A Internet das Coisas é um conceito integrado de rápido desenvolvimento que inclui pesquisas nas áreas de ciência da computação, tecnologia de redes, microeletrônica e tecnologia de sensores. Esse paradigma representa a principal direção do desenvolvimento de tecnologias de rede no futuro e resolverá muitas das tarefas rotineiras da humanidade, desde medir indicadores ambientais até aumentar a eficiência da produção.

Neste artigo, vamos nos familiarizar com as definições básicas da Internet das Coisas e suas características, analisar a área e destacar os principais problemas e tarefas que impedem a implementação desse conceito.

O que é uma IoT?

A Internet das Coisas (IoT) é definida como um conceito no qual a maioria dos dispositivos utilizados pelas pessoas será equipada com microcontroladores para controle e interfaces de rede para transmissão e comunicação de dados digitais entre si. O grupo RFID define a IoT como uma rede mundial de instalações acessíveis, cujo endereçamento exclusivo é baseado em protocolos de comunicação padrão .

Podem ser distinguidas as seguintes áreas de uso da Internet das Coisas: indústria e produção; transporte e transporte; monitorização das condições técnicas das estruturas dos edifícios, qualidade do ar, ruído e consumo de energia; gestão de resíduos; dados inteligentes sobre estacionamento e engarrafamento; iluminação pública inteligente e uso doméstico.

Do ponto de vista técnico, a IoT não é uma tecnologia nova, mas uma combinação de ferramentas existentes que fornecem os seguintes recursos:

• comunicação e interação - os objetos podem criar uma conexão com os recursos da Internet ou entre si e atualizar seu estado. De importância primordial são as tecnologias sem fio, como GSM e UMTS, Wi-Fi, Bluetooth, ZigBee e outros padrões de rede sem fio atualmente desenvolvidos.
• capacidade de endereçamento - na Internet das Coisas Os objetos são distribuídos no espaço e devem ter endereçamento inequívoco.
• A identificação permite associar dados exclusivamente a um objeto específico e recuperá-los. Os padrões RFID e NFC são exemplos de tecnologias que podem até identificar objetos passivos que não possuem recursos energéticos embutidos.
• soando - dispositivos IoT coletam informações ambientais usando sensores, trocam ou alteram seu estado sob sua influência.
• processamento de informações embutido - os objetos podem ser equipados com um processador ou microcontrolador para análise instantânea e processamento de informações.
• localização - os dispositivos estão cientes de sua localização física, obtida através do uso de GPS ou de uma rede de comunicação móvel, além de beacons (por exemplo, leitores WLAN ou RFID com coordenadas conhecidas).

Os principais problemas e tarefas

O conceito de Internet das Coisas é abrangente e envolve a integração de áreas como hardware, redes e software. Como resultado, surge um grande número de problemas e tarefas que são tecnológicos e sócio-legais.

Arquitetura do sistema

O objetivo fundamental da IoT é o desenvolvimento e a seleção da arquitetura correta do sistema, pois todo o processo de desenvolvimento dependerá de decisões nos estágios iniciais da pesquisa. No momento, não há acordo específico sobre a arquitetura da IoT que seria aprovado e usado universalmente.

Os mais comuns são modelos de arquitetura de três e cinco níveis. O primeiro deles é básico e inclui o nível de percepção, rede e níveis de aplicação. Esse modelo define a idéia básica da IoT, mas não é detalhada o suficiente, o que é necessário para uma pesquisa mais aprofundada. Portanto, a literatura sugere arquiteturas com um grande número de níveis. Por exemplo, um modelo de cinco níveis, que inclui adicionalmente camadas de processamento e uma camada de transporte.

Outros exemplos são arquitetura nublada e nebulosa. Segundo os pesquisadores, recentemente surgiu uma tendência no desenvolvimento da computação em neblina, na qual sensores e gateways de rede realizam algumas das tarefas de processamento e análise de dados.

Misty e computação em nuvem são frequentemente usadas juntas, pois isso é necessário para o desempenho ideal dos aplicativos de IoT. Para implementar a computação vaga, um gateway pode ser construído entre as LANs e a nuvem. Aqui, é aplicada uma abordagem em vários níveis, que fornece as funções de monitoramento (controle da capacidade e recursos utilizados), pré-processamento (filtragem, processamento e análise de dados), armazenamento (replicação, distribuição e armazenamento de dados) e garantir a segurança dos dados (criptografia e garantir a integridade e confidencialidade dos dados) ) No momento, essa arquitetura é de maior interesse e, segundo os pesquisadores, é a mais promissora.

Potência do dispositivo

Uma tarefa importante da IoT é a fonte de alimentação de dispositivos que estão em constante movimento e não possuem uma fonte constante de energia. Em muitos casos, baterias e fontes de alimentação são problemáticas devido ao tamanho, peso e requisitos de manutenção. As esperanças de desenvolvedores e pesquisadores estão no futuro de processadores de baixa potência para sistemas embarcados que podem consumir significativamente menos energia. Existem sensores sem fio recarregáveis ​​que podem transmitir suas leituras a uma distância de vários metros. Como os sistemas RFID, eles recebem energia remotamente ou do próprio processo de medição, por exemplo, usando materiais piezoelétricos ou piroelétricos. Além disso, para reduzir os custos de energia, é necessário formar uma pilha de protocolos com a menor quantidade de dados transmitidos.

Daí as tarefas de desenvolver e escolher um padrão sem fio. Do ponto de vista dos custos de energia, tecnologias padrão como GSM, Wi-Fi e Bluetooth não são adequadas - elas possuem uma ampla largura de banda e usam uma quantidade de energia que não é aceitável para sistemas de IoT.

