O que falta na internet para as coisas?

O que falta na internet para as coisas?

por Tiago BarrosConsultor em Sistemas Embarcados e Líder do Grupo de Pesquisa em IoT do CESAR

Existem iniciativas para padronização dos protocolos de IoT, mas no curto-médio prazo diversos padrões de protocolos irão coexistir. Plataformas que implementam alguns desses padrões estão aparecendo e sendo utilizadas para o desenvolvimento de soluções em IoT.

A evolução tecnológica, com mais poder de processamento e comunicação a custos cada vez mais baixos, está habilitando a conexão de coisas à internet. Pesquisas apontam 25 bilhões de dispositivos conectados à internet em 2020, movimentando trilhões de dólares. Grandes empresas estão com iniciativas de IoT e, em 2015, as principais conferências de tecnologia e inovação também tinham este assunto como tema. Diante deste cenário, por que ainda não temos todas as coisas da nossa casa conectadas à internet?

Transformar uma coisa em conectada é uma tarefa complexa. Significa desenvolver hardware com sensores, atuadores e conectividade sem fio e embarcar este hardware em algo físico. Como há necessidades diversas para comunicação sem fio, em termos de taxa de transmissão, alcance, consumo de energia e custo, são usados vários protocolos de comunicação. Depois de embarcar conectividade é preciso transmitir dados e armazená-los em nuvem para desenvolver aplicações que vão acessar esses dados e controlar os dispositivos. Uma solução de Internet das Coisas envolve diversas áreas da ciência da computação, desde sistemas embarcados e protocolos de comunicação até cloud computing e aplicações móveis, passando por big data, análise de dados e inteligência artificial.

Por causa desta complexidade, existem várias iniciativas para criar plataformas que facilitem o desenvolvimento de soluções de IoT e permitam a interoperabilidade das soluções.

Dado este contexto, pode-se dizer que as plataformas de IoT vão passar por três arquiteturas evolutivas:

Arquitetura 1.0

Aqui, os dispositivos não estarão conectados à internet de forma direta, pois ainda não terão poder de processamento e conectividade IP suficientemente baratos para serem embarcados em coisas simples, como uma lâmpada. A estrutura necessária para colocar IP em todas as coisas (IPv6) também não estará instalada.

 

Figura 1 — Arquitetura 1.0
Desta forma, os dispositivos utilizarão uma conectividade sem fio mais barata e simples. Um elemento intermediário faz a tradução dessa conectividade simples para o protocolo IP da internet: o gateway (Figura 1). Eles estarão conectados à internet e gerenciarão as coisas em uma rede local mais simples, provendo uma solução com hardware de baixo custo. A partir daí, os dados seguirão pela internet até um serviço de armazenamento e análise de dados em nuvem, onde poderão ser acessados e gerenciados pelas aplicações.

Arquitetura 2.0

Nesta fase, os dispositivos já possuirão poder de processamento e conectividade sem fio a um custo mais acessível de forma que seja possível conectar coisas baratas, como lâmpadas, diretamente à internet. Considerando bilhões de coisas conectadas, cada uma com um IP, será necessário também que a infraestrutura de IPv6 tura esteja instalada.

 

Figura 2 — Arquitetura 2.0

As coisas estarão conectadas diretamente à internet e seus dados seguirão para a nuvem (Figura 2).

As funcionalidades executadas pelo gateway da Arquitetura 1.0 agora estarão embutidas nos dispositivos, que também passam a ser acessados diretamente pelas aplicações.

Arquitetura 3.0

Com a aplicação da Lei de Moore (evolução do poder de processamento com o mesmo custo), as coisas terão agora poder computacional para rodar algorítmos complexos de inteligência artificial. Assim, se tornarão autônomas, acessando dados das outras coisas e tomando decisões sobre o seu funcionamento (Figura 3).

 

Figura 3 — Arquitetura 3.0

Neste cenário de comunicação coisa a coisa, a nuvem ainda vai possuir as funcionalidades de armazenamento e análise de dados, mas as decisões serão tomadas localmente pelas próprias coisas.

O que estamos fazendo no CESAR para a IoT?

No CESAR, estabelecemos um grupo de pesquisa em Internet das Coisas para promover o conhecimento em IoT internamente, desenvolvendo protótipos para os problemas e as oportunidades que identificamos. Percebemos que o desenvolvimento de soluções de IoT é facilitado quando utilizamos uma plataforma que já habilita o compartilhamento dos dados das coisas. Entretanto, é possível perceber que o desenvolvimento de uma plataforma de IoT exige grande esforço e conhecimento bastante diverso.

Diante dos desafios, criamos a KNoT, uma metaplataforma para a Internet das Coisas que visa preencher o espaço existente entre as plataformas de hardware e software. O objetivo é facilitar o desenvolvimento de soluções, provendo uma infraestrutura habilitadora de IoT fim a fim. KNoT é open source e conecta as principais plataformas open source existentes para prover uma solução completa de IoT.

Para criar uma solução utilizando KNoT, basta pegar um dos projetos de hardware disponibilizados e customizá-lo para conectar à coisa desejada, adicionando os sensores e atuadores correspondentes. Do ponto de vista de software, basta carregar o KNoT μOS no dispositivo e implementar funções que descrevem o uso dos sensores e atuadores.

Depois, é só criar sua aplicação utilizando as bibliotecas KNoT, que abstraem todos os protocolos de comunicação com o gateway e com os dispositivos, e permitem ao desenvolvedor da solução acessar e controlar os dados das coisas.

No momento, estamos finalizando o desenvolvimento da KNoT e rodando experimentos de IoT no CESAR com o propósito de validá-la e promover o conhecimento na área.

Quando, finalmente, tudo estará conectado à internet?

A Internet das Coisas é um grande mercado, com empresas apostando e desenvolvendo soluções para tentar abocanhar uma fatia desse bolo. Existem iniciativas para padronização dos protocolos de IoT, mas no curto-médio prazo diversos padrões de protocolos irão coexistir. Plataformas que implementam alguns desses padrões estão aparecendo e sendo utilizadas para o desenvolvimento de soluções em IoT. Diante da pulverização de plataformas e protocolos, as empresas começam um movimento para compatibilização de forma que as soluções possam se comunicar entre si. Uma metaplataforma como KNoT é uma iniciativa que busca esse objetivo.

Existem três principais arquiteturas para Internet das Coisas que estão sendo implementadas pelas plataformas atuais. Hoje, já existem dispositivos em cada uma das arquiteturas. Uma lâmpada sem IP é um exemplo da utilização da Arquitetura 1, enquanto que uma Smart TV é um exemplo da Arquitetura 2 e um termostato que aprende como deixar sua casa na temperatura ideal é um exemplo da Arquitetura 3. De acordo com o seu valor e seus casos de uso, as coisas serão conectadas à internet utilizando uma das arquiteturas apresentadas. Então temos que estar preparados para conectá-las e agregar valor com essa conectividade, para transformar o mundo em um lugar com mais segurança, eficiência, igualdade e conforto, pois esses são os principais valores que as coisas conectadas irão trazer.

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