados os modelos de referência de An-

drén et al. (2017), de Razzaque et al. (2016), o ARM e o SGAM.

• Questão: Qual modelo arquitetural de referência para IoT?

Nesta questão, através dos estudos realizados foi definido que o ARM será o

modelo arquitetural de referência utilizado.

• Questão: Quais arquiteturas atuais paramiddleware de gestão da eficiência ener-

gética em sistemas de energia?

Foram estudados alguns trabalhos nos quais sistemas de gestão de energia fo-

ram implementados. Esses trabalhos contribuíram para o entendimento geral da

gestão de energia. Os principais trabalhos foram Bellagente et al. (2015), Shams-

zaman et al. (2014) e Okuno et al. (2015).

• Questão: Qual modelo de referência garantiria a interoperabilidade em nível de

negócio para a gestão da eficiência energética?

99

Mais uma vez, os elementos utilizados foram os modelos de referência de An-

drén et al. (2017), de Razzaque et al. (2016), o ARM e o SGAM. Como não foi

encontrado nenhum modelo único para a interoperabilidade de negócios, a har-

monização de modelo de referência foi utilizada.

• Questão: O modelo especificado permitiu o tratamento da interoperabilidade de

negócios na gestão da eficiência energética?

As conclusões deste trabalho de pesquisa são de que, sim, o modelo de intero-

perabilidade de negócios na gestão de eficiência energética permitiu a especi-

ficação de visões arquiteturais de um middleware focado no tratamento dessa

interoperabilidade.

5.2 Trabalhos futuros

Por fim, o trabalho realizado por esta pesquisa permitiu identificar alguns pontos de

evolução e trabalhos futuros. Esses trabalhos estão destacados nesta seção.

Primeiramente, com o objetivo de enriquecer o modelo de interoperabilidade de

negócios na gestão de eficiência energética, é necessário identificar um modelo de

referência de processos de negócio. Esse modelo de referência entra como modelo a

ser harmonizado e facilitará que outras empresas provedoras de serviços de gestão

de eficiência energética adotem o modelo especificado.

Outro ponto a ser trabalhado no futuro, diz respeito a especificação de outras vi-

sões, como a engenharia e a tecnologia. Isso traria maior abrangência ao modelo de

negócios.

É importante também evoluir o trabalho no sentido da implementação do que foi

especificado. A implementação do middleware e sua implantação no contexto social

trarão novos elementos a serem analisados.

Por fim, um aspecto importante e de grande notoriedade no mundo acadêmico diz

respeito à segurança. Evoluir o modelo de referência considerando as questões de

segurança e o contexto de IoT será um grande trabalho a ser desenvolvido.

101

REFERÊNCIAS

AL-JAROODI, J. et al. Distributed systems middleware architecture from a softwareengineering perspective. In: IEEE. Information Reuse and Integration, 2003. IRI2003. IEEE International Conference on. [S.l.], 2003. p. 572–579.

ALLIANCE, O. OpenADR 2.0 profile specification, A profile. 2017. Disponível em:<http://www.openadr.org/>.

ANDRÉN, F. P. et al. Engineering smart grids: Applying model-driven developmentfrom use case design to deployment. Energies, Multidisciplinary Digital PublishingInstitute, v. 10, n. 3, p. 374, 2017.

ASHTON, K. That ’Internet of Things’ thing. 2009. Disponível em: <http://www.rfidjournal.com/articles/view/4986>.

ATZORI, L. et al. The internet of things: A survey. Computer Network, v. 54, n. 15, p.2787–2805, June 2010.

BANDYOPADHYAY, S. et al. Role of middleware for internet of things: A study.International Journal of Computer Science and Engineering Survey, v. 2, n. 3, p.94–105, 2011.

BAO, J. et al. OWL 2 Web Ontology Language. [S.l.], 2012. Disponível em:<https://www.w3.org/TR/2012/REC-owl2-quick-reference-20121211/>.

BELLAGENTE, P. et al. Adopting iot framework for energy management of smartbuilding: A real test case. In: IEEE. Research and Technologies for Society andIndustry Leveraging a better tomorrow (RTSI), 2015 IEEE 1st International Forumon. [S.l.], 2015. p. 138–143.

