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Geiza Caruline Costa
INTERNET DAS 
COISAS (IOT)
E-book 3
Neste E-Book:
INTRODUÇÃO ����������������������������������������������������������� 3
ARQUITETURA DE REDE IOT �������������������������������4
INTEGRAÇÃO DE SISTEMAS IOT �����������������������18
CONSIDERAÇÕES FINAIS �����������������������������������24
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS & 
CONSULTADAS ������������������������������������������������������� 25
2
INTRODUÇÃO
Para desenvolver aplicações para a Internet das 
Coisas são necessárias as competências básicas de 
um desenvolvedor de software, entre elas, atualizar-
-se constantemente, ser bom em lógica de progra-
mação e ser capaz de resolver problemas usando 
uma linguagem de programação. No entanto, o que 
difere um programador de aplicativos para Android de 
outro programador para sistemas web, por exemplo, 
é o conhecimento sobre a sua principal plataforma 
de trabalho.
Neste módulo, você vai aprender sobre as caracte-
rísticas mais importantes da arquitetura da Internet 
das Coisas, os protocolos mais utilizados, e como 
é feita a integração dos sistemas.
3
ARQUITETURA DE REDE 
IOT
Você aprendeu, anteriormente, que o escopo de pro-
jetos de Internet das Coisas pode ser de tipos muito 
variados, desde sistemas voltados a aplicações na 
agricultura até sistemas para monitoramento das 
condições de saúde, sistemas para tornar as cidades 
ou as casas inteligentes e, entre as mais importantes, 
as aplicações industriais (IIoT – Industrial IoT).
A Internet das Coisas ainda carece de padronização, 
pois nem todas as tecnologias e recursos utilizados 
em sistemas desktop, web ou mobile são adequados 
a uma aplicação IoT. Além disso, em função das es-
pecificidades de cada área, uma arquitetura de sis-
temas de IIoT pode não ser perfeitamente aderente 
a uma outra finalidade.
Para entender por que existe essa carência relacio-
nada à arquitetura, observe a figura 1.
4
Organizações
Aplicações
Web
Arquiteturas
específicas
modelo de
Referência
Arquitetural para IoT
Implementação
Estado
da Arte
Guia
Figura 1: Contexto do Modelo de Referência Arquitetural 
Fonte: Elaboração própria.
A figura 1 propõe um Modelo de Referência 
Arquitetural (MRA) para IoT. Esse modelo, criado 
em 2013, foi concebido segundo o estado da arte 
das soluções existentes até então, bem como as 
tecnologias, os padrões mais utilizados, protoco-
los, funcionalidades, etc. (BAUER; BOUSSARD et al., 
2013). A expressão “estado da arte” denota o que 
há de mais relevante, o que há de mais novo em 
determinada área do conhecimento. O MRA serve 
como um guia para que as organizações, os desen-
volvedores independentes e startups implementem 
suas próprias arquiteturas, segundo necessidades 
específicas. Mas, antes que você se pergunte por 
que criar um MRA, já que cada organização cria sua 
própria arquitetura, observe que as aplicações e os 
5
dispositivos devem ser interoperáveis. Isso significa 
que os sistemas de fabricantes diferentes devem ser 
capazes de trocar dados, assim como dispositivos 
de fabricantes diferentes precisam se comunicar. 
Para ilustrar a importância da interoperabilidade, 
analise esses dois exemplos. O primeiro é uma apli-
cação de Smart Agriculture (agricultura inteligente). 
O administrador de um agronegócio fez um grande 
investimento em um sistema de irrigação inteligente 
para uma área de algumas dezenas de hectares. A 
maior parte dos sensores é do fabricante Vishay – 
como o apresentado na figura 2.
Figura 2: Sensor de iluminação e cor da Vishay Fonte: ht-
tps://br.mouser.com/datasheet/2/427/veml3328-1767341.pdf
O sensor da figura 2 é capaz de reconhecer a varia-
ção da iluminação do ambiente, o brilho e a cor. Em 
6
um tipo especial de cultivo, foi decidido por iniciar a 
irrigação quando a intensidade da luz solar é menor, 
evitando, portanto, a evaporação muito rápida da 
água. Foi escolhido desenvolver um sistema inteli-
gente com outras funcionalidades, em vez de sim-
plesmente irrigar à noite.
