T2 Plataformas de middleware e protocolos de comunicação para IoT

Prévia do material em texto

DESCRIÇÃO
Apresentação das principais plataformas e protocolos utilizados para desenvolver aplicações de IoT com a
descrição de suas características, vantagens e desvantagens.
PROPÓSITO
Compreender as principais plataformas e protocolos utilizados para desenvolver aplicações de IoT.
OBJETIVOS
MÓDULO 1
Descrever as plataformas de middleware mais utilizadas: Xively, WSO2, ThingSpeak, OpenIoT, ThingsBoard
MÓDULO 2
Reconhecer os protocolos de rede para IoT: MQTT, CoAP, XMPP-IoT, RESTful HTTP, DDS, AMQP
INTRODUÇÃO
A Internet das Coisas, também conhecida como Internet dos Objetos, se refere à interconexão de objetos
físicos (coisas) que contêm sensores com serviços da WEB, nos quais os dados podem ser processados e, a
partir disso, viabilizar tomadas de decisão. Essa conectividade permite que os objetos possam comunicar-se
com as pessoas e entre si. As aplicações da IoT são diversas, como, por exemplo, o monitoramento e
controle das condições de ambientes, de saúde, de frota de veículos, monitoramento, além do controle
industrial e da automação residencial.
As tecnologias e protocolos que possibilitam que as aplicações IoT tenham tido tanto sucesso e ainda
estejam em expansão possuem diversas características que levam em conta as limitações de recursos, um
ponto fundamental nesse tipo de aplicação. Ao longo deste estudo, exploraremos essas tecnologias e
protocolos, destacando seus aspectos principais, vantagens e desvantagens.
INTERNET DAS COISAS
Do inglês, Internet of Things (IoT)
MÓDULO 1
 Descrever as plataformas de middleware mais utilizadas: Xively, WSO2, ThingSpeak, OpenIoT,
ThingsBoard
SERVIÇOS DA NUVEM
A integração entre as diversas tecnologias tem se tornado uma realidade cada vez mais atual. Isso se deve,
especialmente, ao uso intensivo dos serviços da nuvem. Basicamente, trata-se de um conjunto de recursos
computacionais que oferece meios para que entidades como programas e dispositivos possam se comunicar
na Internet. Os modelos mais comuns de serviços na nuvem são:
javascript:void(0)
SAAS
Abreviação para software como um serviço – em inglês, Service as a Software. Trata-se de uma aplicação
oferecida via Internet por um determinado preço, que varia conforme as necessidades de uso da parte
contratante. Ele viabiliza que o usuário utilize apenas as funcionalidades do sistema que serão úteis para
suprir suas necessidades. A facilidade desse serviço é que o usuário não precisa se preocupar com questões
relacionadas à instalação, ambiente para execução, manutenção e upgrades.
PAAS
Abreviação para plataformas como um serviço – em inglês, Plataform as a Service. Aqui, é disponibilizado
um ambiente de desenvolvimento para que o contratante possa trabalhar na criação de seus próprios
programas. De um modo mais concreto, significa que os desenvolvedores terão acesso à infraestrutura,
servidores, ferramentas, bibliotecas e bancos de dados.
IAAS
Abreviação para infraestrutura como um serviço – em inglês, Infrastructure as a Service. Nesse modelo, os
servidores, componentes de armazenamento, o espaço físico e a rede são oferecidos para os contratantes.
DAAS
Trata-se do modelo de desktop como um serviço – em inglês, Desktop as a Service. Basicamente, é uma
máquina virtual disponibilizada na nuvem.
XAAS
Trata-se de um termo genérico usado para referenciar a computação sob demanda. A ideia desse modelo é
“tudo como um serviço”, ou seja, um modelo que oferece qualquer função ou recurso para uso e pagamento
de acordo com a necessidade do contratante. Ele generaliza diversos serviços, tais como: e-mail, ERP, redes
e banco de dados e até mesmo modelos de serviços, tais como o CaaS, MaaS, DRaaS e NaaS.
