Caderno de Estudo - Novas Tecnologias e a Internet das Coisas - Pós-Graduação

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INTRODUÇÃO
A Internet das Coisas (IoT) é apresentada como a capacidade de capturar, analisar e agir por meio de dados gerados por objetos (coisas) e máquinas conectadas à Internet. O material a descreve como a terceira geração da internet:
1. A primeira geração foi baseada na digitalização da informação.
2. A segunda (Web 2.0) consistiu na entrada maciça das pessoas como geradoras de conteúdo, principalmente através das mídias sociais.
3. A terceira geração, a IoT, proporciona a capacidade de objetos se conectarem à Internet e se comunicarem entre si, com máquinas, sistemas de informações e usuários.
O termo "Internet of Things" é considerado ter sido usado pela primeira vez pelo pesquisador britânico Kevin Ashton em 1999. A noção de IoT se tornou uma prioridade estratégica por volta de 2010, com o serviço de Street View da Google e a capacidade de armazenamento de muitos dados das redes Wi-Fi, e em 2012 foi o tema da maior conferência de Internet na Europa.
As tecnologias de Internet das Coisas são consideradas de maior importância pois não desaparecem e são integradas à vida cotidiana. A IoT é esperada para incorporar as rotinas diárias, impactando a economia de recursos, a qualidade de vida, o campo corporativo e a otimização de processos industriais. É vista como uma tecnologia transformadora que impactará vários setores da sociedade.
Estudos divulgados recentemente estimam que, no ano de 2025, a Internet das Coisas poderá alcançar um impacto econômico global em torno de US$11.1 trilhões, o equivalente a onze por cento da economia global. A projeção também indica que, no ano de 2050, cinquenta bilhões de objetos estarão conectados à Internet.
Apesar dos pontos desenvolvidos, o material nota que, no Brasil, a acessibilidade e facilidade de uso da IoT ainda são fracas, especialmente comparadas a países desenvolvidos que conseguiram aproveitar e aprimorar a utilização da tecnologia, indicando que o país está tecnologicamente falando, defasado. De acordo com Da Silva (2015), a IoT pode trazer benefícios ao país se houver um trabalho sério por parte dos governantes. Profissionais de TI poderão aplicar as tecnologias em diversas áreas como medicina, engenharia e agricultura.
UNIDADE 1
Esta unidade tem como objetivos principais:
· Introduzir o conceito de IoT.
· Compreender a relação entre a Internet das Coisas e as Cidades Inteligentes.
· Entender a diferença entre M2M (Machine-to-Machine) e IoT.
· Relacionar os avanços tecnológicos associados à IoT.
Inovações Tecnológicas em IoT
O que é Internet das Coisas (IoT)?
De acordo com Santos et al. (2016), a Internet das Coisas (IoT) é uma extensão da Internet atual. Surgiu a partir dos avanços em diversas áreas, como sistemas embarcados, microeletrônica, comunicação e sensoriamento/atuadores.
A IoT proporciona aos objetos (coisas) do dia a dia a capacidade de se conectarem à Internet. Esses objetos possuem capacidade computacional, de energia e de comunicação.
Historicamente, a noção de IoT se tornou uma prioridade estratégica por volta de 2010. O termo "Internet of Things" teria sido usado pela primeira vez pelo pesquisador britânico Kevin Ashton em 1999. Em 1999, a IoT era associada ao uso da tecnologia RFID (Identificação por Radiofrequência). Após 2005, o termo passou a ser pesquisado mais a fundo pela indústria e academia, relacionado às redes de sensores sem fio.
IoT refere-se à integração de objetos físicos (coisas) e virtuais em redes conectadas à Internet. Isso permite que os objetos coletem, troquem e armazenem dados. Esses dados são processados e analisados para gerar informações e serviços em grande escala.
IoT é a capacidade de sentir, coletar, transmitir, analisar e distribuir dados em grande escala. Com base nisso, a humanidade pode obter o conhecimento e a sabedoria necessários para sobreviver e prosperar nas próximas décadas.
A Evolução da Internet e o Lugar da IoT
O material apresenta a evolução da Internet em diferentes estágios:
1. A primeira etapa foi baseada na camada de aplicativos que operava sobre a Internet e oferecia uma interface que transformava informações em algo utilizável. A Web surgiu e passou por várias evoluções, começando no meio acadêmico com a ARPANET.
2. A segunda etapa, caracterizada pela "corrida do ouro", viu empresas começarem a compartilhar informações na Internet, oferecendo produtos e serviços.
3. Na terceira evolução, a Web saiu de um patamar de dados estáticos e passou a incluir informações transacionais, comércio online, e o surgimento de empresas como eBay e Amazon.com.
4. A quarta etapa, também chamada de "Web social" ou de "experiência social", com redes como Facebook, Instagram, Twitter, WhatsApp e Telegram, tornou-se famosa e rentável, permitindo que pessoas se comuniquem e compartilhem conteúdo.
A Internet das Coisas é considerada a terceira geração da internet, proporcionando a capacidade de objetos se conectarem à Internet e se comunicarem entre si, com máquinas, sistemas de informações e usuários. É vista como uma evolução real da Internet que trará revoluções com potencial para melhorar a vida das pessoas na aprendizagem, trabalho e lazer.
Blocos Básicos de Construção da Internet das Coisas
Segundo Al-Fuqaha (2015), os blocos básicos para a construção da Internet das Coisas incluem:
· Identificação: Essencial para identificar de forma única os objetos que se conectarão à Internet. Tecnologias como RFID (Identificação por Radiofrequência) e NFC (Near Field Communication), além de endereçamento IP, são utilizadas.
· Sensores/Atuadores: Os sensores coletam informações do ambiente, e os dados são armazenados em Data Warehouse, Clouds ou Centros de Armazenamento. Os atuadores manipulam o ambiente ou reagem aos dados coletados. Sensores desempenham um papel central, gerando dados.
· Comunicação: Outro bloco fundamental, permite a comunicação entre os objetos inteligentes. A tecnologia de comunicação influencia o consumo de energia dos objetos. Exemplos de tecnologias incluem Wi-Fi, Bluetooth, IEEE 802.15.4 e RFID.
· Computação: Refere-se à unidade de processamento, como microcontroladores, FPGAs e processadores, que dão capacidade aos objetos inteligentes para processar informações.
