Internet Das Coisas Trabalho Acadmico

  • View
    1.563

  • Download
    5

Embed Size (px)

Text of Internet Das Coisas Trabalho Acadmico

  • Captulo

    1Internet das Coisas: da Teoria Prtica.

    Bruno P. Santos, Lucas A. M. Silva, Clayson S. F. S. Celes, Joo B. BorgesNeto, Bruna S. Peres, Marcos Augusto M. Vieira, Luiz Filipe M. Vieira,

    Olga proliferationN. Goussevskaia e Antonio A. F. Loureiro

    Departamento de Cincia da Computao Instituto de Cincias ExatasUniversidade Federal de Minas Gerais (UFMG) Belo Horizonte, MG Brasil

    {bruno.ps, lams, claysonceles, joaoborges, bperes, mmvieira, lfvieira,olga, loureiro}@dcc.ufmg.br

    Abstract

    The prospective scale of smart objects with capabilities of sensing, processing and com-munication has grown in recent years. In this scenario, the Internet of Things (IoT) isborn by empower smart objects to connect to the Internet and provides communicationwith users and devices. IoT enables a huge amount of new applications, with which aca-demics and industries can benefit, e.g., they can propose applications for smart cities,health care or automation. On the other hand, emerge several social, theoretical andpractical issues, e.g., we need efficient way to address and connect billions of smart ob-jects with the Internet. To answer these issues, we need to overcome some challenges likedealing with smart objects constraints (processing, memory and energy supply), limitedbandwidth and hardware dimension. Thus, we need to explore new communication pa-radigms, routing protocols, architecture designs for hardware and software. Besides thatquestions about IP addressing and adaptations need be answered to maintain interope-rability with Internet. On the side of IoT applications interesting issues rise up, e.g., howto collect, store, process and extract knowledge from information obtained from the smartobjects. In this sense, the goal of the chapter is describe the IoT state-of-the-art by usingtheoretical and practical approaches. Also, we explore challenges, research issues andtrends through of a IoT review.

  • Resumo

    A proliferao de objetos inteligentes com capacidade de monitoramento, proces-samento e comunicao tem sido crescente nos ltimos anos. Neste cenrio, a Internetdas Coisas (Internet of Things (IoT)) surge ao habilitar que estes objetos estejam conecta-dos Internet e promovam comunicao entre usurios e dispositivos. A IoT possibilitauma nova gama de aplicaes das quais tanto a academia quanto a industria podemse beneficiar, por exemplo, pode-se propor aplicaes para cidades inteligentes, sade,automao de ambientes, dentre outros. Por outro lado, emergem diversos desafios nombito social, terico e prtico, por exemplo, necessrio um modo eficiente para en-derear e conectar bilhes de objetos inteligentes. Para de responder a estas questes preciso entender e lidar com outros problemas tais como os restries sobre recursos dosobjetos inteligentes (processamento, memria e fonte de alimentao), limitada largurade banda e dimenso do hardware. Deste modo, se faz necessrio explorar novos para-digmas de comunicao, protocolos de roteamento, arquiteturas de hardware e software.Alm disso, as questes sobre o endereamento IP e adaptaes devem ser respondidas,para que seja possvel conectar os objetos Internet mantendo interoperabilidade. Noque tange aplicaes IoT, outras questes surgem, por exemplo, como coletar, armazenar,processar e extrair conhecimento de modo eficiente das informaes obtidas dos objetosinteligentes. Neste sentido, o objetivo deste captulo descrever o estado-da-arte da IoTaplicando uma abordagem terico e prtica. Alm disso, desafios, questes de pesquisae tendncia sobre IoT so abordados atravs de uma viso geral da rea.

    1.1. IntroduoA Internet das Coisas (do ingls Internet of Things (IoT)) emergiu dos avanos

    de vrias reas como sistemas embarcados, microeletrnica, comunicao e tecnologiade informaes. De fato, a IoT tem ganhado enfoque no cenrio acadmico e industrial,porque espera-se que seu impacto seja significante. Este captulo aborda a Internet dasCoisas atravs de uma perspectiva terica e prtica. O contedo aqui abordado exploraa estrutura, a organizao e os eventuais desafios e aplicaes da IoT. Nesta seo, seroconceituadas a IoT e os objetos inteligentes. Alm disso, so postos em evidncia aperspectiva histrica da Internet das Coisas e as motivaes que influenciam o aumentodos interesses, expectativas e pesquisas na rea. Logo em seguida, so introduzidos osblocos bsicos de construo da IoT. Para iniciar a discusso, ser levantada a seguintequesto: o que a Internet das Coisas?

    A Internet das Coisas, em poucas palavras, nada mais que uma extenso da In-ternet atual. Esta extenso feita ao proporcionar que objetos do dia-a-dia (quaisquerque sejam) se conectem Internet. A conexo com a rede mundial de computadoresviabilizar, primeiro, controlar remotamente os objetos e, segundo, permitir que os pr-prios objetos sejam acessados como provedores de servios. Estas novas habilidades, dosobjetos comuns, geram um grande nmero de oportunidades tanto no mbito acadmicoquanto no industrial. Todavia, estas possibilidades apresentam riscos e acarretam amplosdesafios tcnicos e sociais.