BERNERS-LEEA, T.; CONNOLLY, D. Hypertext Markup Language - 2.0. [S.l.], 1995.Disponível em: <https://tools.ietf.org/html/rfc1866>.

BLUMSACK, S.; FERNANDEZ, A. Ready or not, here comes the smart grid! Energy,v. 37, n. 1, p. 61–68, 2012.

BRAY, T. et al. Extensible Markup Language (XML) 1.0. [S.l.], 2008. Disponível em:<https://www.w3.org/TR/REC-xml/>.

CARREZ, F. et al. Final architectural reference model for the iot v3. 0, internetof things-architecture iot-a ec project. Internet of Things - Architecture ProjectConsortium, Internet of Things - Architecture, D1.5, p. 482, July 2013. Disponível em:<http://www.iot-a.eu/public/public-documents/d1.5/view>.

CEN. European Committee for Standardization. 2017. Disponível em: <https://www.cen.eu/Pages/default.aspx>.

http://www.openadr.org/

http://www.rfidjournal.com/articles/view/4986

http://www.rfidjournal.com/articles/view/4986

https://www.w3.org/TR/2012/REC-owl2-quick-reference-20121211/

https://tools.ietf.org/html/rfc1866

https://www.w3.org/TR/REC-xml/

http://www.iot-a.eu/public/public-documents/d1.5/view

https://www.cen.eu/Pages/default.aspx

https://www.cen.eu/Pages/default.aspx

102

CEN-CENELEC-ETSI. Smart Grid Reference Architecture - Group First set ofstandards. [S.l.], 2012.

. Smart Grid Reference Architecture - Smart Grid Architecture ModelFramework. [S.l.], 2012.

. Mandate M/490. 2017. Disponível em: <http://ec.europa.eu/growth/tools-databases/mandates/index.cfm?fuseaction=search.detail&id=475>.

CENELEC. European Committee for Eletrotecnichal Standardization. 2017.Disponível em: <https://www.cenelec.eu/>.

EICHINGER, F. et al. Data analysis challenges in the future energy domain.Computational Intelligent Data Analysis for Sustainable Development, p.181–242, 2012.

EMMERICH, W. Software engineering and middleware: a roadmap. In: ACM.Proceedings of the Conference on the Future of Software Engineering. [S.l.],2000. p. 117–129.

ETSI. European Telecommunication Standard Institute. 2017. Disponível em:<http://www.etsi.org/>.

FP7. Seventh Framework Programme for Research and TechnologicalDevelopment. 2016. Disponível em: <https://ec.europa.eu/research/fp7/>.

GREGORATTI, D.; MATAMOROS, J. Distributed energy trading: The multiple-microgrid case. IEEE Transactions on Industrial Electronics, v. 62, n. 4, p.2551–2559, April 2015.

GRIDWISE, A. C. Gridwise interoperability context-setting framework. Smart GridsInteroperability, p. 1 – 52, 2008.

GUDGIN, M. et al. SOAP Version 1.2. [S.l.], 2007. Disponível em: <https://www.w3.org/TR/soap12/>.

IEC. Energy management system application program interface (EMS-API). [S.l.],2005. Disponível em: <https://webstore.iec.ch/publication/6208>.

. IEC 61850 - Communication networks and systems for power utilityautomation. [S.l.], 2016. Disponível em: <https://webstore.iec.ch/publication/6028>.

. Smart grid standards map. 2017. Disponível em: <http://smartgridstandardsmap.com/>.

IEEE-SA. Internet of things ecosystem study. [S.l.], 2015.

http://ec.europa.eu/growth/tools-databases/mandates/index.cfm?fuseaction=search.detail&id=475

http://ec.europa.eu/growth/tools-databases/mandates/index.cfm?fuseaction=search.detail&id=475

https://www.cenelec.eu/

http://www.etsi.org/

https://ec.europa.eu/research/fp7/

https://www.w3.org/TR/soap12/

https://www.w3.org/TR/soap12/

https://webstore.iec.ch/publication/6208

https://webstore.iec.ch/publication/6028

http://smartgridstandardsmap.com/

http://smartgridstandardsmap.com/

103

ISO/IEC. ISO/IEC 10746-1, 2, 3, 4| ITU-T Recommendation X. 901. 2009.