· Serviços: Existem diversos tipos de serviços oferecidos pela IoT. Destacam-se os serviços de identificação, coleta e agregação de informações, colaboração e inteligência, e serviços de ubiquidade (disponibilidade em qualquer momento e lugar). A semântica cuida da extração de conhecimento dos dados e da descoberta e uso inteligente dos recursos para realizar corretamente a tomada de decisões.
· Semântico: Diz respeito à habilidade de extrair conhecimento dos dados.
Aplicações e Impacto da IoT
A IoT gera impacto em diversas áreas, como indústria, eletrônica, consumo, saúde, segurança, agronegócio, educação e no cotidiano em geral. É esperada para incorporar as rotinas diárias, impactando a economia de recursos, a qualidade de vida, o campo corporativo e a otimização de processos industriais.
O impacto da IoT é abrangente. Transformou aviões e carros em redes de computadores e se espalhou para máquinas de lavar roupa e alarmes de fumaça, por exemplo. Equipamentos médicos também são exemplos de aplicações.
Estudos recentes estimam um impacto econômico global em torno de US$11.1 trilhões em 2025, o equivalente a onze por cento da economia global. A projeção também indica cinquenta bilhões de objetos conectados à Internet em 2050.
Relação entre M2M e IoT
Existe uma certa confusão entre os termos Machine to Machine (M2M) e IoT. Embora sejam intimamente relacionados e tragam benefícios para os negócios, há diferenças. O principal uso industrial de M2M está relacionado à telemetria e à automação, por exemplo, para controlar máquinas ou monitorar consumo de energia, com foco na redução de custos.
A dúvida sobre a relação entre M2M e IoT é comum e alvo de debate. Ambos os conceitos estão intimamente relacionados e trazem benefícios aos negócios. O material menciona que o significado genérico desses termos é conhecido pela indústriae aplicado de forma isolada, mas a história mostra que tecnologias duráveis não tardam a ser oficialmente definidas.
Cidades Inteligentes e IoT
Cidades inteligentes (Smart Cities) utilizam a tecnologia para transformar a vida e o trabalho nas cidades, monitorando, por exemplo, o trânsito, a segurança e o clima em tempo real.
Não há uma única definição para "cidades inteligentes", mas o conceito envolve o uso de tecnologia para expressar a gestão contemporânea do espaço urbano. A tecnologia e a informação são integradas à gestão pública com participação efetiva dos cidadãos. O capital social e intelectual são fundamentais para a competitividade urbana.
Cidades Inteligentes podem usar uma variedade de tecnologias para gerenciar sua infraestrutura (estradas, pontes, túneis, metrôs, aeroportos, portos, comunicações, água, energia). Elas otimizam recursos, planejam prevenção e manutenção, gerenciam atividades e monitoram segurança. Exemplos de cidades com projetos baseados em IoT no Brasil incluem Rio de Janeiro, Coréia do Sul, e Ille de Masdar e Abu Dhabi em outros países, que inserem sistemas inteligentes na infraestrutura.
Avanços Tecnológicos Relacionados à IoT
Diversos avanços tecnológicos são importantes para a IoT e continuarão a surgir. Alguns deles incluem:
· Computação Ubíqua: Tecnologia integrada ao ambiente de maneira ampla, permitindo capturar, analisar e agir por meio de tecnologia inteligente no ambiente. É baseada em sensores e serviços.
· Computação em Nuvem (Cloud Computing): Imprescindível para a IoT, pois armazena e processa grandes volumes de dados gerados pelos objetos conectados. Permite usar o poder de computação de servidores e propriedades da Nuvem para criar aplicações de IoT.
· Computação Cognitiva: Tecnologia baseada em sistemas programáveis, capaz de processar informações e aprender de forma semelhante ao cérebro humano, tornando a análise de dados mais rápida.
· Big Data: Refere-se ao volume crescente de dados com o qual o Big Data lida. IoT gerará um número incrivelmente grande de informações, que precisarão ser armazenadas, tratadas e disponibilizadas. O grande volume de dados gerados pela IoT é denominado "Big Data". A Big Data é caracterizada por propriedades de alto volume, alta velocidade e alta variedade dos dados.
· Inteligência Artificial (IA): Capacidade crescente de informação e maior capacidade de processamento, permitindo agir e permitir que modelos e inferências sejam obtidos a partir dos dados, levando as máquinas a aprender.
· Crowdsourcing: O ambiente da Internet tende a ser cada vez mais difuso e unir todos (crowd). É uma forma de pessoas estarem acessíveis para interagir, cooperar e contribuir.
· Blockchain: Blocos de informação conectados como uma corrente no ambiente digital da Internet. Permite que transações de várias naturezas sejam registradas, armazenadas, vinculadas e recuperadas.
· RFID (Radio Frequency Identification): Tecnologia que utiliza radiofrequência para identificar e rastrear objetos. É um pilar fundamental para a criação de aplicações de IoT. Dispositivos biomédicos são uma área de aplicação atual de RFID. Sistemas RFID necessitam de leitor e tags para funcionar.
· Redes de Sensores sem Fio (RSSFs): Consiste em uma coleção de dispositivos independentes e distribuídos que coletam e transmitem informações digitalmente. Utilizam tecnologias como ZigBee, 6LowPan e Bluetooth nas camadas física e protocolos de rede. Aplicações incluem monitoramento ambiental, prevenção de catástrofes e automação de prédios. RSSFs em IoT são aplicadas em diversas áreas como sistemas urbanos, cidades inteligentes e soluções para integração de veículos inteligentes. Seus desafios incluem restrições técnicas, processamento em tempo real, escalabilidade, representação de dados e heterogeneidade.
O Cenário da IoT no Brasil
No Brasil, a acessibilidade e facilidade de uso da IoT ainda são fracas, comparadas a países desenvolvidos. O país está "tecnologicamente falando, defasado". De acordo com Da Silva (2015), a IoT pode trazer benefícios ao país com trabalho sério dos governantes. Profissionais de TI poderão aplicar as tecnologias em diversas áreas como medicina, engenharia e agricultura.
Apesar do interesse, o mercado brasileiro ainda está em fase de entender os modelos de negócio necessários. Os maiores desafios para empreendedores em IoT no Brasil incluem:
· Excesso de regulamentação.
· Carga tributária.
· Nível de segurança dos dispositivos conectados.
· Custos de operação e infraestrutura defasada.