Tempos depois de o projeto estar concluído e a apli-
cação em funcionamento, o administrador do agro-
negócio decidiu ampliar sua plantação e expandir 
o sistema de irrigação. O que aconteceria, se não 
fossem encontrados mais sensores da Vishay e os 
novos sensores não fossem compatíveis com o siste-
ma atual? A resposta é: um grande problema. Agora 
você entendeu que, quando há incompatibilidade, 
não há interoperabilidade.
O segundo exemplo é de Smart Home (casa inteli-
gente). Em uma casa com quintal, foram instaladas 
lâmpadas inteligentes, câmera de monitoramento, 
uma Smart TV (TV inteligente) e um Smart Speaker 
(alto-falante inteligente). O dono da casa tem alguns 
cães e ele gosta de ver se está tudo bem com os 
seus animais, quando está fora de casa. Por meio 
de um aplicativo, ele pode acionar o videomonitora-
mento e, a qualquer momento, ver o que seus cães 
estão fazendo. Imagine que a lâmpada tenha sido 
configurada para acender automaticamente às 17h30 
todos os dias e, quando o morador entra em casa, 
pede para Alexa ligar a TV, usando um comando de 
voz interpretado pelo Smart Speaker (figura 3).
7
Figura 3: S m a r t S p e a k e r e c h o d o t d a A m a z o n 
Fonte : ht tps :// ro l l ingstone.uo l .com.br/not ic ia/
descubra-como-ter-uma-casa-inteligente-com-alexa
Considere que, no cenário da casa inteligente, a 
lâmpada seja da marca Positivo, a câmera seja da 
TP-Link, a Smart TV da LG e o Smart Speaker da 
Amazon. Você acha que a casa seria inteligente, se 
não fosse possível integrar as funcionalidades em 
um único sistema, ou se a Alexa conversasse apenas 
com dispositivos da Amazon? É possível que o dono 
da casa queira adquirir futuramente outros dispositi-
vos inteligentes e integrá-los à sua casa inteligente, 
mas, sem a interoperabilidade entre sistemas e dis-
positivos de fabricantes diferentes, isso não seria 
possível.
FIQUE ATENTO
Existe uma enorme gama de sensores, cada um 
com sua finalidade, mas que podem servir a pro-
pósitos diferentes, dependendo do sistema do qual 
faz parte. Assista a este breve vídeo para conhe-
8
cer alguns tipos de sensores e suas aplicações. 
Disponível em: https://youtu.be/Xx94b1UGSeI. 
Modelos de comunicação
A comunicação entre os componentes de um siste-
ma IoT tende a ser estabelecida conforme um méto-
do específico. Esse método determina basicamente 
como, e se, os dispositivos se comunicam entre si. 
No entanto, dependendo da aplicação e de sua abran-
gência, mais de um método pode ser utilizado. Esses 
métodos são chamados de modelos de comunica-
ção, e fazem parte do modelo de arquitetura de um 
sistema IoT.
O primeiro modelo de comunicação a ser discutido é 
chamado de M2M (machine to machine) ou dispositi-
vo a dispositivo, o qual permite que os dispositivos se 
comuniquem entre si sem um servidor ou dispositivo 
intermediário (CHANDER; KUMARAVELAN, 2020). 
Em uma rede IoT baseada no modelo M2M, os dis-
positivos se comunicam aos pares (o mesmo que 
ponto a ponto) e, geralmente, os pacotes de dados 
têm tamanho bem reduzido. Nesse cenário, o har-
dware deve consumir pouca bateria, caso não esteja 
conectado a uma fonte de energia ininterrupta, como 
a rede de energia elétrica do local.
No modelo de comunicação M2M, os dispositivos 
funcionam autonomamente, ou seja, sem interven-
ção de uma pessoa. Contudo, essa comunicação é 
baseada nos serviços que cada dispositivos pode 
9
prover. Analise a figura 4 para compreender a relação 
entre serviços M2M.
Serviço
Recurso
Dispositivo
Serviço
Recurso
Dispositivo
Figura 4: Comunicação M2M Fonte: Elaboração própria.
Retomando o exemplo da agricultura inteligente, no 
qual foi utilizado o sensor de luminosidade, esse 
dispositivo não tem capacidade de efetivamente ir-
rigar a área no seu entorno. Na prática, um sensor 
não pode inicializar um irrigador automaticamente, 
sendo necessária, portanto, a programação de algu-
mas rotinas para que isso aconteça.