Para resolver esse problema, foram desenvolvidos padrões que atendem aos requisitos da Internet, por exemplo, IEEE 802.15.4, IEEE 802.11 de baixa potência, Bluetooth de baixa energia, 6LoWPAN, RFID, NFC, ZigBee, Sigfox, LoraWAN e outros protocolos para redes sem fio que usam pouco energia e compatível com os protocolos de transporte e camada de rede existentes.

Desenvolvimento de pilha de protocolo da Web

O desenvolvimento de uma pilha da Web para a IoT requer a construção competente de sua estrutura, que atenderá aos requisitos da infraestrutura de comunicação (compatibilidade com os padrões existentes) e aos requisitos da Internet das coisas. Exemplos de tais padrões são: no nível da apresentação - CoAP; camada de transporte - UDP; camada de rede - IPv6 / 6LoWPAN.

Esses padrões interagem com a infraestrutura de comunicação da mesma maneira que os protocolos de pilha ilimitados, mas a quantidade de dados transferidos é muito menor. Esse fato ajuda a reduzir a energia consumida pelos dispositivos IoT e a aumentar o tempo de operação.

Esquema de endereçamento de dispositivo

Os esquemas de endereçamento são um aspecto crítico em termos da exclusividade dos endereços atribuídos aos dispositivos de IoT, pois eles devem identificar exclusivamente outros dispositivos e trocar informações com eles. Os recursos mais importantes da criação de um endereço exclusivo são: sua singularidade, confiabilidade, estabilidade e escalabilidade.

O protocolo IPv4 existente e onipresente permite que apenas um grupo de dispositivos localizados em uma determinada área geográfica seja identificado, mas não tem a capacidade de alocar cada nó IoT individual. O IPv6 pode aliviar problemas de identificação de dispositivo, mas a heterogeneidade de nós sem fio, tipos de dados variáveis, operações simultâneas e mesclagem de dados de diferentes dispositivos agrava ainda mais o problema.

Escalabilidade de sistemas IoT

O próximo problema com a IoT é escalabilidade. De acordo com as estimativas da Cisco, em 2020, 50 bilhões de dispositivos serão conectados à nuvem e, segundo as estimativas do Gartner, 26 bilhões. A IoT tem um volume geral mais amplo que a Internet comum. Portanto, a escalabilidade do espaço da IoT será mais complexa do que com os aplicativos da Web convencionais. No entanto, a maioria dos dados recebidos pelos dispositivos IoT pode ou deve ser processada localmente e descartada imediatamente.

Qualidade de serviço garantida (QoS)

Os usuários da Web permitem latência variável para serviços da Web convencionais, mas a inacessibilidade temporária de sensores ou atuadores de IoT afetará diretamente o mundo físico. É necessária uma abordagem otimizada e controlada para atender a vários tráfegos de rede, cada um com suas próprias necessidades.

Outro aspecto da IoT é a operação contínua da rede para transmissão de dados onipresente e implacável. Embora a pilha TCP / IP garanta isso roteando de maneira mais confiável e eficiente, da origem ao destino, a IoT enfrenta um gargalo na interface entre o gateway e os dispositivos de toque sem fio. A adição de redes e dispositivos não deve prejudicar o desempenho da rede, o desempenho do dispositivo, a transmissão confiável de dados pela rede ou o uso eficiente de dispositivos da interface do usuário.

Segurança e privacidade de informações pessoais

Além dos aspectos de segurança, como a autenticidade e confiabilidade do canal de comunicação e a integridade da mensagem, outros requisitos serão importantes na IoT. Será necessário fornecer ao dispositivo acesso seletivo à gama de serviços ou em um determinado momento para impedir a comunicação com outros dispositivos. O middleware deve ter mecanismos internos para resolver esse problema, juntamente com a autenticação do usuário e a implementação do controle de acesso. Muitas tarefas de segurança da informação podem ser resolvidas usando métodos criptográficos e requerem mais pesquisas antes que possam ser amplamente utilizadas.

Atividade internacional

As atividades internacionais no campo da Internet das Coisas estão ganhando força e muitas iniciativas estão sendo implementadas nas indústrias, na academia e em vários níveis de governo. Na Europa, estão sendo feitos esforços significativos para integrar as atividades de grupos e organizações de pesquisa, abrangendo M2M, WSN e RFID, em um único sistema de IoT para definir um modelo de referência para a interação da Internet das Coisas e os principais componentes para isso. No Japão, Coréia, EUA e Austrália, iniciativas em larga escala estão sendo implementadas, onde os departamentos da indústria e do governo estão colaborando em vários programas de IoT. Um trabalho intensivo no campo da IoT também é realizado na China em seu 12º Plano Quinquenal, que afirma que os recursos e investimentos devem se concentrar no desenvolvimento da IoT em vários campos.

Isso implica a necessidade de criar uma união única para todos os países para resolver problemas de IoT, a fim de aumentar o ritmo de desenvolvimento da esfera e determinar o caminho para a implementação coordenada dessa ideia tecnológica.

Qual é o resultado?

Com o contínuo crescimento das novas tecnologias de IoT, o conceito de Internet das Coisas em breve estará inexoravelmente evoluindo em uma escala muito grande. Esse novo paradigma de rede afetará todas as partes de nossas vidas, desde residências automatizadas até monitoramento inteligente da saúde e do meio ambiente, introduzindo "inteligência" nos objetos ao nosso redor.

A Internet das Coisas é um campo integrado que requer o desenvolvimento de padrões em vários campos. Devido à complexidade e natureza estrutural do conceito, muitas tarefas relacionadas a vários campos surgem no caminho de seu desenvolvimento. O setor pode se beneficiar do desenvolvimento da Internet das Coisas, que está intimamente relacionada aos setores de telecomunicações, hardware, software e serviços.