· Sindicatos e associações que limitam a adoção de tecnologias.
· Falta de infraestrutura para dar conta da quantidade de dispositivos.
· Falta de padronização de dispositivos e equipamentos.
Apesar dos desafios, há verticais que podem ser beneficiadas, como casa conectada, varejo, manufatura, vestíveis (wearables), medicina e carros conectados. As principais razões para investimento em IoT incluem melhorar o tempo de chegada ao mercado, aumentar a produtividade e aumentar a tomada de decisão. Medeiros (2015) afirma que a rede 4G do Brasil já está preparada para IoT e que em breve teremos 5G, com 85% da receita em IoT concentrada nas 10 principais aplicações.
Metodologias de Ensino com IoT
Novos conceitos de ensino e aprendizagem para a educação estão sendo estudados com a incorporação de IoT. Exemplos incluem metodologias que utilizam simulações, aprendizado 3D, tecnologias virtuais para otimizar o ensino e a aprendizagem personalizada.
A metodologia BYOD ("Bring Your Own Device" - Traga seu próprio dispositivo) estimula o uso de dispositivos pessoais dos alunos em atividades educacionais. Isso permite economizar recursos e oferecer flexibilidade.
A construção de uma estrutura disponível onde o aluno pode estudar e realizar experimentos de sua casa, trabalho ou outro lugar é facilitada por IoT. O uso de smartphones e MOOCs (Massive Open Online Courses) estimula atividades baseadas em colaboração. A diversidade de recursos e metodologias com IoT pode levar a uma aprendizagem adaptativa e personalizada.
UNIDADE 2
1. Conceitos de Tecnologias para IoT: Big Data e Analytics
· Big Data em IoT:
· O Big Data refere-se ao grande volume de dados gerados pelos dispositivos IoT. Essa enorme escala de dados exige novas arquiteturas e técnicas de processamento.
· A integração entre IoT e Big Data é relevante em diversas áreas, como cidades inteligentes, saúde e gestão de desastres.
· O Big Data é caracterizado pelo grande volume, alta velocidade, variedade e veracidade dos dados.
· As plataformas IoT auxiliam os usuários a entender e controlar esse grande volume de dados gerados pelos dispositivos conectados.
· O Cloud Computing fornece os recursos necessários para armazenar e processar a imensa quantidade de dados produzidos pela Internet das Coisas, que é grande demais para ser processada pelas ferramentas disponíveis localmente.
· Analytics em IoT:
· Embora os materiais não detalhem amplamente o conceito de "Analytics" isoladamente na Unidade 2, a análise de dados é mencionada como um recurso central das plataformas IoT baseadas em nuvem.
· As plataformas de IoT fornecem funcionalidades para a análise e visualização de dados.
· A integração entre Big Data e Cloud Computing permite que os usuários explorem e transformem os dados gerados por dispositivos IoT em insights.
2. Principais Plataformas IoT e Plataformas Baseadas em Nuvem
· O que são Plataformas IoT:
· Uma plataforma IoT pode ser vista como um Software Middleware. Ela atua como uma ponte entre usuários e as "coisas".
· Sua função é facilitar a programação e o gerenciamento completo dos dispositivos conectados.
· As plataformas IoT são fundamentais para resolver problemas e acelerar o desenvolvimento de novas aplicações para a Internet das Coisas.
· Elas são definidas como um conjunto de softwares capaz de gerenciar dispositivos IoT de forma completa e centralizada, seja em uma rede local ou na internet.
· Plataformas Baseadas em Nuvem:
· A computação em nuvem (Cloud Computing) desempenha um papelcrucial nas Plataformas de IoT.
· Ela oferece grande flexibilidade na oferta de serviços pela internet, permitindo acesso a recursos computacionais sem a necessidade de gerenciar infraestrutura de TI complexa.
· A conectividade ubíqua é uma característica primordial das plataformas baseadas em nuvem.
· Os recursos centrais oferecidos por essas plataformas incluem conectividade como serviço, monitoramento, manutenção, visualização de dados, análise e lógica baseada em alertas e gatilhos.
· Os serviços de computação em nuvem são geralmente oferecidos em modelos como SaaS (Software as a Service), PaaS (Platform as a Service) e IaaS (Infrastructure as a Service). 
· SaaS: Entrega software e aplicações pela internet. Exemplos: Dropbox, Google Drive, Salesforce, Google Analytics, Zendesk, Netflix, Paypal.
· PaaS: Fornece uma plataforma para desenvolver, gerenciar e executar aplicações. Oferece o ambiente necessário para rodar um aplicativo, com controle sobre implementações, configurações e hospedagens. Empresas como Ericsson (IoT Accelerator) e IBM (Watson IoT Platform) adotam o PaaS em suas plataformas IoT. Exemplos mencionados: Microsoft Azure, Google Cloud Platform, Google App Engine e Microsoft Azure Cloud Services.
· IaaS: Proporciona a infraestrutura de hardware virtualizada (servidores, storage, redes) disponível como serviço. Exemplos: Amazon Elastic Compute Cloud (EC2), Rackspace Cloud Servers.
· O conceito "Everything-as-a-Service" (XaaS) abrange modelos como PaaS, IaaS e SaaS, podendo incluir outros serviços como Rede como Serviço (NaaS) e Banco de Dados como Serviço (DBaaS). As arquiteturas de soluções IoT se beneficiam desse paradigma.
· Classificação das Plataformas IoT:
· Podem ser de código aberto ou proprietárias.
· Código Aberto: Permitem que os desenvolvedores possam modificá-las e replicá-las gratuitamente. Exemplos: Eclipse Kapua, FIWARE, OpenMTC, ThingsBoard, Leliyan, Macchina.io Edge, SiteWhere, ThingsSpeak, TheThingBox. A principal característica é que podem ser customizadas e replicadas de forma gratuita.
· Proprietárias: Pertencem a grandes empresas de tecnologia e frequentemente são extensões de serviços de nuvem existentes. Exemplos: AWS IoT, IBM Watson IoT Platform, Google Cloud IoT, Microsoft Azure IoT Suite, IoT Accelerator (Ericsson), MindSphere (Siemens), Cloud Edge Intelligence.
· Características Desejadas em uma Plataforma IoT:
· Além da segurança, uma plataforma IoT esperada deve oferecer serviços mínimos como interoperabilidade, tratamento de grande volume de dados, descoberta e gerenciamento de coisas, e tudo isso com uma interface gráfica poderosa.