CAAS
Comunicação como um serviço
MAAS
javascript:void(0)
javascript:void(0)
javascript:void(0)
javascript:void(0)
Monitoramento como um serviço
DRAAS
Recuperação de desastres como um serviço
NAAS
Redes como um serviço
Nesse cenário de diversos modelos de serviço na nuvem, ainda existe o IoTPaaS, que é uma extensão do
PaaS que inclui características específicas para aplicações de Internet das Coisas. Assim, temos diversas
plataformas de middleware em que o software viabiliza a comunicação entre o dispositivo e a rede. A primeira
dessas plataformas que vamos abordar é a Xively.
XIVELY
A Xively é uma plataforma de propriedade do Google para a implantação de aplicações de Internet das
Coisas na nuvem que permite que as empresas possam conectar e gerenciar produtos na rede e, assim,
transmitir e analisar os dados produzidos em outros sistemas. Logo que foi criada, em 2007, ela era
conhecida como Pachube. É disponibilizada como Plataforma como Serviço, inclui serviços de diretório de
dados, bem como segurança de dados e uma interface de usuário da web. Basicamente, trata-se de uma
infraestrutura de coleta, gerenciamento e distribuição de dados. Além disso, ela também fornece API com
suporte para as linguagens de programação: Android, Arduino, C, Python e Java (RAY, 2016).
A Xively fornece ferramentas para modelar a conexão entre as diversas partes de um negócio. Ela tem
suporte para a maioria das estruturas de IoT e microcontroladores do mercado para criar um projeto ou
produto 'inteligente'. Uma interface Xively Web é fornecida para ser usada na implementação de uma
aplicação front end. Ela pode implementar os seguintes protocolos e recursos:
HTTP
API
MQTT
Na prática, o uso desses protocolos facilita a conectividade dos dispositivos com a nuvem.
A Xively viabiliza a criação de aplicações para processamento em tempo real e armazenamento na nuvem.
Para poder usar os serviços da nuvem Xively, é necessário registrar-se no site de soluções em nuvem do
Google (Google Cloud IoT). Apenas depois de fazer a criação da conta, os desenvolvedores podem criar
aplicações de IoT. A Xively tem dois conceitos básicos:
DISPOSITIVO XIVELY
É o dispositivo, ou o projeto de IoT que será conectado na rede. A ideia é que o dispositivo funcione como um
envelope contendo os dados.
CANAIS
É o fluxo de dados (streaming) relacionados aos sensores. Normalmente, o número do canal é igual ao
número do sensor.
Cada dispositivo conectado recebe um identificador único que serve para especificar o fluxo de dados e
metadados do dispositivo conectado. Assim que isso for feito, as permissões nos dispositivos IoT são
atribuídas usando as API disponíveis. As permissões disponíveis são:
CRIAR
ATUALIZAR
EXCLUIR
LER
Para que uma aplicação possa se comunicar com a plataforma de serviços Xively, é necessária a utilização
de uma API chamada de Xively REST API. Na imagem a seguir, apresentamos a arquitetura da plataforma
Xively.
Imagem: A survey of commercial frameworks for the internet of things, Derhamy, H.; Eliasson, J.; Delsing, J.;
Priller, P. 2015, p. 5. Adaptado por Sérgio Monteiro.
 Arquitetura da plataforma Xively.
Como vimos na imagem, a plataforma fornece um barramento de mensagem central que faz o roteamento
das mensagens entre dispositivos de protocolos diferentes. O barramento de mensagem se combina com a
API Xively para MQTT, HTTP e Web Sockets para fornecer uma camada de interoperabilidade. Além disso, o
framework possui serviços extras que permitem realizar serviços de negócios e integração de sistemas.
A Xively oferece vantagens e desvantagens, dentre as quais, as principais estão apontadas a seguir:
VANTAGENS
Suporte direto do Google.
Fácil integração com dispositivos usando API RESTful.

DESVANTAGEM
Pouco suporte para notificações.
WSO2
A WSO2 é uma provedora de tecnologia de código aberto (A Reference Architecture For The Internet of
Things, 2021). Ela dá suporte para o monitoramento, gerenciamento e interação de dispositivos de IoT de
modo a viabilizar, assim, o processo de comunicação entre a IoT e a nuvem. A WSO2 possui cinco camadas
horizontais que são: comunicação com o cliente externo, processamento e análise de eventos, camada
de agregação, comunicação e dispositivos; e duas camadas transversais que são: gerenciamentode
dispositivos e identidade e gerenciamento de acesso. Na imagem a seguir, apresentamos como a
arquitetura da WSO2 é estruturada.