ISSARNY, V. et al. A perspective on the future of middleware-based softwareengineering. In: IEEE COMPUTER SOCIETY. 2007 Future of Software Engineering.[S.l.], 2007. p. 244–258.

ITU. Itu internet reports 2005: The internet of things. Geneva: InternationalTelecommunication Union (ITU), ITU, 2005.

LI, S. et al. The internet of things: a survey. Information Systems Frontiers, v. 17,n. 2, p. 243–259, April 2015.

LININGTON, P. F. et al. Building enterprise systems with ODP: an introduction toopen distributed processing. [S.l.]: CRC Press, 2011.

MAHIEUX, C.; OUDALOV, A. Microgrids enter the mainstream. Renewable EnergyFocus, v. 17, n. 2, p. 70–72, April 2016.

NIST. National Institute of Standards and Technology. 2017. Disponível em:<https://www.nist.gov/>.

OKUNO, Y. et al. Xmpp-based energy management system architecture forcommunications systems. In: IEEE. Telecommunications Energy Conference(INTELEC), 2015 IEEE International. [S.l.], 2015. p. 1–6.

OŻADOWICZ, A.; GRELA, J. An event-driven building energy management systemenabling active demand side management. In: IEEE. Event-based Control,Communication, and Signal Processing (EBCCSP), 2016 Second InternationalConference on. [S.l.], 2016. p. 1–8.

PARAG, Y.; SOVACOOL, B. K. Electricity market design for the prosumer era. NatureEnergy, v. 1, n. 16032, 2016.

PARDO, C. et al. A process for driving the harmonization of models. In: ACM.Proceedings of the 11th International Conference on Product Focused Software.[S.l.], 2010. p. 51–54.

. An ontology for the harmonization of multiple standards and models. ComputerStandards and Interfaces, v. 34, n. 1, p. 48–59, 2012.

PARLANTI, D. et al. A scalable grid and service-oriented middleware for distributedheterogeneous data and system integration in context-awareness-oriented domains.In: SPRINGER. The Internet of Things. [S.l.], 2010. p. 109–118.

PLUMMER, D. C. An Ethernet Address Resolution Protocol. [S.l.], 1982. Disponívelem: <https://www.ietf.org/rfc/rfc826.txt>.

https://www.nist.gov/

https://www.ietf.org/rfc/rfc826.txt

104

POSTEL, J. Internet protocol (IP). [S.l.], 1981. Disponível em: <https://tools.ietf.org/html/rfc791>.

. Transport control protocol (TCP). [S.l.], 1981. Disponível em: <https://tools.ietf.org/html/rfc793>.

POSTEL, J.; REYNOLDS, J. File transfer protocol (FTP). [S.l.], 1985. Disponível em:<https://tools.ietf.org/html/rfc959>.

PUTNAM, J. R. Architecting with RM-ODP. [S.l.]: Prentice-Hall, Englewood Cliffs.isbn 0-13-019116-7, 2000.

RAZZAQUE, M. A. et al. Middleware for internet of things: A survey. IEEE Internet ofThings Journal, v. 3, n. 1, p. 70–95, February 2016.

RIVERA, J.; MEULEN, R. van der. Gartner says the internet of things installed base willgrow to 26 billion units by 2020. Stamford, conn., December, v. 12, 2013. Disponívelem: <http://www.gartner.com/newsroom/id/2636073>.

ROWLEY, J. The wisdom hierarchy: representations of the dikw hierarchy.Journal of information science, v. 33, n. 2, p. 163–180, 2007. Disponível em:<http://journals.sagepub.com/doi/abs/10.1177/0165551506070706>.

SAINT-ANDRE, P. Extensible messaging and presence protocol (XMPP): Core.2017. Disponível em: <https://xmpp.org/>.

SANTO, K. G. D. et al. A review on smart grids and experiences in brazil. Renewableand Sustainable Energy Reviews, Elsevier BV, v. 52, p. 1072–1082, Dec 2015. ISSN1364-0321. Disponível em: <http://dx.doi.org/10.1016/j.rser.2015.07.182>.