· Elas devem ser adaptáveis e escaláveis para permitir o gerenciamento de serviços IoT.
3. Arquitetura de Soluções para IoT
· As arquiteturas de soluções para IoT se beneficiam dos paradigmas da computação em nuvem, da web semântica e do Big Data.
· Os blocos básicos de construção da Internet das Coisas, segundo Al-Fuqaha (2015), incluem: 
· Identificação: Essencial para identificar de forma única os objetos para conexão à internet, utilizando tecnologias como RFID e IP.
· Sensores/Atuadores: Coletam informações do ambiente ou reagem a ele. Os dados dos sensores podem ser armazenados e processados em Data Warehouses, Nuvem ou Centros de Armazenamento.
· Comunicação: Outro bloco fundamental, permitindo que os objetos inteligentes se conectem. A comunicação influencia o consumo de energia e é crucial para a maioria dos objetos e serviços. Tecnologias incluem Wi-Fi, Bluetooth, IEEE 802.15.4, RFID, entre outras.
· Computação: Refere-se à unidade de processamento, como microcontroladores, FPGAs e processadores, que dão capacidade aos objetos para serem inteligentes.
· Semântica: Diz respeito à habilidade de extrair conhecimento dos dados variados gerados. Ajuda na descoberta e uso inteligente dos recursos, possibilitando a oferta de um determinado serviço. A semântica efetua o reconhecimento e análise dos dados para a tomada correta de decisões. Tecnologias empregadas incluem RDF, Web Ontology Language (OWL) e Efficient XML Interchange (EXI).
· Serviços: Distinguem as diversas classes de serviços que a IoT provê. Incluem Serviços de Identificação (para mapeamento de objetos físicos no mundo real para o mundo virtual), Serviços de Agregação de Informações (coletam e sumarizam dados brutos), Serviços de Colaboração (utilizam dados obtidos e processados para tomada de decisão) e Serviços de Ubiquidade (oferecem serviços de colaboração e inteligência a qualquer momento e lugar).
· Uma plataforma IoT é definida como um conjunto de softwares capaz de gerenciar dispositivos IoT de forma completa e centralizada.
4. Noções sobre Prototipagem de Soluções IoT
· Embora os detalhes específicos sobre como prototipar não estejam explicitamente descritos nos trechos fornecidos para esta unidade, a base para a prototipagem reside na compreensão dos blocos de construção da IoT (sensores/atuadores, comunicação, computação, etc.) e das arquiteturas de soluções.
· A escolha da plataforma IoT (código aberto ou proprietária) e a utilização de serviços em nuvem (PaaS, por exemplo, que fornece uma plataforma para desenvolvimento) impactam diretamente o processo de prototipagem.
1. Introdução: A Era da Internet das Coisas e a Nuvem
· Nos últimos anos, a Internet evoluiu de uma rede basicamente de computadores conectados para incluir objetos físicos conectados. Sensores, tecnologias de identificação e inteligência incorporadas aos objetos estão impulsionando o rápido desenvolvimento da IoT.
· Nesse cenário, a Computação em Nuvem (Cloud Computing) surge como uma necessidade essencial, pois evita que os usuários tenham que construir infraestruturas complexas de Tecnologia da Informação (TI), como instalação, configuração e atualização de softwares.
· A computação em Nuvem funciona como um modelo emergente onde todos os dados e as aplicações dos usuários são movidos para grandes centros de armazenamento, conhecidos como data centers.
2. O que é Computação em Nuvem?
· O termo "computação em nuvem" refere-se a um conceito de utilizar e acessar dispositivos conectados à internet sem precisar tê-los instalados em seu dispositivo local.
· A definição padrão adotada pelo NIST (National Institute of Standards and Technology) define Cloud Computing como um modelo que permite acesso conveniente, sob demanda via rede, a um conjunto compartilhado de recursos de computação configuráveis (como redes, servidores, armazenamento, aplicações e serviços). Esses recursos podem ser rapidamente provisionados e liberados com mínimo esforço de gestão ou interação com o fornecedor de serviços.
· A Cloud Computing possui cinco características essenciais fundamentais: 
· Self-service sob demanda: Os recursos computacionais podem ser adquiridos pelo usuário conforme sua necessidade, sem intervenção humana significativa.
· Amplo acesso à rede: Os recursos computacionais são disponibilizados na rede em tempo real e acessados por meio de mecanismos que possibilitam a utilização de plataformas Thin ou Thin Client (ex: celular, tablets, notebooks, desktops).
· Pool de recursos: Os recursos computacionais oferecidos são agrupados e atendem a diversos usuários (modelo multi-tenant), através de diferentes recursos físicos e também virtuais, distribuídos de forma dinâmica de acordo com a demanda.
· Elasticidade rápida: Para atender às necessidades dos usuários, os recursos computacionais são provisionados de forma rápida e elástica.
· Serviços mensuráveis: A utilização dos recursos deve ser gerenciada e monitorada, controlada e reportada de forma quantitativa e qualitativa, garantindo total transparência para o usuário e o fornecedor.
3. Modelos de Serviços da Nuvem
Os três modelos de negócio mais comuns de Cloud Computing são:
· Software as a Service (SaaS): Trata-se do modelo de implantação de software na nuvem, onde a aplicação é licenciada para ser usada como um serviço pelo cliente, via demanda, através da Internet. 
· Exemplos: Dropbox, Google Drive, Salesforce, Google Analytics,Zendesk, Netflix, Paypal.
· Visão para o cliente: Utiliza um provedor de aplicações rodando na Nuvem, sem a necessidade de gerenciar a infraestrutura.
· Platform as a Service (PaaS): Modelo que fornece uma plataforma de desenvolvimento para o suporte e entrega de aplicações e serviços, disponíveis pela Internet. 
· Exemplos: Google App Engine, Microsoft Azure Cloud Services.
· Visão para o cliente: Fornece a plataforma necessária para rodar um aplicativo e controle sobre implementações, configurações e hospedagens. Serviços de PaaS liberam o grupo de tarefas ligadas à administração do sistema, permitindo foco no crescimento do negócio.
· Alguns fornecedores e seus serviços PaaS incluem: AWS Elastic Beanstalk, Google App Engine, Microsoft Azure Cloud Services, IBM Bluemix, Red Hat OpenShift Online, Heroku.