Imagem: Sérgio Monteiro
 Arquitetura do WSO2.
Agora, vamos entender melhor o que significa cada camada.
Na camada horizontal, temos:
DISPOSITIVOS IOT
Essa camada tem os recursos necessários para que os dispositivos possam se conectar à Internet. Podem
existir dispositivos de vários tipos, mas para que possam ser considerados dispositivos IoT, eles precisam ter
recursos de comunicação para estabelecer uma conexão direta, ou indireta à Internet. Alguns exemplos de
dispositivos de conexões diretas são:
Arduino com conexão Ethernet Arduino.
Arduino Yún com uma conexão Wi-Fi.
Raspberry Pi conectado via Ethernet ou Wi-Fi.
Intel Galileo conectado via Ethernet ou Wi-Fi.
Exemplos de dispositivos que conectam indiretamente são:
Dispositivos ZigBee conectados por meio de um gateway ZigBee.
Dispositivos Bluetooth, ou Bluetooth Low Energy conectando-se por meio de um telefone celular.
Dispositivos que se comunicam por rádios de baixa potência com um Raspberry Pi.
 
Para que um dispositivo possa ser reconhecido, ele precisa de uma identidade. A identidade pode ser uma
das seguintes:
Um identificador exclusivo (UUID) gravado no dispositivo.
Um UUID fornecido pelo subsistema de rádio (por exemplo, identificador Bluetooth, endereço MAC Wi-
Fi).
Um OAuth2 Refresh/Bearer Token.
Um identificador armazenado em memória não volátil, como EEPROM.
CAMADA DE COMUNICAÇÃO
Habilita os dispositivos a se comunicarem com aplicações front-end, painéis e portais Web via APIS. A
camada de comunicação dá suporte para a conectividade dos dispositivos. Existem vários protocolos para
comunicação entre os dispositivos e a nuvem. Os três protocolos potenciais mais conhecidos são:
HTTP/HTTPS.
MQTT.
Protocolo de aplicativo restrito (CoAP).
AGREGAÇÃO
As comunicações entre os diferentes dispositivos são agregadas e roteadas para um dispositivo específico.
Isso é feito através das transformações realizadas entre diferentes protocolos. A importância dessa camada
tem três motivos:
Capacidade de suportar um servidor HTTP e um broker MQTT para interagir com os dispositivos.
Capacidade de agregar e combinar comunicações de diferentes dispositivos e de rotear comunicações
para um dispositivo específico.
Capacidade de oferecer API baseadas em HTTP que são usadas como um recurso de mediação em
uma mensagem MQTT indo para o dispositivo.
PROCESSAMENTO DE EVENTOS E ANÁLISES
Captura os eventos que ocorrem no dispositivo IoT e fornece, assim, a capacidade de processar e agir sobre
esses eventos. Um importante recurso dessa camada é o de armazenar os dados em um banco de dados.
Ela pode fazer isso das seguintes formas:
Através do modelo tradicional, ou seja, implementar um aplicativo do lado do servidor com conexão a
um banco de dados.
Usar uma plataforma de análise de big data que seja escalável em nuvem.
Outra abordagem é oferecer suporte ao processamento de eventos complexos para iniciar atividades e
ações quase em tempo real com base nos dados dos dispositivos e do resto do sistema.
CAMADA DE COMUNICAÇÕES COM CLIENTES EXTERNOS
Fornece uma maneira para que os dispositivos se comuniquem fora do sistema orientado a dispositivos. Isso
pode ser feito por front-end e portais baseados na web que interajam com dispositivos e com a camada de
processamento de eventos, ou por painéis que tenham visualizações de análises e processamento de
eventos, ou ainda, interagir com sistemas fora da rede usando comunicações máquina-a-máquina por API.
Na camada vertical, temos:
GERENCIAMENTO DE DISPOSITIVOS
Faz a comunicação com os dispositivos por meio de vários protocolos e fornece controle individual e de
diversos dispositivos. Também faz o gerenciamento remoto dos programas implantados nos dispositivos.