    A IoT tem alterado aos poucos o conceito de redes de computadores, neste sentido, possvel notar a evoluo do conceito ao longo do tempo como mostrado a seguir. Para

  • Tanenbaum [Tanenbaum 2002], Rede de Computadores um conjunto de computadoresautnomos interconectados por uma nica tecnologia. Entende-se que tal tecnologia deconexo pode ser de diferentes tipos (fios de cobre, fibra tica, ondas eletromagnticasou outras). Em 2011, Peterson definiu em [Peterson and Davie 2011] que a principalcaracterstica das Redes de Computadores a sua generalidade, isto , elas so construdassobre dispositivos de propsito geral e no so otimizadas para fins especficos tais comoas redes de telefonia e TV. J em [Kurose and Ross 2012], os autores argumentam que otermo Redes de Computadores comea a soar um tanto envelhecido devido grandequantidade de equipamentos e tecnologias no tradicionais que so usadas na Internet.

    Figura 1.1. Volume de pesquisas no Google sobre Wireless SensorNetworks e Internet of Things2.

    Os objetos inteligentes, definidos mais adiante, possuem papel fundamental naevoluo acima mencionada. Isto porque os objetos possuem capacidade de comunica-o e processamento aliados a sensores, os quais transformam a utilidade destes objetos.Atualmente, no s computadores convencionais esto conectados grande rede, comotambm uma grande heterogeneidade de equipamentos tais como TVs, Laptops, auto-mveis, smartphones, consoles de jogos, webcams e a lista aumenta a cada dia. Nestenovo cenrio, a pluralidade crescente e previses indicam que mais de 40 bilhes dedispositivos estaro conectados at 2020 [Forbes 2014]. Usando os recursos deses obje-tos ser possvel detectar seu contexto, control-lo, viabilizar troca de informaes unscom os outros, acessar servios da Internet e interagir com pessoas. Concomitantemente,uma gama de novas possibilidades de aplicaes surgem (ex: cidades inteligentes (SmartCities), sade (Healthcare), casas inteligentes (Smart Home)) e desafios emergem (re-gulamentaes, segurana, padronizaes). importante notar que um dos elementoscruciais para o sucesso da IoT encontra-se na padronizao das tecnologias. Isto permi-tir que a heterogeneidade de dispositivos conectados Internet cresa, tornando a IoTuma realidade. Tambm essencial frisar que nos ltimos meses e nos prximos anossero vivenciados os principais momentos da IoT, no que tange as definies dos blocosbsicos de construo da IoT.

    2Fonte: https://www.google.com/trends/

    https://www.google.com/trends/

  • Parafraseado os autores [Mattern and Floerkemeier 2010], ao utilizar a palavraInternet"no termo Internet of Things"como acima mencionado, pode-se fazer uma ana-logia com a Web nos dias de hoje, em que brevemente as coisas"tero habilidades decomunio umas com as outras, provero e usaro servios, provero dados e poderoreagir a eventos. Outra analogia, agora mais tcnica, que IoT vista como uma pilha deprotocolos utilizados nos objetos inteligentes.

    Na IoT, eventualmente, a unidade bsica de hardware apresentar ao menos umadas seguintes caractersticas [Ruiz et al. 2004, Loureiro et al. 2003]: i) unidade(s) de pro-cessamento; ii) unidade(s) de memria; iii) unidade(s) de comunicao e; iv) unidade(s)de sensor(es) ou atuador(es). Aos dispositivos com essas qualidades dado o nome de ob-jetos inteligentes (Smart Objects). Os objetos, ao estabelecerem comunicao com outrosdispositivos, manifestam o conceito de estarem em rede, como discutido anteriormente.

    1.1.1. Perspectiva histrica da IoT

    Kevin Ashton comentou, em junho de 2009 [Ashton 2009], que o termo Internetof Things foi primeiro utilizando em seu trabalho titulado I made at Procter & Gam-ble"em 1999. Na poca, a IoT era altamente relacionada ao uso da tecnologia RFID.Contudo, o termo ainda no era foco de grande nmero de pesquisas como pode ser vistona Figura 1.1. Por volta de 2005, o termo bastante procurado (tanto pela academia quandoindstria) e que apresenta relao com a IoT foi Redes de Sensores Sem Fio (RSSF) (doingls Wireless Sensor Networks (WSN)). Estas redes trazem avanos na automao re-sidencial e industrial [Kelly et al. 2013, Da Xu et al. 2014], bem como tcnicas para ex-plorar as diferentes limitaes dos dispositivos (ex: memria e energia), escalabilidade erobustez da rede [Loureiro et al. 2003]. Nos anos seguintes (entre 2008 e 2010), o termoInternet das Coisas ganhou popularidade rapidamente. Isto se deve ao amadurecimentodas RSSF e o crescimento das expectativas sobre a IoT. A Figura 1.1 mostra que em 2010,a buscas para IoT dispararam chegando a ultrapassar as pesquisas sobre RSSF.

    A IoT foi identificada como uma tecnologia emergente em 2012 por especialistas darea [Gartner 2015]. A Figura 1.2 apresenta uma maneira de representar o surgimento,adoo, maturidade e impacto de diversas tecnologias chamada de Hy