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=Redes de Comunicação para IoT=

==Conceitos sobre Internet das Coisas==

A ideia principal da '''Internet das Coisas''' (IoT)  é conectar '''coisas''' (sensores, atuadores, dispositivos, máquinas, pessoas etc) e realizar o armazenamento e processamento de dados na nuvem da Internet para fins de monitoramento e controle. 

Os '''requisitos fundamentais''' para monitorar coisas em qualquer lugar do mundo são <ref name=FromHypeToReality>Ammar Rayes & Samer Salam. [[Media:InternetOfThingsFromHypeToReality.pdf|Internet of Things From Hype to Reality]]: The Road to Digitization, Springer, 2019.</ref>: 
*'''identificação única''' para as coisas; 
*habilidade de '''sensoriamento''' (ou '''atuação''') de alguma informação sobre as coisas;
*habilidade de '''comunicação''' entre as coisas e a Internet;
*habilidade de '''controle e gerenciamento''' das coisas.

===Identificação única para as coisas===

Muitas aplicações de IoT utilizam identificação dos objetos usando '''RFID''' (''Radio Frequency Identification''), a qual permite identificar objetos a partir de informações gravadas em uma ''tag''. A ''tag'' é formada por um microchip com informações gravadas e uma antena para receber e transmitir sinal. O leitor lê as informações gravadas na ''tag'' por meio de um rádio transmissor e receptor e passa para um programa para análise do código RFID.

Para dispositivos conectados à '''Internet''' a identificação única pode também ser realizada por um '''endereço IP''', entretanto, isto pode trazer limitações em função da versão do protocolo IP utilizado.

==Uma Arquitetura para Internet das Coisas==

Com o intuito de conectar coisas, poderíamos pensar numa arquitetura em camadas como ilustrado na figura:

[[Arquivo:Arquitetura-IoT.png]]  (adaptado de <ref name=FromHypeToReality/>)

Proposta de arquitetura em quatro camadas para Internet das coisas: 
#Na primeira camada desta arquitetura estariam os '''dispositivos sensores e atuadores''' transmitindo (ou recebendo) pequenas mensagens de dados diretamente ou até gateways conectados a Internet. 
#A segunda camada seria a camada de '''conectividade em rede para Internet das Coisas''', transportando dados entre os dispositivos e a nuvem da Internet. A conectividade em rede pode envolver subsistema de '''computação em névoa''', com processamento descentralizado entre dispositivos próximos.
#A terceira camada seria uma '''plataforma de serviços para Internet das Coisas''', comumente hospedada na nuvem da Internet, conectando as coisas com as aplicações e provendo mecanismos e ferramentas para gerenciamento e tratamento das informações. Esta plataforma pode também utilizar dados de outras fontes ou sistemas para complementar as informações coletadas pelos sensores.
#A quarta camada seria a '''camada de aplicação''', dedicada a uma aplicação específica, para operar e fornecer a '''interface usuário''' a um '''sistema de Internet das Coisas'''.

==Arquitetura Internet==
As '''aplicações Web''' que conhecemos são suportadas pela '''[[Arquitetura Internet|arquitetura Internet]]''' com quatro camadas de protocolos:
*'''Camada de enlace/física''', responsável pela comunicação entre computadores diretamente conectados através de um enlace, normalmente implementada numa interface de rede, como nas redes locais '''Ethernet''' ou '''Wifi'''. 
*'''Camada de rede''', cujo principal componente é o protocolo '''IP'''. 
*'''Camada de transporte''', com os protocolos '''TCP''' e '''UDP'''. 
*'''Camada de aplicação''', cada qual com seu protocolo específico, como por exemplo o protocolo '''HTTP''' da aplicação Web. 

===Limitações da  arquitetura Internet para Internet das Coisas===
*Na Internet das Coisas muitos '''dispositivos sensores e atuadores''' são '''restritos em termos de processamento, memória e consumo de energia''', o que limita a capacidade de implementar a pilha completa dos protocolos da Internet em cada dispositivo <ref name=Costa>Francis da Costa. [[Media:Rethinking-Internet-Of-Things-Book.pdf|Rethinking Internet of Things]]: A scalable approach to connecting everything. Apress Open, 2013.</ref>. 
*O '''modelo cliente/servidor''', comumente utilizado na Web, não é apropriado para as aplicações de Internet das Coisas.  Na Internet das Coisas os dados fluem em um sentido, dos sensores para a Internet, ou em sentido contrário no caso de atuadores. Além disto, podemos ter múltiplos sensores e também múltiplas aplicações com interesse na informação dos sensores. Portanto, o modelo de comunicação mais apropriado para este tipo de aplicação é o '''modelo publicador/subscritor''', como no protocolo '''[[MQTT]]'''.