Nessa camada, é mantida a lista de identidades de dispositivos e mapeamento dos seus proprietários. Ele
também gerencia os controles de acesso sobre os dispositivos com a camada de gerenciamento de
identidade e acesso. Existem três níveis de dispositivos:
 
Dispositivos totalmente gerenciados: são aqueles que ativam e executam um agente de
gerenciamento de dispositivos, por exemplo:
Gerenciar o software no dispositivo.
Ativar/desativar recursos do dispositivo (câmera, hardware etc.).
Gestão de controles e identificadores de segurança.
Monitorar a disponibilidade do dispositivo.
Manter um registro da localização do dispositivo.
Bloquear, ou limpar o dispositivo remotamente.
 
Os dispositivos não gerenciados: podem se comunicar com o resto da rede, mas não têm nenhum
agente envolvido. Isso pode incluir dispositivos em que as restrições são muito pequenas para suportar
o agente. O gerenciador de dispositivos ainda pode manter informações sobre a disponibilidade e
localização do dispositivo, caso esteja disponível.
 
Dispositivos semigerenciados: são aqueles que implementam algumas partes do gerenciamento de
dispositivos, como o controle de recursos, mas não o gerenciamento de software.
GERENCIAMENTO DE ACESSO
Fornece serviços de gerenciamento de identificação e de acesso. Essa camada precisa fornecer os
seguintes serviços:
Emissão e validação do token OAuth2.
Outros serviços de identidade, incluindo SAML2 SSO e suporte OpenID Connect para identificar
solicitações de entrada da camada da Web.
PDP XACML.
Diretório de usuários (por exemplo, LDAP).
Gerenciamento de política para controle de acesso (ponto de controle de política).
A WSO2 oferece a integração de API, serviços Web e de diversas aplicações. Essa característica – a da
integração - é a principal razão da sua existência como plataforma WSO2, com a qual é possível gerenciar
API, acessos e identidades, além de outros tipos de análises avançadas.
THINGSPEAK
A ThingSpeak é uma plataforma com recursos muito semelhantes ao Xively e tem como base a tecnologia de
nuvem pública (ThingSpeak for IoT Projects, 2021). Ela permite que seja feita a coleta de dados em tempo
real e a transmissão de forma privada para a nuvem. Esses dados podem ser analisados por aplicações
desenvolvidas em Matlab e Arduino, por exemplo, e, se necessário, uma ação pode ser tomada de acordo
com o que for programado a partir da detecção de certos padrões de eventos. Na imagem a seguir,
apresentamos um esquema que representa como o ThingSpeak trabalha.
Imagem: Sérgio Monteiro.
 Esquema de funcionamento do ThingSpeak.
Essa característica de fazer análise e processamento online dos dados, conforme eles chegam, é um dos
motivos pelo qual a ThingSpeak é normalmente utilizada para fazer prototipagem e prova de conceito de
sistemas IoT que requerem análises.
O ThingSpeak permite desenvolver uma aplicação que faça a leitura de sensores, rastreamento em tempo
real da localização de objetos e a criação de uma “rede social de coisas”. A API da plataforma também
permite o processamento matemático de dados como cálculo de média, mediana, somatório e
arredondamento.
Algumas das principais características do ThingSpeak são:
Recursos para fazer agregação, visualização e análise de fluxos de dados em tempo real na nuvem.
Facilidade para fazer a configuração de dispositivos para usar protocolos IoT populares, como HTTP, por
exemplo.
Visualização dos dados dos sensores em tempo real.
Agregar dados sob demanda de fontes de terceiros.
Integração com o MATLAB que facilita trabalhar com dados de IoT.
Aplicar o IoT analytics para fazer análises automaticamente com base no tratamento dos eventos.
Prototipar e construir sistemas IoT sem a necessidade de configurar servidores, ou desenvolver softwares da
Web.
O ThingSpeak possui vantagens e desvantagens, dentre as quais, as principais são apontadas a seguir:
VANTAGENS
Acesso à nuvem pública.
API para armazenamento e análise de dados.
Suporte às operações matemáticas.
DESVANTAGEM
Pouco suporte para conexão simultânea de dispositivos.
OPENIOT
OpenIoT é uma plataforma de IoTde código aberto, que tem como características principais (OpenIoT: Open
Source cloud solution for the Internet of Things, 2021):
Incorporação de dados e aplicativos IoT em infraestruturas de computação em nuvem.