A complexidade dos dispositivos também pode con-
tribuirpara adicionar outras funcionalidades ao sis-
tema IoT sem a necessidade de acoplar inúmeros 
objetos inteligentes. A figura 5 exemplifica a ideia de 
que um único dispositivo pode oferecer vários servi-
ços. Esse módulo, da marca Telos, contém três sen-
sores (luminosidade, umidade e temperatura), uma 
interface de comunicação sem fio (IEEE 802.15.4), 
um slot para duas baterias, entre outras coisas.
10
Figura 5: Módulo com sensores interface de comunicação 
integrados Fonte: Bauer e Boussard et al., 2013
Para permitir a conexão de uma aplicação em nuvem, 
é necessário que os dispositivos sob esse modelo 
de comunicação sejam dotados de boa capacidade 
de processamento e transmissão de dados. Logo, 
componentes como esse geralmente são mais caros.
O segundo modelo de comunicação é o dispositivo 
para nuvem (do inglês, device-to-cloud). De acordo 
com Chander e Kumaravelan (2020), os dispositivos 
e a nuvem devem ser do mesmo fabricante ou for-
necedor, de modo que os dispositivos se conectem 
a um serviço em nuvem, o qual pode, entre outras 
coisas, monitorar o ambiente (figura 6).
11
Aplicação
Sensor de 
luminosidade
Sensor de 
monóxido de
carbono
Figura 6: Dispositivo para nuvem Fonte: Elaboração própria.
O terceiro é o modelo de comunicação dispositivo 
para gateway (figura 7). O gateway é uma aplicação 
ou hardware que funciona como um intermediário 
entre o dispositivo e a nuvem, provendo serviços 
relacionados à segurança e à transmissão de dados. 
O gateway também pode ser visto como um hub, o 
qual conecta vários dispositivos e, então, se comu-
nica com um serviço na nuvem.
12
Aplicação
Sensor de 
luminosidade
Sensor de 
monóxido de
carbono
Gateway local
Figura 7: Dispositivo para gateway Fonte: Elaboração 
própria.
Uma das vantagens de adotar o modelo de comuni-
cação dispositivo para gateway é que ele pode prover 
a capacidade necessária de tráfego de dados para a 
Internet (como velocidade e frequência de transmis-
são), além de oferecer interoperabilidade, permitindo 
que componentes de outras redes se comuniquem 
com o sistema em questão.
O quarto e último modelo é o de compartilhamento 
de dados back-end, no qual existe o compartilhamen-
to de dados do sistema IoT com terceiros (figura 8). 
O fundamento desse modelo é o mesmo do mode-
lo dispositivo para nuvem, no qual os dispositivos 
fazem upload ou para uma aplicação em nuvem. O 
13
diferencial é que, no modelo de compartilhamento 
de dados, os sistemas permitem troca de dados com 
aplicações de outras organizações.
Aplicação do
provedor 1
Sensor de 
luminosidade Aplicação do
provedor 3
Aplicação do
provedor 2
Figura 8: Modelo de compartilhamento back-end Fonte: 
Elaboração própria.
Tecnologias de comunicação
O próximo passo na definição de uma arquitetura 
para IoT, após o modelo de comunicação, é a escolha 
das tecnologias de comunicação mais adequadas 
ao sistema.
Os principais pontos que norteiam a seleção da tec-
nologia de comunicação estão demonstrados na 
figura 9.
14
10m
Ta
xa
 d
e 
tr
an
sm
is
sã
o
Co
ns
um
o 
de
 e
ne
rg
ia
100m 1km
Alcance
10km
Rede
celulares
- 2g
- 3g
- 4g
- LTE
LPWAN
- SigFox, LoRa, NB-IoT, LTE-M
Figura 9: Principais grupos de tecnologias para comunica-
ções em IoT. Fonte: Elaboração própria.
O gráfico da figura 9 apresenta a relação entre as 
variáveis taxa de transmissão e consumo de energia 
(eixo y) e alcance (eixo x). Os dispositivos de curto 
alcance e o gateway se comunicam com a rede lo-
cal sem fio (do inglês Wireless local Area Network). 
