Internet das Coisas (IoT)
História e evolução da Web · Arquitetura em camadas · Modelos de comunicação (RFC 7452) · Aplicações
Internet
Rede mundial que interconecta diversas redes de países, empresas e organizações. Suporta múltiplas aplicações e comunicação entre pessoas, empresas e objetos.
Evolução da Internet e Web
- Web 1.0: read only web, web do conhecimento, conexão entre pessoas, sem interatividade com os sites.
- Web 2.0: read-write web, web da comunicação, via de mão dupla, grande interatividade pelas plataformas (redes sociais).
- Web 3.0: cruzamento de dados: informações lidas por dispositivos, fornecendo informações semânticas; objetos interagem com pessoas e outros objetos.
Internet das Coisas (IoT): conecta "coisas" (objetos físicos com sensores, controle e comunicação), integra dispositivos com software embarcado e conectividade, e permite trocas inteligentes de informações como um sistema nervoso digital.
Histórico e Definições
Kevin Ashton é às vezes chamado de "Inventor da IoT", pois usou o termo pela primeira vez em 1999 para descrever um sistema em que a internet se conecta ao mundo físico por meio de sensores onipresentes.
- Termo IoT: criado em 1999, uso de RFID para logística.
- Definições recorrentes: presença de objetos inteligentes conectados, comunicação com base em padrões, autonomia e interoperabilidade.
- Referências: CASAGRAS, Atzori et al., Vermesan et al., Minerva et al.
"The Internet of Things has the potential to change the world, just as the Internet did. Maybe even more so."
"A Internet das coisas tem o potencial para mudar o mundo, bem como a internet fez. Talvez até mais."
Arquitetura em Camadas
A arquitetura em camadas na IoT organiza os componentes de sistemas IoT de maneira hierárquica, facilitando a integração, gerenciamento e segurança. Existem modelos com 3 e 5 camadas, dependendo do nível de detalhamento desejado.
3 Camadas (básica)
- Sensores/Atuadores
- Comunicação
- Aplicações
5 Camadas (expandida)
- Percepção
- Rede
- Gerenciamento de recursos
- Processamento
- Aplicação
Modelo de 3 Camadas
- Camada de Percepção (Perception Layer): responsável por coletar dados do ambiente físico. Inclui sensores, RFID, câmeras, atuadores etc. Interface entre o mundo real e o mundo digital.
- Camada de Rede (Network Layer): transmite os dados coletados para sistemas de processamento. Utiliza tecnologias como Wi-Fi, 4G/5G, ZigBee, LoRa etc. Pode incluir gateways e roteadores.
- Camada de Aplicação (Application Layer): processa e exibe os dados ao usuário final. Ex: dashboards, aplicativos móveis, sistemas de controle. Fornece serviços específicos conforme a aplicação (agro, saúde, indústria etc.).
Modelo de 5 Camadas
- Camada de Percepção: coleta de dados físicos com sensores e atuadores.
- Camada de Rede: transmissão dos dados para camadas superiores.
- Camada de Processamento (Processing Layer): processamento local ou na nuvem (edge, fog ou cloud computing); agrega, filtra e analisa os dados recebidos com resposta rápida.
- Camada de Serviço (Service Layer): gerencia os serviços oferecidos pelo sistema IoT, abstrai a lógica de negócio e direciona os dados para os aplicativos corretos. Middleware e APIs estão presentes aqui.
- Camada de Aplicação: interface com o usuário, exibe os resultados processados, adapta-se ao domínio de aplicação (smart home, saúde, cidades inteligentes etc.).
Comparativo rápido
| Camada | 3 Camadas | 5 Camadas |
|---|---|---|
| Percepção | ✓ | ✓ |
| Rede | ✓ | ✓ |
| Processamento | ✗ | ✓ |
| Serviço | ✗ | ✓ |
| Aplicação | ✓ | ✓ |
Modelos de Comunicação IoT (RFC 7452)
A RFC 7452 descreve os principais modelos de comunicação usados em aplicações de IoT, considerando os desafios de dispositivos com recursos limitados. Esses modelos ajudam a guiar o projeto de sistemas eficientes e interoperáveis.
1. Dispositivo para Dispositivo (Device-to-Device: D2D)
Comunicação direta entre dois dispositivos IoT. Pode usar protocolos como CoAP ou MQTT. Exemplo: um sensor de movimento aciona diretamente uma lâmpada inteligente.
- Baixa latência.
- Sem necessidade de um servidor central.
- Desafiador em termos de segurança e descoberta de serviços.
2. Dispositivo para Servidor (Device-to-Server: D2S)
Dispositivos se comunicam com servidores na nuvem ou edge. Os dados são armazenados, processados ou analisados remotamente.
- Alta escalabilidade.
- Centralização do processamento.
- Ideal para análise de big data ou dashboards.
3. Servidor para Servidor (Server-to-Server: S2S)
Troca de dados entre servidores que coletam informações de diferentes dispositivos ou regiões. Exemplo: integração entre sistemas de uma cidade inteligente (trânsito e energia).
- Integração de sistemas diversos.
- Escalável e flexível.
- Pode usar REST, HTTP, CoAP etc.
4. Dispositivo para Interface do Usuário (Device-to-User Interface)
Dispositivo envia dados diretamente a um cliente (aplicativo móvel, navegador etc.), interface humana com o sistema IoT.
- Foco na interação com o usuário.
- Pode ocorrer via web, apps móveis ou painéis embarcados.