==Protocolos de Comunicação para IoT==

===Camada de Enlace para sensores e atuadores===

Os '''dispositivos sensores e atuadores''' geralmente são '''restritos em termos de processamento, memória e consumo de energia'''. Portanto, dependendo da aplicação e do ambiente onde ficará localizado o sensor ou atuador, diferentes tecnologias de enlace podem ser utilizadas, como:
*'''Ethernet''' ou '''Wifi''', para ambientes internos e dispositivos com boa capacidade de processamento e provimento de energia;
*'''Bluetooth''' ou '''Bluetooth Low Energy''' ('''BLE'''), para curtas distâncias e baixa taxa de transmissão;
*'''[[LoRa WAN]]''' (''Long Range – Wide Area Networks''), para ambientes externos e longas distâncias, como nas aplicações de agricultura<ref name=Costa/> <ref name=IoT5days>Antonio Liñán Colina, Alvaro Vives, Marco Zennaro, Antoine Bagula, Ermanno Pietrosemoli.[https://archive.org/details/IoT5days Internet of Things in Five Days], Internet Archive, 2016. </ref>;
*'''[[IEEE 802.15.4]]''', como as redes '''Zigbee''', para ambientes industriais <ref name=Costa/> <ref name=IoT5days/>.

===Camada Rede para IoT===

Para dispositivos conectados à '''Internet''' um '''endereço IP''' pode ser utilizado como '''identificação única''' dos objetos , entretanto, isto pode trazer limitações em função da versão do protocolo IP utilizado:
*'''[[Enderecamento IP|IPv4]]''', atualmente em uso na Internet, tem limitações em função do número de endereços disponíveis;
*'''[[IPv6]]''', possui endereçamento suficiente para os bilhões, ou mais, de dispositivos de IoT, entretanto ainda não está complemente operacional.

Para '''dispositivos com hardware limitado''' que necessitem de um endereço '''IPv6''' e que utilizam enlaces '''IEEE 802.15.4''', foi desenvolvido o padrão '''[[6LowPAN]]''' <ref name=IoT5days/>que adapta o IPv6 para as limitações de tamanho do quadro impostas pelo quadro do enlace utilizado.

'''Dispositivos com hardware limitado''', que não necessitem de um endereço IP exclusivo, podem enviar seus  dados a um '''''gateway''''' intermediário, que por sua vez encaminha as informações a nuvem da Internet. Neste caso, os dispositivos são identificados por seus respectivos ''gateways'' na Internet. Além disto, '''''gateways'' remotos''' podem utilizar as redes de '''telefonia móvel''', como '''4G''' e '''5G''', como conexão com a Internet.

===Camada de Transporte para Internet das Coisas===

A camada de transporte da Internet é baseada nos protocolos '''[[Protocolo TCP|TCP]]''' e '''[[Protocolo UDP|UDP]]'''. 

O '''TCP''' é o principal protocolo utilizado na Web. É um protocolo '''orientado a conexão''', que utiliza '''reconhecimentos e retransmissões''' para oferecer um serviço de transmissão garantida de informações. Estas características do TCP não são adequadas para a comunicação entre os dispositivos de IoT. Por exemplo, para um sensor que envia periodicamente dados de uma grandeza medida, a perda de um dado pode não ser crítica, uma vez que a informação é redundante em função do número de medidas realizadas.

Portanto, na '''Internet das Coisas''', a comunicação entre dispositivos pode ser mais eficiente com o uso do protocolo '''UDP'''. Uma mensagem transmitida pelo protocolo UDP é simplesmente enviada. Não há reconhecimentos ou retransmissões.

===Camada Aplicação para Internet das Coisas===

O modelo '''cliente/servidor''' utilizado pelas aplicações '''Web''' não é apropriado para as aplicações de IoT.  

Para aplicações de IoT o modelo de comunicação mais apropriado é o '''publicador/subscritor''', como utilizado no protocolo '''[[MQTT]]''' (''Message Queue Telemetry Transport'').

Por outro lado, caso seja necessária uma comunicação direta com um dispositivo de IoT utilizando o modelo '''cliente/servidor''', um protocolo alternativo é o '''[[CoAP]]''' (''Constrained Application Protocol''), o qual é uma '''alternativa mais leve''' ao '''HTTP''', com alvo nos dispositivos limitados em termos de energia e interface de comunicação. O '''CoAP''' usa '''UDP''', ao invés do '''TCP''', reduzindo o ''overhead'' de mensagens ocasionado pela abertura e encerramento de uma conexão, assim como reconhecimentos e retransmissões.

===Síntese da arquitetura de redes para IoT===
[[Arquivo:Arquitetura_Redes_IoT.png]]

==Referências==
<references />

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[[Usuário:Evandro.cantu|Evandro.cantu]] ([[Usuário Discussão:Evandro.cantu|discussão]]) 17h29min de 24 de janeiro de 2022 (-03)
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[[Categoria:IoT]] [[Categoria:Redes de Computadores]]