· Benefícios do PaaS: Produtividade (elimina a necessidade de gerenciar balanceamento de carga, replicação, cluster, etc.), Desenvolvimento focado no negócio.
· Pontos de atenção no PaaS: Segurança (responsabilidade compartilhada), Aprisionamento (lock-in) a um provedor específico, Restrição a produtos prontos (requer flexibilidade e controle que IaaS oferece).
· Infrastructure as a Service (IaaS): Modelo que fornece a infraestrutura de hardware virtualizada (servidores, storage, redes) como um serviço. É típico de um ambiente virtualizado disponível pela Internet. 
· Exemplos: Amazon Elastic Compute Cloud (EC2), Rackspace Cloud Servers.
· Visão para o cliente: A infraestrutura é disponibilizada ao cliente para processamento, armazenamento, redes e recursos necessários para implantar e executar software.
· A arquitetura Everything-as-a-Service (XaaS) engloba os modelos PaaS, IaaS e SaaS e vai além, abrangendo qualquer coisa como um serviço online. Diversos tipos de serviços podem ser entregues, como NaaS (Network as a Service) e DBaaS (Data as a Service).
4. Modelos de Implementação da Nuvem
Existem quatro modelos de implementação:
· Nuvem Pública: Destinada ao público em geral. Os centros de dados são virtualizados e ficam fora do firewall da empresa. Geralmente, os serviços são disponibilizados pela Internet.
· Nuvem Privada: Exclusiva para uma única organização, atendendo vários consumidores ou unidades de negócio. Pode ser um espaço privado dedicado dentro de um centro de computação de dados, ideal para empresas que necessitam de um local seguro e apropriado.
· Nuvem Comunitária: O uso é aberto a uma comunidade específica de consumidores de organizações com objetivos e preocupações comuns. São organizações que compartilham os recursos de uma mesma infraestrutura.
· Nuvem Híbrida: É uma composição de pelo menos dois modelos de implementação (pública, privada ou comunitária).
5. Conceitos Relacionados em IoT: Fog Computing e Edge Computing
· Fog Computing (Computação em Névoa): Termo criado pela Cisco que define uma arquitetura computacional distribuída, trazendo a nuvem mais próxima do usuário. É visto como uma expansão da Computação em Nuvem. A computação em névoa envolve vários nós (Fog Nodes) que realizam processamento e armazenamento.
· Edge Computing (Computação de Borda): É a camada localizada mais perto da fonte de dados, ou seja, os dispositivos IoT. A computação de borda não se conecta diretamente à nuvem, mas sim a um aplicativo em nuvem que esteja sendo executado em um dispositivo local (ex: celular, atuando como a borda). O principal impulso da computação de borda é que a execução deve ser realizada em um local mais próximo de onde a informação é gerada. Dispositivos de borda podem armazenar informações, processá-las e podem realizar trabalhos de execução a partir da nuvem central, exigindo adicionalmente a entrega de serviços.
6. Integração Cloud-IoT
· A convergência da Computação em Nuvem e da Internet das Coisas é uma evolução impulsionada por cenários específicos e tecnologias.
· Fatores que motivam essa integração incluem:
· Processamento: A capacidade da nuvem de processar grandes volumes de dados gerados pelos dispositivos IoT. Desafios de performance computacional em aplicações que exigem movimento.
· Comunicação: A necessidade de uma infraestrutura que otimize o gerenciamento dos objetos e a conexão entre eles, com o compartilhamento dos dados. Soluções de nuvem permitem gerenciar e controlar dispositivos remotos com alta velocidade.
· Armazenamento: Restrições de espaço nos dispositivos IoT levam ao armazenamento na nuvem, sob demanda e não volátil. A nuvem fornece espaço escalável para grandes volumes de dados (Big Data), permitindo configurar segurança de acesso e manipulação dos dados. Big Data é um desafio em Cloud-IoT, mas também uma oportunidade.
· Segurança: Os dados dos serviços IoT armazenados na nuvem envolvem criptografia. Os desafios de segurança incluem a criptografia e o acesso aos dados pelo usuário.
· Confiabilidade: Muitas aplicações IoT são críticas (ex: saúde). Confiabilidade é um desafio importante.
· A integração Cloud-IoT oferece benefícios como a análise e visualização de grandes volumes de dados gerados pelos dispositivos. Esses dados podem ser empregados para examinar, relacionar e transformar informações através de algoritmos e modelos genéticos. A integração de tecnologias de Big Data e Cloud Computing agrega valor e possibilita a inovação em plataformas de IoT.
7. Exemplos de Provedores de Serviços em Nuvem
As grandes empresas que utilizam a nuvem incluem:
· Amazon: Oferece serviços como Elastic Compute Cloud (EC2) para máquinas virtuais, Simple Storage Service (S3) para armazenamento de dados, Simple Queue Service (SQS) para comunicação entre máquinas, e SimpleDB para mapeamento de dados.
· Google: Disponibiliza Google Docs, Google Applications (SaaS), Google App Engine (PaaS), e Chrome OS para rodar em Nuvem.
· Microsoft Azure: Oferece serviços como Windows Azure (serviços de hospedagem, gerenciamento e armazenamento), SQL Services (banco de dados), .Net Services (aplicações baseadas em .Net Framework), Live Services (armazenamento e sincronização) e SharePoint/Dynamics CRM Services.
8. Modelos de Negócio e o Papel da Liderança (Relacionado ao Material)
· Além dos aspectos técnicos da nuvem, o material discute a evolução dos modelos de negócio e a importância de estar orientado ao cliente e suas demandas atuais e futuras.
· O conceito de Plataforma de Negócios é apresentado como um novo paradigma. Uma plataforma de negócios é um conjunto de negócios reunidos em uma mesma organização, focada em atender seus clientes com base em suas competências essenciais. O sucesso da evolução de negócios está intrinsecamente relacionado à adoção de negócios fundamentados nas competências essenciais.
· Uma plataforma de negócios expansionista busca sempre a ambição de crescer e ampliar sua influência. As plataformas de negócios têm como característica a facilidade em destruir negócios promissores e investir em novos empreendimentos.
· O papel do líder nesse novo modelo de negócio é crucial. O líder é visto como um "líder conector" que orienta a expansão do negócio e assume riscos.