- Exemplo: sensor envia notificação para app de smartphone.
Considerações da RFC 7452
- Eficiência de rede: essencial para dispositivos com pouca energia e largura de banda.
- Escalabilidade: arquiteturas devem crescer conforme o número de dispositivos aumenta.
- Segurança e privacidade: fundamentais em qualquer modelo de comunicação.
- Descoberta de serviços: dispositivos devem ser capazes de encontrar e se conectar com outros facilmente.
Protocolos típicos em IoT
| Protocolo | Uso típico | Modelo comum |
|---|---|---|
| CoAP | Comunicação leve (REST) | D2D, D2S |
| MQTT | Publish/Subscribe | D2S, S2S |
| HTTP/REST | Comunicação web | D2S, S2S, UI |
Aplicações de IoT
- Residências: segurança, climatização, sustentabilidade.
- Transporte: rastreamento, horários, detecção de falhas.
- Automóveis: direção autônoma, estacionamento automático.
- Agronegócio: monitoramento de clima, solo, rastreamento animal.
Limitações e desafios: segurança e privacidade, interoperabilidade, evolução tecnológica rápida, critérios para adoção.
Novos termos em IoT
- IoMT: Internet das Coisas Médicas / Multimídia / Militares
- IIoT: Industrial
- AIoT: Agricultura
- IoCT: Cidades
- IoFT: Finanças
- IoG: Bens
- IoV: Veículos
- IoE: Energia
Dado vs Informação: um número isolado (ex: 38) não é informação útil. Contextualizado ("38°C na pessoa X"), armazenado e comunicado, torna-se informação útil. Daí a necessidade de coleta, armazenamento e análise.
Referências
AHMAD FAIZAR. Evolution of Web: Web 1.0, Web 2.0, Web 3.0. Disponível em: http://ahmadfaizar.blogspot.com/2018/08/evolution-of-web-web-10-web-20-web-30.html.
GIGANET. A Brief History of the Internet. Disponível em: https://www.giganet.uk/2022/03/18/a-brief-history-of-the-internet/.
PRASAD, Anand R.; BUFORD, John F. Future Internet Services and Service Architectures. 2011.
BOTTA, A.; DE DONATO, W.; PERSICO, V.; et al. Integration of Cloud computing and Internet of Things. Future Generation Computer Systems, 2016, 56(C): 684-700.
CHIANG, M.; ZHANG, T. Fog and IoT: An Overview of Research Opportunities. IEEE Internet of Things Journal, 2016, 3: 854-864.
WATERS, Ira. Introduction to Cloud Computing. University of Waterloo.
VENKATASUBRAMANIAN, Nalini. Cloud Computing. University of California.
RIZZARDI, Giovani. PPGCA, UPF. Slides da disciplina de estágio de docência. 2018.
CYBER SECURITY BRAZIL. "SaaS está morto", declara CEO da Microsoft. Disponível em: https://www.cybersecbrazil.com.br/post/saas-está-morto-declara-ceo-da-microsoft. Acesso em: 14 jan. 2025.
WEBER, T. S. Um roteiro para exploração dos conceitos básicos de tolerância a falhas. 2014. Disponível em: https://www.researchgate.net/publication/228681453_Um_roteiro_para_exploracao_dos_conceitos_basicos_de_tolerancia_a_falhas.
WEISER, Mark. The Computer for the 21st Century. SIGMOBILE Mob. Comput. Commun. Rev., 1999, p. 3-11. Disponível em: https://dl.acm.org/doi/pdf/10.1145/329124.329126.
BDC NETWORK. Taking Full Advantage of Smart Building Technology. Disponível em: https://www.bdcnetwork.com/video/taking-full-advantage-smart-building-technology. Acesso em: 1 fev. 2025.
BRAINVIRE. The Future of Mobile Computing. Disponível em: https://www.brainvire.com/The-future-of-mobile-computing/. Acesso em: 1 fev. 2025.
NORTON. DDoS Attacks. Disponível em: https://us.norton.com/blog/emerging-threats/ddos-attacks. Acesso em: 1 fev. 2025.
SKETCHPLANATIONS. The Two Generals' Problem. Disponível em: https://sketchplanations.com/the-two-generals-problem. Acesso em: 1 fev. 2025.
FORTINET. What is a Proxy Server? Definition, Uses & More. Gorilla Cyber Glossary. Disponível em: https://www.fortinet.com/resources/cyberglossary/proxy-server. Acesso em: 12 ago. 2025.
UNIVERSITY OF ILLINOIS. Viable Solutions (seção "Deadlock") no curso CS 341: System Programming, Coursebook. Disponível em: https://cs341.cs.illinois.edu/coursebook/Deadlock#viable-solutions.
COFFMAN, Edward G.; ELPHICK, Melanie; SHOSHANI, Arie. System deadlocks. ACM Computing Surveys (CSUR), v. 3, n. 2, p. 67-78, 1971. DOI: 10.1145/356586.356588.
DIJKSTRA, Edsger W. Hierarchical ordering of sequential processes. Disponível em: http://www.cs.utexas.edu/users/EWD/ewd03xx/EWD310.PDF. Acesso em: 7 set. 2025.
CANONICAL. Containerization vs. Virtualization. Disponível em: https://ubuntu.com/blog/containerization-vs-virtualization. Acesso em: 1 fev. 2025.
Material adaptado do Professor Marcelo Trindade Rebonatto.