(NÓBREGA; GONÇALVES et al., 2019)
Observe que os dispositivos dotados de tecnologias 
Bluetooth, IEEE 802.15.4, ZigBee e Z-Wave possuem 
alcance inferior a 100 metros, baixo consumo de 
energia, e baixa taxa de transmissão de dados. O 
Wi-Fi, por sua vez, possui taxa de transmissão maior, 
15
mas menor alcance, por isso é adequado que um 
dispositivo ou um sistema gateway esteja conectado 
a uma rede Wi-Fi para trocar dados com serviços em 
nuvem, por exemplo.
O próximo grupo de tecnologias, identificado como 
redes celulares, compreende 2G, 3G, 4G e LTE (Long 
Term Evolution), que são os protocolos mais apropria-
dos para mobilidade e longo alcance. Nesse caso, 
a comunicação depende de muitas antes, as quais 
formam as chamadas áreas de cobertura, ou células. 
Das tecnologias já discutidas, essas são as mais 
caras de se implementar.
SAIBA MAIS
Para conhecer mais detalhes das tecnologias 3G, 
4G e até 5G, que ainda nem chegou ao Brasil, leia 
este artigo, disponível em:
h t t p s : / / t e c n o b l o g . n e t / 2 3 6 5 0 6 /
diferenca-internet-celular-lte-4g-4gmais-5g.
O grupo identificado na figura 9 como LPWAN (Low-
Power Wide Area Network) caracteriza as tecnologias 
de baixo consumo de energia e longo alcance. Inclui: 
SigFox, LoRa (Long Range), NB-IoT (NarrowBand IoT) 
e LTE-M.
16
FIQUE ATENTO
Aplicações IoT com NB-IoT e LTE-M podem ser 
executadas em um contexto em que haja 2G e 
3G sem interferências, no entanto, em locais sub-
terrâneos ou onde não há sinal 3G/4G nem Wi-Fi, 
o NB-IoT é mais apropriado. Outro ponto positivo 
para o NB-IoT é que uma bateria de longa dura-
ção acoplada a um dispositivo pode durar até dez 
anos, garantindo autonomia de funcionamento 
por bastante tempo (MUNDO MAIS TECH, 2019). 
Essas duas tecnologias já são embarcadas em 
dispositivos dos principais fabricantes que atuam 
com IoT. No Brasil, em 2019, 400 cidades já tinham 
cobertura de NB-IoT e LTE-M pela operadora Vivo. 
(BUCO, 2019)
17
INTEGRAÇÃO DE 
SISTEMAS IOT
Lin e Shi (2014) apresentaram a arquitetura tecnoló-
gica da Internet das Coisas em três camadas: percep-
ção, rede e aplicação, conforme você pode observar 
na figura 10.
Camada de aplicação
Agricultura
inteligente
Gestão
urbana
Monitoramento
industrial
Transporte
inteligenteTelemedicina
Camada de percepção
Sensores de 
temperatura
Etiqueta com
QR Code Câmera Terminal de
GPS
Camada de rede
Centro de computação
em nuvem
Centro de gestão
da IoT
Sistemas especilistas
industriais
Figura 10: Arquitetura tecnológica da IoT Fonte: Elaboração 
própria.
A camada de percepção contempla todos os disposi-
tivos capazes de coletar dados e atuar no ambiente 
18
– sensores e atuadores –, sobre os quais você já 
aprendeu. A camada de rede ocupa uma posição 
intermediária, na qual se situam os gateways para co-
municação com centros de computação em nuvem, 
centros de gestão da rede e sistemas especialistas 
industriais (quando aplicável). A camada superior, de 
aplicação, oferece uma interface com as aplicações 
e com os usuários. (LIN; SHI, 2014)
O desempenho e as funcionalidades providas pela 
aplicação aos usuários, bem como para outras aplica-
ções, dependem daquilo que foi implementado pelo 
desenvolvedor de software. Neste capítulo, você vai 
aprender como fazer a integração de sistemas para 
o ambiente IoT.
Dependendo do modelo de comunicação adotado 
– que não é necessariamente apenas um – o fluxo 
de informações pode seguir as linhas apresentadas 
na figura 11.
Provedor de 
sistemas de 
informação
Coisas
Negócio Consumidor
Figura 11: Fluxo de informações entre os agentes do siste-
ma IoT Fonte: Elaboração própria.
19
No aspecto organizacional, as informações podem 
ser produzidas e consumidas pelas empresas, apre-
sentadas na figura 11 como Negócio; e pelos usuá-
rios finais, indicados como Consumidor. Esses dois 
agentes tanto podem interagir com um sistema de 
informação, representado como uma peça central, 
como também podem interagir com os dispositivos 
(Coisas). Os dispositivos, por sua vez, podem também 
trocar informações com todos os demais agentes. 