· Empresas como Amazon, Apple, Red Bull, Hyundai e Tesla são citadas como exemplos que demonstram essa evolução para modelos de negócio orientados a plataformas e o papel da liderança na adaptação.
9. Conglomerados vs. Plataformas
· O material diferencia os conglomerados tradicionais das plataformas de negócios. Enquanto conglomerados crescem por fusões e aquisições, buscando retornos sobre investimento e estratégias de defesa, as plataformas de negócios se baseiam em competências essenciais e estratégias de expansão orientadas à demanda do cliente.
· A visão de uma plataforma de negócios está intrinsecamente ligada à sua essência.
UNIDADE 4
Transmissão de Dados e Segurança em IoT
· Noções de redes de comunicações de dados.
· Compreender sobre as redes TCP/IPv4 e IPv6.
· Entender a relação entre a Internet e redes de sensores.
· Conhecer os principais desafios relacionados à segurança em IoT.
A transmissão de dados é um pilar na IoT, pois é ela que possibilita a interação entreos dispositivos e a realização de tarefas com mínima intervenção humana, visando tornar os processos mais rápidos, seguros e automatizados. No entanto, a implementação da IoT enfrenta barreiras que precisam ser superadas, como regulamentos, tributos, custos operacionais, sindicatos conservadores, e, de forma notável, a segurança.
1. Noções de Redes de Comunicações de Dados em IoT
· A comunicação de dados é essencial para a IoT, permitindo que os objetos se conectem, troquem informações e atuem.
· O avanço das redes sem fio é um fator chave que possibilita essa conectividade e a transmissão de dados para a Internet.
· A Internet das Coisas transforma a internet em uma ferramenta essencial no domínio sensorial, lidando com dados capturados por sensores, como pressão, vibração, iluminação, umidade, volume, altura, comprimento, entre outros.
· Desde os primórdios da ARPANET, vários protocolos de comunicação existem. Atualmente, o padrão mais utilizado para a rede que conecta tudo pela internet é o TCP/IP.
· No mundo onde as coisas interagem com pessoas e outras coisas, a velocidade e a qualidade da comunicação são muito importantes. Um objeto conectado pode ser acessado por meio de uma rede cabeada, sem fio, ou móvel 4G. O Brasil já possui a rede 4G pronta para IoT, e o 5G está a caminho.
· As Redes de Sensores sem Fio (RSSFs) são um tipo importante de rede no contexto da IoT. Uma RSSF é uma coleção de dispositivos independentes e distribuídos que coletam e transmitem dados digitalmente por um canal sem fio. Elas podem empregar centenas ou milhares de sensores, acompanhados por gateways e uma unidade de coordenação ou controle.
· Tecnologias típicas para RSSFs incluem WiFi, Bluetooth, IEEE 802.15.4, RFID e ZigBee, operando em diversas camadas da rede (física, enlace, rede, segurança e aplicação). RSSFs são geralmente alimentadas por baterias.
· A escalabilidade é uma característica importante para as redes de sensores, pois elas precisam acomodar o crescimento exponencial dos dados gerados.
· A comunicação é considerada um dos blocos básicos na construção da Internet das Coisas. Refere-se à unidade de processamento, microcontroladores, FPGAs e processadores, através da qual os objetos IoT se conectam e se tornam inteligentes.
· Tecnologias como 2G e 3G suportam comunicações Máquina a Máquina (M2M) e integração de sensores. ZigBee é adequado para transmissão de dados de sensores em curta distância, com baixa complexidade, baixo consumo de energia e taxa. A tecnologia Ultra Wide Band (UWB) é utilizada para aplicações de curto alcance em ambientes internos e sistemas de posicionamento em tempo real.
· M2M é um princípio tecnológico industrial relacionado à telemetria e automação, como controle de máquinas e monitoramento de consumo de energia. Embora haja alguma confusão entre M2M e IoT, os conceitos estão intimamente relacionados.
Este panorama inicial nos dá uma boa base sobre a importância e os tipos de redes e tecnologias de comunicação de dados utilizadas na IoT, além de alguns dos desafios enfrentados.
2. Redes TCP/IPv4 e IPv6
· A Internet é fundamental para a IoT, funcionando como uma camada ou rede composta por switches, roteadores e outros equipamentos, cuja função principal é transportar informações de um ponto a outro de forma rápida, confiável e segura.
· Desde os primórdios da ARPANET, diversos protocolos de comunicação foram desenvolvidos, sendo o padrão TCP/IP o mais utilizado atualmente para conectar tudo pela internet.
· O TCP/IP é um conjunto de protocolos que permite a comunicação entre dispositivos em diferentes redes. O Protocolo Internet (IP) é responsável pelo endereçamento e roteamento dos pacotes de dados.
· No contexto da IoT, onde se espera um crescimento exponencial de dispositivos conectados, o sistema de endereçamento se torna um ponto crítico. Embora não detalhado nas fontes, o IPv4 possui um número limitado de endereços disponíveis, o que se torna uma barreira para a conexão de trilhões de objetos previstos para o futuro.
· A implementação do IPv6 é mencionada como uma das barreiras que têm retardado o desenvolvimento da IoT, segundo a Cisco. O IPv6 oferece um espaço de endereçamento muito maior, capaz de acomodar a vasta quantidade de dispositivos que compõem a Internet das Coisas.
· A utilização do TCP/IP permite que objetos IoT se conectem e se tornem "inteligentes".
3. A Relação entre a Internet e Redes de Sensores
· A Internet das Coisas transforma a internet em uma ferramenta essencial no domínio sensorial. Isso significa que a internet passa a lidar com grandes volumes de dados capturados por sensores, que medem grandezas como pressão, vibração, iluminação, umidade, volume, altura, comprimento, entre outros.
· As Redes de Sensores Sem Fio (RSSFs) são coleções de dispositivos independentes e distribuídos que coletam e transmitem dados digitalmente através de um canal sem fio. Uma RSSF pode envolver centenas ou milhares de sensores, juntamente com gateways e uma unidade de coordenação ou controle.
· Sensores assumem um papel central na construção de soluções para a Internet das Coisas. Eles geram dados contínuos ou são acionados por eventos. A informação coletada pelos sensores é armazenada, transmitida, interpretada e utilizada para produzir informação útil.
