Estudos sobre IoT

Estudos sobre Internet das Coisas (IoT- Internet of Things)

Estudos e experimentações sobre Internet das Coisas realizadas durante o Estágio de Pós-Doutorado na Pós Graduação em Automação e Sistemas da UFSC, por Evandro.cantu (2020).

Estudos sobre Internet das Coisas

Livros:

Repensando a Internet das Coisas

Página Wiki com síntese de algumas ideias do Livro (Costa, 2013)

Internet das Coisas do exagero a realidade

Página Wiki com síntese de algumas ideias do livro (Rayes and Salam, 2019) .

Internet das Coisas sem mistério

Página Wiki com síntese do Livro (DIAS, 2016) .

Internet das Coisas em cinco dias

Página Wiki com síntese de algumas ideias do Livro (Colina etall, 2016) , disponível online.

Padronização

ITU-T Y.4115 - Reference architecture for IoT device capability exposure

A recomendação ITU-T Y.4115 especifica uma arquitetura de referência para os dispositivos denominados IoT DCE (IoT device capability exposure), como smartphones, tablets e home gateways, os quais oferecem suporte a aplicações para acessar capacidades de dispositivos de IoT conectados a estes DCEs.

Dispositivos de IoT de uso pessoal, como por exemplo relógios, óculos, capacetes e outros dispositivos vestíveis, geralmente são controlados por dispositivos como smartphones, que neste contexto funcionam como dispositivos IoT DCE, provendo middleware entre as aplicações e os dispositivos de IoT. O IoT DCE dinamicamente faz a descoberta, conecta-se e acessa os dispositivos de IoT na sua rede local de alcance. Além disto, subscreve e acessa as capacidades dos dispositivos conectados e as expõe às aplicações através de interfaces padronizadas por esta norma.

Redes de Comunicação para Internet das Coisas

Camada Enlace

LLN (low-power and lossy networks)

Muitos desenvolvimentos em IoT utilizam tecnologias de enlace desenvolvidas para dispositivos com limitações de processamento, memória e energia, referidas como redes LLN (low-power and lossy networks). Fazem partes das redes LLN as tecnologias de enlace IEEE 802.15.4, Bluetooth, Low Power Wi-Fi, ou PLC (Power-Line Communication).

IEEE 802.15.4

Página Wiki sobre IEEE 802.15.4e Shield XBee para Arduino.

As redes padronizadas IEEE 802.15.4 estão focadas em soluções de comunicação sem fio com baixa taxa de transmissão e baixo consumo de energia, com destaque para a tecnologia Zigbee.

LoRa WAN

Página Wiki sobre LoRa WAN.

LoRa WAN (Long Range) é uma rede sem fio de baixa potência para longas distâncias, bastante utilizada para conectar dispositivos para Internet das Coisas.

WSN

WSN (Wireless Sensor Network), ou Redes de Sensores Sem Fio, são redes interligando sensores e outros dispositivos remotos dispersos espacialmente e são responsáveis com monitorar e eventualmente controlar as condições do ambiente. O hardware de cada sensor possui componentes para realizar o sensoreamento, capacidade de processamento e interface de comunicação.

Camada Rede

IPv6

Página Wiki sobre IPv6.

6LowPAN

Página Wiki sobre 6LowPAN

Adapta a camada rede da Internet, em particular para IPv6, para as limitações de tamanho do quadro impostas pelas redes LLN.

Time-Sensitive Networking

As redes TSN (Time-Sensitive Networking) foram desenvolvidas para aplicações industriais e de automação com requisistos estritos de tempo.

Camada Transporte

A Camada de Transporte da Internet tem a função de prover um canal de comunicação lógico fim a fim entre os processos de aplicação.

TCP

O TCP é um protocolo orientado a conexão com grande overhead e, portanto, nem sempre adequado para dispositivos com baixa capacidade de processamento e memória e limitações no consumo de energia.

UDP

O UDP é um protocolo sem conexão, ou best effort, com pequeno overhead, sendo, portanto, uma opção mais adequada para sistemas de Internet das Coisas.

Os exemplos de camadas de transporte seguras incluem a TLS (Transport Layer Security) sobre TCP e o DTLS (Datagram Transport Layer Security), que é baseado em UDP, e que pode ser utilizado opcionalmente para o transporte seguro de mensagens CoAP.

Camada Aplicação

CoAP

Página Wiki sobre CoAP.

O CoAP (Constrained Application Protocol) é uma alternativa mais leve ao HTTP, com alvo nos dispositivos limitados em termos de energia e comunicação (redes LLN). O CoAP usa UDP, ao invés do TCP usado pelo HTTP, reduzindo o overhead de mensagens ocasionado pela abertura e encerramento de uma conexão TCP.

MQTT

Página Wiki sobre protocolo MQTT

O MQTT (Message Queue Telemetry Transport) é um protocolo de mensagens para sensores e pequenos dispositivos móveis, baseado no modelo Publicador/Subscritor, ideal para aplicações de Internet das Coisas. O MQTT trabalha no topo da pilha de protocolos TCP/IP.