Essa ilustração, apesar de mostrar genericamente 
o fluxo de informações, oferece uma ideia de quão 
complexa pode ser a integração de sistemas IoT.
Representando os recursos
A integração de sistemas e a troca de informação 
entre eles, ou outros agentes, depende de como os 
recursos são representados, se estão acessíveis e 
se todos os participantesda comunicação partilham 
das mesmas convenções. Nós estamos acostuma-
dos a sermos chamados pelo nome e costumamos 
atender quando alguém nos chama pelo nosso nome. 
Quando ouvimos outro nome ser chamado, geral-
mente, nem prestamos atenção.
Com os recursos da rede IoT o princípio é seme-
lhante. Além disso, é necessário definir o que cada 
serviço pode oferecer, o que será tratado na seção 
a seguir.
A figura 12 contém um arquivo JSON que representa 
a funcionalidade de indicação da temperatura am-
biente oferecida por um termômetro qualquer. 
20
Figura 12: Exemplo de arquivo JSON Fonte: Guinard et al., 
2011
O formato JSON é uma maneira leve e estruturada de 
representar dados que precisam ser armazenados ou 
compartilhados. Para os seres humanos, um arquivo 
JSON não é fácil de ler e entender, mas uma aplicação 
web seria capaz de interpretar o arquivo e apresentar 
uma interface semelhante à tela da figura 13.
Figura 13: Exemplo de sistema web apresentando a tempe-
ratura atual obtida por um termômetro remoto Fonte: Guinard 
et al., 2011
21
Operações
REST (Representational State Transfer) é um exemplo 
de uma convenção utilizada por desenvolvedores de 
software para a construção de sistemas. Utilizando 
o protocolo HTTP, as aplicações que se comunica-
rão podem compartilhar recursos a partir de quatro 
operações básicas: GET, PUT, POST e DELETE.
A operação GET recupera os dados de um recurso, 
permitindo, por exemplo, que o dado seja salvo, exi-
bido ou processado por um terceiro; PUT é usado 
para fazer uma atualização sobre um recurso pre-
existente, mediante um identificador (ID). Contudo, 
caso o identificador não exista, um recurso então é 
criado. A operação POST cria um novo recurso sem 
um identificador; e a operação DELETE remove um 
recurso. (GUINARD et al., 2011)
Dependendo da proposta do sistema, muitas funcio-
nalidades podem ser acionadas, utilizando a combi-
nação dessas quatro operações simples. Uma regra 
pré-configurada pode determinar que o status de um 
irrigador alterne entre ligado e desligado, usando, 
por exemplo, a operação PUT. A mudança de status 
de um recurso pode ser acionada, inclusive, por um 
sistema terceiro, ou por um usuário remoto conec-
tado à web, usando um aplicativo.
Armazenamento de dados 
O armazenamento dos dados oriundos de sensores e 
de outros componentes de um sistema IoT, geralmen-
te, não é feito em repositórios locais, com exceção 
22
dos dispositivos de sistemas intermediários (como 
gateways ou middlewares), os quais usualmente pos-
suem fornecimento ininterrupto de energia e espaço 
em disco para armazenamento.
As operações de manipulação de dados são espe-
cialmente úteis para que os dispositivos geografica-
mente distribuídos possam se comunicar periodica-
mente com um dispositivo central, e fazer o envio dos 
dados. Os dados recebidos nos sistemas gateway 
ou middleware são, portanto, salvos ou enviados 
para um sistema de armazenamento em nuvem (data 
storage).
23
CONSIDERAÇÕES FINAIS
Neste módulo, você aprendeu sobre a importância 
do modelo arquitetural para sistemas IoT, tanto em 
termos organizacionais, tecnológicos, de serviços, 
como em relação ao fluxo de informações.
Foram apresentados os modelos de comunicação 
utilizados em aplicações IoT e você percebeu que, 
a depender do sistema, mais de um modelo pode 
ser necessário, de modo que ao final seja criado um 
modelo híbrido.
Foi dado mais um passo no aprofundamento da parte 
técnica e agora você conhece mais sobre as tecno-
logias de comunicação e as principais operações 
para integração de sistemas IoT.
24
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& Consultadas
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