· Tecnologias típicas para RSSFs incluem WiFi, Bluetooth, IEEE 802.15.4, RFID e ZigBee. Estas tecnologias operam em diversas camadas da rede, como física, de enlace, de rede, de segurança e de aplicação. As RSSFs são geralmente alimentadas por baterias.
· A comunicação, seja por rede cabeada, sem fio ou móvel (como 4G, já pronta para IoT no Brasil, com o 5G a caminho), é crucial para que os objetos IoT possam se conectar e interagir. As RSSFs se conectam a essas redes, muitas vezes por meio de gateways, para enviar os dados coletados para a Internet.
· A relação é simbiótica: a Internet fornece a infraestrutura para transportar e, em muitos casos, processar e armazenar os dados gerados pelas redes de sensores, e as redes de sensores fornecem os dados sensoriais que alimentam as aplicações e serviços da IoT, tornando o mundo físico detectável e interativo.
· A escalabilidade é uma característica importante para as redes de sensores, pois o crescimento exponencial dos dados gerados exige que a rede possa acomodar esse aumento.
4. Protocolos LoRa e NB-IoT
· Além das tecnologias de rede mais conhecidas, existem protocolos de comunicação mais recentes e promissores que estão sendo cada vez mais utilizados em aplicações IoT, como LoRa e NB-IoT (Narrowband-IoT).
· Embora os detalhes específicos desses protocolos não estejam aprofundados nas fontes apresentadas, eles são destacados no mapa conceitual como tecnologias importantes dentro da transmissão de dados para IoT.
· Geralmente, protocolos como LoRa e NB-IoT são projetados para comunicação de baixa potência e longo alcance, ideais para dispositivos IoT que precisam transmitir pequenas quantidades de dados por grandes distâncias sem consumir muita energia.
5. Principais Desafios Relacionados à Segurança em IoT
· O avanço da IoT, que tem como objetivo conectar todos os dispositivos através da Internet, proporciona a troca de informações e realização de tarefas com o mínimo de interferência humana, buscando tornar os processos mais rápidos, seguros e automatizados.
· Entretanto, para que o Brasil alcance as previsões positivas de crescimento na área de IoT, é necessário ultrapassar algumas barreiras, e a segurança é mencionada explicitamente como uma dessas barreiras que, atualmente, dificultam sua implementação.
· Aspectos relacionados à segurança também são uma preocupação.
· Com o aumento significativo de dispositivos conectados à Internet, os ataques de segurança ocorrem com frequência, gerando uma preocupação na área de segurança. A segurança aumenta na mesma proporção que o número de equipamentos conectados.
· No contexto das Redes de Sensores Sem Fio (RSSFs), a segurança é uma das camadas (física, enlace, rede, segurança e aplicação) onde tecnologias típicas comoWiFi, Bluetooth, IEEE 802.15.4, RFID e ZigBee operam.
· Segundo Krishnamurthi (2020), um dos principais desafios relacionados ao sensoriamento de dados em IoT são as restrições técnicas. Os sensores são altamente vulneráveis a falhas, ataques e quebra física. Isso pode levar à perda de dados do sensor e a informações imprecisas.
· Em uma lista dos cinco maiores problemas apontados para empreendedores de IoT no Brasil, realizada pela Tech in Brazil em 2015, o nível de segurança dos dispositivos conectados foi destacado.
· Outro ponto levantado pela mesma fonte são os custos de operação com roubos e/ou depredação de infraestrutura.
· Além disso, no mundo conectado da IoT, a segurança e a privacidade das informações são cada vez mais importantes.
· A rapidez com que ocorrem falhas e as correções dirigidas a vulnerabilidades é um fator essencial para a segurança, especialmente considerando a dificuldade de aplicar correções devido à baixa qualidade dos dispositivos e equipamentos fabricados por diferentes empresas.
· Uma plataforma IoT esperada, além da segurança, precisa oferecer outros serviços como interoperabilidade, gestão de grande volume de dados, descoberta de dados, etc.. Os diferentes protocolos de comunicação utilizados pelos dispositivos IoT podem precisar de distintos níveis de privacidade e segurança. Para isso, utilizam-se protocolos de criptografia, mas a existência desses protocolos para funcionarem corretamente depende da existência de potentes recursos computacionais para o seu processamento.
· O principal desafio em segurança e privacidade na IoT é pensar no número crescente de dispositivos e usuários. É necessário que os sistemas de segurança e privacidade sejam inclusivos com as novas demandas que surgem com o amadurecimento da área.
· No contexto da integração entre Cloud Computing e IoT (Cloud-IoT), um dos desafios críticos apontados é a segurança. Os dados dos serviços IoT são frequentemente armazenados na nuvem, e os desafios envolvem a criptografia durante o envio dos dados para a nuvem e durante o acesso aos dados pelo usuário.
· Outro desafio na implementação da computação em Nuvem para a Internet das Coisas é a segurança agregada aos serviços de Internet das Coisas baseados em Nuvem. É preciso compatibilizar as diferenças entre os mecanismos de segurança dos dispositivos e das plataformas.
UNIDADE 5
Para começar, vamos focar nos casos de utilização e nas verticais onde a IoT tem sido aplicada. Os materiais destacam que a unidade se relaciona diretamente com as áreas de "Indústria" e "Rural", que são verticais importantes para a IoT.
As fontes listam diversas verticais e casos de uso, como:
· Manufatura (Indústria): Tornando as fábricas mais "inteligentes".
· Agronegócio (Rural).
· Saúde/Medicina: Monitoramento contínuo de pacientes, auxiliando médicos no diagnóstico, dispositivos biomédicos.
· Cidades Inteligentes (Smart Cities): Monitoramento de tráfego, segurança e meio ambiente, otimização de processos urbanos.
· Veículos Conectados / Carros: Reduzindo congestionamentos em sistemas de tráfego inteligentes.
· Casa Conectada: Eletrodomésticos inteligentes.
· Varejo.
· Wearables (dispositivos vestíveis).
· Gestão de Frotas.
· Prédios Inteligentes.
· Smart Grid (Redes Elétricas Inteligentes).
· Segurança Pública.
· Gestão de Maquinário Produtivo.
· Governo.
· Educação: Utilizando metodologias e ferramentas baseadas em IoT.
· Monitoramento de Carga.
Esses projetos e aplicações se baseiam, naturalmente, nas tecnologias e plataformas de IoT que exploramos nas unidades anteriores, utilizando redes de comunicação, sensores e atuadores, e frequentemente integrando serviços em nuvem para processamento e análise de dados.