Laboratórios com tecnologias para Internet das Coisas

Mosquitto

Página Wiki sobre brocker Mosquitto.

O Mosquitto é um brocker MQTT open source, que pode ser utilizado desde computadores de placa única até servidores.

MQTT e Mosquitto: Analise do protocolo com Wireshark

Nesta página Wiki estão descritos experimentos visando a análise do protocolo MQTT e brocker Mosquitto utilizando captura de mensagens com Wireshark e uso de contêineres Docker para montagem dos cenários de teste.

MQTT e Arduino ou ESP

Nesta página Wiki estão descritos experimentos utilizando Arduíno ou ESP8266 e a biblioteca MQTT para comunicação com um brocker Mosquitto.

Tecnologias e Ferramentas para Internet das Coisas

Node-RED

Página Wiki sobre ferramenta de programação low code Node-RED.

O Node-RED é uma ferramenta de programação Low Code, voltada para Internet das Coisas, que permite interligar dispositivos físicos, ambientes de desenvolvimento de software e serviços em nuvem.

Cayenne

Página Wiki sobre a plataforma de programação Low Code orientada ao hardware Cayenne.

O Cayenne é uma plataforma de programação Low Code, orientada ao hardware, voltada para o desenvolvimento de sistemas para Internet das Coisas, a qual permite desenvolver aplicações Web ou Android para interagir com os dispositivos de hardware.

Computação em Nuvem

Computação em nuvem se refere a um modelo que provê acesso sobre demanda a recursos computacionais disponíveis através da rede Internet.

Categorias de serviços de computação em nuvem (Clould Computing)

• SaaS: Software como Serviço
• PaaS: Plataforma como Serviço
• IaaS: Infraestrutura como Serviço

Fog Computing

Refere-se a uma plataforma integrada de computação, armazenamento e serviços de rede que são altamente distribuídos e virtualizados. Esta plataforma pode ser estendida até a localidade dos dispositivos de IoT e gateways, trazendo serviços de computação próximo ao local onde são produzidos (p.ex. sensores) ou consumidos (p. ex. atuadores).

Docker

Página Wiki sobre contêineres Docker.

Docker é um Contêiner, que é uma unidade padronizada de software que permite aos desenvolvedores isolar suas aplicações do meio no qual vai rodar.

Alpine Linux

Distribuição Linux minimalista, simples e segura (Alpine: Small. Simple. Secure.), ideal para dispositivos embarcados com hardware reduzido.

Ver exemplo de uso de alpine no Docker.

Google Could IoT

O Google Cloud IoT é um conjunto completo de ferramentas para conectar, processar, armazenar e analisar dados no perímetro e na nuvem. A plataforma consiste em serviços em nuvem escalonáveis e totalmente gerenciados. Uma pilha de software integrada para computação no perímetro e no local com recursos de machine learning para todas as suas necessidades de IoT.

• Google Could PubSub

FireBase

O Firebase é uma plataforma de computação em nuvem para desenvolvimento de aplicativos para dispositivos móveis e para Web, mantida pela Google.

Firebase Realtime database

Implementa um banco de dados NoSQL que fornece as aplicações clientes atualizações em tempo real (“realtime” updates) quando os dados mudam na base de dados.

Operações básicas no banco de dados:

• set() - Salva dado em uma referência específica, substituindo o valor anterior.
• push() - Adiciona dado em uma lista de valores.
• once() - Lê dado de uma referência e acompanha qualquer mudança no mesmo.

Interação do Firebase com Node-RED

Ver Node-RED.

AWS

AWS é uma plataforma de serviços de computação em nuvem oferecida pela Amazon.com.

Uso do AWS para rodar Node-RED

Ver Node-RED.

Hardware para Internet das Coisas

Eletrônica de Interface com o Mundo Físico

Página Wiki com conceitos e laboratórios sobre eletrônica e sua aplicação na interface entre o mundo físico e o mundo digital.

Arduino

Página Wiki Arduíno com síntese sobre esta plataforma de hardware livre.

Curso e laboratórios:

• Curso: Arduino e Eletronica

ESP8266 e ESP32

Página Wiki ESP8266 e ESP32 com síntese sobre este microcontrolador que possui uma interface WiFi embutica.

Raspberry Pi

Página Wiki Raspberry Pi com síntese sobre esta plataforma de hardware.

Orange Pi

• https://www.embarcados.com.br/primeiros-passos-orange-pi-pc-plus-h3/

TinkerCAD

Emulador para Arduíno e circuitos eletrônicos.

Projetos envolvendo IoT

OpenHAB

O OpenHAB é um projeto aberto para apoiar usuários na automação residencial.

Open Energy Monitor

O Open Energy Monitor é um projeto open source para monitoramento de energia e explorar os campos de energias renováveis e com zero emissão de carbono.

Referências

Evandro.cantu (discussão) 10h19min de 25 de março de 2020 (-03)