SHAMSZAMAN, Z. U. et al. Woo based user centric energy management systemin the internet of things. In: IEEE. The International Conference on InformationNetworking 2014 (ICOIN2014). [S.l.], 2014. p. 475–480.

SILVA, J. R. et al. Prisma: A publish-subscribe and resource-oriented middleware forwireless sensor networks. In: Proceedings of the Tenth Advanced InternationalConference on Telecommunications, Paris, France. [S.l.: s.n.], 2014. v. 2024, p.87–97.

TOLMASQUIM, M. T. et al. Nota técnica 13/15 - Demanda de energia 2050. [S.l.],2016.

TUBALLA, M. L.; ABUNDO, M. L. A review of the development of smart gridtechnologies. Renewable and Sustainable Energy Reviews, v. 59, p. 710–725,2016.






http://www.gartner.com/newsroom/id/2636073

http://journals.sagepub.com/doi/abs/10.1177/0165551506070706

https://xmpp.org/

http://dx.doi.org/10.1016/j.rser.2015.07.182

105

UYSAL, M. P. Towards a software engineering research framework: Extending designscience research. International Research Journal of Engineering and Technology(IRJET), v. 03, n. 02, p. 22–26, Fevereiro 2016.

VERMESAN, O.; FRIESS, P. Digitising the Industry-Internet of Things Connectingthe Physical, Digital and Virtual Worlds. River Publishers, 2016. 364 p. Disponívelem: <http://www.internet-of-things-research.eu/pdf/Digitising_the_Industry_IoT_IERC_2016_Cluster_eBook_978-87-93379-82-4_P_Web.pdf>.

VERSMESAN, O.; FRIESS, P. (Ed.). Building the Hyperconnected Society: IoTResearch and Innovation Value Chains, Ecosystems and Markets. [S.l.]: RiverPublishers, 2015. 331 p.

WIERINGA, R. J. Design Science Methodology for Infomation Systems andSoftware Engineering. 1. ed. [S.l.]: Springer, 2014. 332 p.

ZHENG, L. et al. Research of architecture and application of internet of things for smartgrid. In: IEEE. Computer Science & Service System (CSSS), 2012 InternationalConference on. [S.l.], 2012. p. 938–941.

ZIMMERMANN, H. Osi reference model–the iso model of architecture for opensystems interconnection. IEEE Transactions on communications, v. 28, n. 4, p.425–432, 1980.

http://www.internet-of-things-research.eu/pdf/Digitising_the_Industry_IoT_IERC_2016_Cluster_eBook_978-87-93379-82-4_P_Web.pdf

http://www.internet-of-things-research.eu/pdf/Digitising_the_Industry_IoT_IERC_2016_Cluster_eBook_978-87-93379-82-4_P_Web.pdf

107

ANEXO A – COMPARAÇÃO DOS ELEMENTOS DOS MODELOS DE

REFERÊNCIA

Nesta seção estão os modelos intermediários especificados pelo autor. Estes mo-

delos representam o resultado da atividade de comparação da harmonização.

Na Figura 37 está ilustrado a comparação enter os elementos do grupo de domínio

dos modelos de referência. Como os elementos não possuem prefixos, nõa foi cons-

tado nenhuma similaridade entre esses elementos.

108

Figura37

–Resultado

dacomparaçãona

homogeneizaçãodosmodelos

dogrupode

dominio

Fonte:Elaborado

peloautor

109

Na Figura 38 está ilustrado a comparação enter os elementos do grupo funcional

dos modelos de referência. É possível notar os prefixos em comuns entre alguns ele-

mentos denotando a similaridade entre esses elementos. Elementos que não possuem

prefixos são os elementos sem similaridade com quaisquer outros elementos.

110

Figura38

–Resultado

dacomparaçãona


dogrupofuncional

Fonte:Elaborado

peloautor

111

Na Figura 39 está ilustrado a comparação enter os elementos do grupo de informa-

ção dos modelos de referência. É possível notar os prefixos em comuns entre alguns

elementos denotando a similaridade entre esses elementos. Elementos que não pos-

suem prefixos são os elementos sem similaridade com quaisquer outros elementos.

112

Figura39

–Resultado

dacomparaçãona


dogrupode

informacao

Fonte:Elaborado

peloautor

Documents

Especificação de modelo de interoperabilidade de negócios