Após abordar os diversos casos de uso e verticais, o próximo passo na unidade é entender os modelos de negócio associados a esses projetos de IoT.
A discussão sobre modelos de negócio em IoT está intimamente ligada aos Serviços em Nuvem para IoT. A computação em nuvem (Cloud Computing) oferece modelos de serviço que são frequentemente utilizados na implementação de soluções IoT, como:
· Software as a Service (SaaS): Onde o software da aplicação IoT é fornecido como um serviço pela internet.
· Platform as a Service (PaaS): Fornece a plataforma necessária para rodar aplicativos IoT, incluindo sistemas operacionais, servidores e ambientes de desenvolvimento.
· Infrastructure as a Service (IaaS): Oferece a infraestrutura de hardware virtualizada, como servidores e armazenamento, essencial para suportar as soluções IoT.
Além de utilizarem esses modelos de serviços de computação em nuvem, a própria IoT habilita novos modelos de negócio. A capacidade de conectar dispositivos, coletar e analisar dados em larga escala permite a criação de propostas de valor inovadoras em diversas verticais.
As Plataformas de IoT desempenham um papel crucial nesses modelos, pois servem como middleware para conectar dispositivos, gerenciar dados e disponibilizar serviços. Existem diferentes tipos de plataformas, algumas focadas em conectividade (M2M), outras em tipos específicos de dispositivos, e plataformas mais amplas que oferecem funcionalidades completas para análise e visualização de dados.
Um conceito relacionado destacado nos materiais, especialmente na discussão sobre Cloud Computing e o sucesso de empresas como a Amazon, é o de "plataforma de negócios". Uma plataforma de negócios é um conjunto de negócios reunidos sob uma estratégia corporativa única, ancorada em competências essenciais e focada nos clientes e suas demandas futuras. Essa abordagem pode ser aplicada no contexto da IoT, onde empresas constroem plataformas que agregam valor através da conexão de múltiplos dispositivos e serviços. A Amazon, por exemplo, evoluiu seu modelo de negócio para ser centrado no cliente ("customer centricity"), e a visão estratégica que impulsiona essa abordagem é crucial para o sucesso.
Portanto, ao discutir projetos de IoT, é fundamental analisar não apenas a tecnologia utilizada e a vertical de aplicação, mas também como a solução gera valor e qual modelo de negócio a sustenta, frequentemente envolvendo a computação em nuvem e a criação de plataformas robustas.
Vamos agora detalhar em como a IoT habilita novos modelos de negócio.
A capacidade da Internet das Coisas de conectar objetos físicos à internet, permitindo a coleta, transmissão, análise e distribuição de informações em larga escala, é a base para a habilitação de novos modelos de negócio e a transformação dos existentes. A IoT essencialmente transforma objetos físicos em objetos de informação, e essa capacidade de gerar e usar dados em tempo real abre diversas oportunidades.
Vejamos como a IoT habilita esses modelos, com base nos materiais:
1. Geração e Análise de Dados (Big Data e Ciência de Dados): A IoT gera um volume imenso de dados provenientes dos dispositivos conectados. A capacidade de coletar e analisar esse "Big Data" é crucial. Modelos de negócio podem ser baseados na venda, compartilhamento ou uso estratégico desses dados para obter insights acionáveis, otimizar operações, prever necessidades ou oferecer serviços personalizados. A computação em nuvem é indispensável para processar esse grande volume de dados.
2. Oferta de Serviços Baseados em Dados e Conectividade: Muitos modelos de negócio em IoT se baseiam na entrega de serviços, não apenas na venda de um produto. Exemplos incluem: 
· Monitoramento Contínuo: Na saúde, o monitoramento contínuo de pacientes permite tratamentos personalizados e auxilia médicos no diagnóstico.
· Otimização e Automação: Em cidades inteligentes, a IoT habilita o monitoramento de tráfego, segurança e meio ambiente, permitindo a otimização de processos urbanos. Na indústria ("Manufatura 4.0"), a conexão de maquinário produtivo e a coleta de dados permitem fábricas mais inteligentes e gestão mais eficiente.
· Gestão de Ativos: Monitoramento de carga ou gestão de frotas se tornam mais eficientes com dispositivos conectados que fornecem localização, status e outras informações em temporeal.
· Serviços ao Consumidor: Eletrodomésticos conectados ou dispositivos vestíveis (wearables) permitem novos serviços para o usuário final, muitas vezes controlados por aplicativos e integrados a ecossistemas maiores.
3. Utilização de Plataformas de IoT e Serviços em Nuvem: As soluções IoT frequentemente utilizam Plataformas de IoT como middleware para conectar dispositivos, gerenciar dados e habilitar a criação e entrega de serviços. Essas plataformas, muitas vezes baseadas em Computação em Nuvem (oferecendo IaaS, PaaS, SaaS), fornecem a infraestrutura e as ferramentas necessárias para implementar e escalar soluções IoT. Modelos de negócio podem ser centrados nessas plataformas, oferecendo funcionalidades ou acesso a dados para desenvolvedores e outras empresas.
4. Criação de "Plataformas de Negócios": A IoT contribui para a evolução de empresas em "plataformas de negócios", que são conjuntos de negócios reunidos sob uma estratégia única, focada nas demandas atuais e futuras dos clientes. Assim como a Amazon evoluiu para uma plataforma centrada no cliente, agregando diversos serviços (incluindo computação em nuvem que suporta IoT), empresas podem usar a IoT para criar plataformas que conectam múltiplos dispositivos, serviços e usuários, gerando valor através dessa interconexão e dos dados gerados.
5. Melhoria da Produtividade e Tomada de Decisão: A capacidade de coletar dados em tempo real e analisá-los habilita modelos que focam em melhorar a eficiência operacional, aumentar a produtividade e suportar uma tomada de decisão mais informada. Isso pode ser aplicado em diversas verticais, como indústria e agronegócio, que são destacadas como áreas importantes para projetos de IoT.
Em resumo, a IoT habilita novos modelos de negócio ao transformar o mundo físico em uma fonte rica de dados e interações, que, quando combinados com tecnologias como a Computação em Nuvem, Big Data e Plataformas, permitem a criação e entrega de serviços inovadores, a otimização de processos existentes e o desenvolvimento de ecossistemas de negócios baseados em plataformas conectadas.