Fornecimento de acesso seguro a aplicações compatíveis.
Fornecimento de suporte para a descoberta de sensores e dados em tempo real.
Suporte a sensores móveis e parâmetros de qualidade de serviço.
QUALIDADE DE SERVIÇO
QoS
No OpenIoT, as etapas de registro, aquisição de dados e implantação de sensores são gerenciadas pelo X-
GSN, que é o responsável por anotar semanticamente os dados do sensor e os metadados. O X-GSN é
semelhante aos sistemas Apache Storm ou Spark. Ele é usado para escrever scripts que permitem a
integração de qualquer sensor no OpenIoT.
Os dados de todas as entradas (dispositivos móveis, sensores, sistemas corporativos etc.) chegam ao X-
GSN que, por sua vez, anota os dados com os metadados necessários. Antes que os dados possam entrar
no sistema, cada sensor precisa ser registrado no sistema de banco de dados IoT usando a linguagem de
descrição de ontologia SSN. Uma vez registrado, este sistema pode enviar dados para a nuvem
centralizada ou eles também podem ser distribuídos.
ONTOLOGIA
O termo ontologia é muito importante em computação e empregado em diversos contextos. Alguns dos
trabalhos que foram importantes para aplicá-lo em ciência da computação foram os de Gruber (1995),
Guarino e Giaretta (1995) e Fikes e Farquihar (1999). A ontologia é usada como um modelo de dados
que representa um conjunto de conceitos dentro de um domínio e as relações entre esses conceitos.
Por exemplo, ela descreve:
Indivíduos: os objetos básicos.
Classes: conjuntos, coleções ou tipos de objetos.
Propriedades de atributos, recursos, características ou parâmetros que os objetos podem ter e
compartilhar.
Relações: maneiras pelas quais os objetos podem se relacionar.
javascript:void(0)
javascript:void(0)
Eventos: a mudança de atributos ou relações.
O X-GSN cuida de todos os dados de streaming e permite que sejam consultados e agregados antes de
serem transferidos para o OpenIoT.
O conceito fundamental do X-GSN é o de sensor virtual, que é capaz de representar qualquer entidade
abstrata (por exemplo, dispositivos físicos) que coleta quaisquer parâmetros. Para tornar um sensor virtual
acessível a partir do restante da plataforma OpenIoT, cada sensor virtual precisa se registrar no Linked
Sensor Middleware.
O LSM é outro componente central do OpenIoT que é responsável por tratar com a cadeia de coleta de
dados do sensor. Ele transforma e anota os dados que vêm de sensores virtuais – por meio de X-GSN – em
uma representação de dados vinculados, ou seja, RDF, e os armazena no banco de dados.
RDF
RDF é a sigla para Resource Description Framework, que é uma linguagem de propósito geral para
representar informações na Web (RDF 1.1 Turtle, 2021).
LINKED SENSOR MIDDLEWARE
LSM
A plataforma OpenIoT depende ainda do OpenLink Virtuoso – também conhecido como Virtuoso Universal
Server – que é um mecanismo de banco de dados híbrido que combina a funcionalidade de um sistema
gerenciador de banco de dados tradicional, sistema gerenciador de banco de dados orientado a objetos,
banco de dados virtual, RDF, XML, texto livre, servidor de aplicativos da Web e funcionalidade de servidor de
arquivos em um único sistema. A arquitetura da plataforma de dados OpenIoT é ilustrada a seguir.
javascript:void(0)
javascript:void(0)
javascript:void(0)
Imagem: Sérgio Monteiro.
 Arquitetura da plataforma OpenIOT.
 EXEMPLO
Um exemplo de aplicação da OpenIoT é para a melhoria da eficiência em operações industriais, como
manufatura e agricultura. A plataforma OpenIoT pode ser usada para monitorar o sensoriamento em
ambientes de manufatura através da análise dinâmica de sensores em tempo real dos dados para fornecer
indicadores de fabricação necessários, que é um fator que pode aumentar a agilidade da tomada de decisão
e do processo de fabricação.
