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) [1]
Internet das Coisas do exagero a realidade
Página Wiki com síntese de algumas ideias do livro (Rayes and Salam, 2019) [2].
Internet das Coisas em cinco dias
Página Wiki com síntese de algumas ideias do Livro (Colina etall, 2016) [3], disponível online.
Internet das Coisas sem mistério
Página Wiki com síntese do Livro (DIAS, 2016) [4].
Artigos sobre Internet das Coisas e Padronização
Laboratórios com tecnologias para Internet das Coisas
MQTT
Página Wiki sobre protocolo MQTT
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.
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.
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.
Arduíno
Página Wiki com síntese sobre esta plataforma de hardware livre Arduíno.
Curso e laboratórios:
ESP8266 e ESP32
Página Wiki com síntese sobre os microcontroladores ESP8266 e ESP32 que possuem interface WiFi embutida.
Raspberry Pi
Página Wiki com síntese sobre esta plataforma de hardware Raspberry Pi.
Simuladores de Hardware e outras ferramentas
TinkerCAD
Emulador para Arduíno e circuitos eletrônicos que funciona a partir de um navegador Web.
SimulIDE
Simulador para Arduíno e circuitos eletrônicos.
KICAD
Editor de diagramas esquemáticos para circuitos eletrônicos e geração de leiaute para placas de circuito impresso.
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 802.15.4 e 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.
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)
- IaaS (Infraestrutura como Serviço)
- Quando se contrata serviços em nuvem que envolvem uma capacidade de hardware, como processamento, memória e armazenamento, ou outros elementos como servidores, roteadores, racks, enlaces físicos, etc.
- PaaS (Plataforma como Serviço)
- Quando se contrata um ambiente em nuvem no qual os usuários podem construir e fornecer aplicativos, sem se preocupar com a infraestrutura subjacente.
- SaaS (Software como Serviço)
- Quando se acessa um software na nuvem, como por exemplo serviços como Google Docs, Skype, Whatsapp, etc.
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.
Como afirma [2], os contêineres são fundamentais para implementar instâncias em sistemas de para cloud computing ou fog computing. Os contêineres são tecnologias de virtualização operando no nível do sistema operacional, incluindo somente a parte do sistema operacional e bibliotecas necessárias para rodar a aplicação desejada.
Sistemas Operacionais para dispositivos de IoT
Alpine Linux
Distribuição Linux minimalista, simples e segura (Alpine: Small. Simple. Secure.), ideal para dispositivos embarcados com hardware reduzido.
Ver exemplo de uso do Alpine no Docker.
Contiki
Sistema operacional dedicado a microprocessadores de baixo poder de processamento e memória, com foco nos dispositivos de IoT com comunicação sem fio e baixo consumo de energia. Suas principais características incluem métodos eficientes de alocação de memória e comunicação IP e baixo consumo de energia. Possui implementações dos protocolos CoAP e MQTT [3].
Ver exemplo de uso do Contiki 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.
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.
Digital Ocean
Digital Ocean é uma plataforma de serviços de computação em nuvem com vários produtos disponíveis, como máquinas virtuais, contêineres, banco de dados, plataformas para aplicações e outros.
Fiware
Fiware é uma plataforma open source voltada ao desenvolvimento de soluções inteligentes utilizando IoT.
Possui diferentes módulos para facilitar o desenvolvimento de aplicações, como por exemplo:
- Context Broker: permite contextualizar a informações recebidas de modo escalável e independente da fonte de informação através de uma API REST.
- IoT Agents: realizam a interação com os objetos uma vez que podem estar em ambientes heterogêneos e rodarem diferentes protocolos.
- Fiware Store: Banco de dados.
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
- ↑ Francis da Costa. Rethinking Internet of Things: A scalable approach to connecting everything. Apress Open, 2013.
- ↑ 2,0 2,1 Ammar Rayes & Samer Salam. Internet of Things From Hype to Reality: The Road to Digitization, Springer, 2019.
- ↑ 3,0 3,1 Antonio Liñán Colina, Alvaro Vives, Marco Zennaro, Antoine Bagula, Ermanno Pietrosemoli.Internet of Things in Five Days, Internet Archive, 2016.
- ↑ DIAS, Renata Rampim de Freitas,. Internet das Coisas sem mistérios: Uma nova inteligência para os negócios. São Paulo: Netpress Books, 2016.
- ↑ . Integração de ferramentas para IoT, Disciplina TISA – Técnicas de Implementação de Sistemas Automatizados, Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, UFSC, 2020.
Evandro.cantu (discussão) 10h19min de 25 de março de 2020 (-03)