THINGSBOARD
ThingsBoard é uma plataforma de IoT de código aberto para coleta, processamento de dados, visualização e
gerenciamento de dispositivos (ThingsBoard: Open-source IoT Platform, 2021). Ela oferece suporte de
conexão a protocolos IoT, como:
MQTT
COAP
HTTP
Também dá ao usuário a capacidade de gerenciar dispositivos através do registro, gerenciamento e
monitoramento de diferentes dispositivos, além de fornecer uma API para aplicativos do lado do servidor para
enviar comandos para dispositivos e vice-versa.
O ThingsBoard possui suporte para bancos de dados como HSQLDB, PostgreSQL e Cassandra. Ele tem um
mecanismo para análise de mensagens recebidas e pode ser integrado com Kafka e Apache Spark para
processamento mais complexo. A arquitetura do ThingsBoard é apresentada a seguir.
Imagem: Sérgio Monteiro.
 Arquitetura do ThingsBoard.
Suas principais caraterísticas são:
COMBINA ESCALABILIDADE, DESEMPENHO E TOLERÂNCIA A
FALHAS.
APRESENTA FÁCIL GERENCIAMENTO DE TODOS OS
DISPOSITIVOS CONECTADOS USANDO API DO LADO DO
SERVIDOR.
FAZ A TRANSFORMAÇÃO DOS DADOS DOS DISPOSITIVOS E
FACILITA ALARMES PARA DISPARAR ALERTAS EM TODOS OS
EVENTOS DE TELEMETRIA, ATUALIZAÇÕES E INATIVIDADE.
TEM CAPACIDADE PARA TRABALHAR COM MUITOS
DISPOSITIVOS AO MESMO TEMPO.
COMPARANDO AS PLATAFORMAS DE IOT
O especialista Sérgio Monteiro demonstra uma comparação das plataformas de IoT abordadas neste
módulo.
VERIFICANDO O APRENDIZADO
1. A INTERNET DAS COISAS (IOT) ESTÁ CADA VEZ MAIS PRESENTE EM DIVERSAS
APLICAÇÕES, COMO O MONITORAMENTO DE EQUIPAMENTOS À DISTÂNCIA E O
CONTROLE REMOTO DE CONDIÇÕES DE AMBIENTE, POR EXEMPLO. UMA DAS
QUESTÕES FUNDAMENTAIS PARA QUE A IOT TENHA TANTO SUCESSO ESTÁ
RELACIONADA ÀS PLATAFORMAS DE MIDDLEWARE QUE VIABILIZAM A
COMUNICAÇÃO ENTRE OS DISPOSITIVOS (QUE SÃO AS “COISAS”, OU
“OBJETOS”) E A INTERNET. ESCOLHA A OPÇÃO CORRETA QUE DEFINE IOT COMO
PLATAFORMA DE SERVIÇO (IOTPAAS):
A) Oferece ferramentas e demais recursos como bibliotecas que tratam especificamente do modo como
tecnologias de IoT vão interagir.
B) Disponibiliza um ambiente de desenvolvimento, para que o contratante possa trabalhar na criação de seus
próprios programas.
C) Viabiliza a integração entre dispositivos de diferentes tecnologias.
D) Fornece a infraestrutura necessária para que sejam desenvolvidas aplicações de IoT que se comuniquem
com aplicações WEB.
E) É uma abstração das tecnologias e protocolos necessários para viabilizar o desenvolvimento de
aplicações de IoT.
2. A WSO2 É UMA PLATAFORMA PARA DESENVOLVIMENTO DE APLICAÇÕES DE
INTERNET DAS COISAS (IOT) DE CÓDIGO ABERTO. ELA TEM DIVERSAS
CARACTERÍSTICAS INTERESSANTES, TAIS COMO ESCALABILIDADE,
GERENCIAMENTO DE GRANDES VOLUMES DE DADOS, SEGURANÇA E
ADAPTAÇÃO DINÂMICA. A RESPEITO DA ARQUITETURA DO WSO2, ESCOLHA A
OPÇÃO CORRETA:
A) Camada de comunicação: viabiliza a comunicação entre os dispositivos e aplicações WEB via APIS.
B) Processamento de eventos e análises: armazena dados oriundos dos eventos das aplicações WEB, como
triggers, e envia para os dispositivos, de modo que possam processar e agir sobre esses eventos.
C) Agregação: faz a análise dos dados dos dispositivos; usa técnicas de BigData, uma vez que os
dispositivos podem gerar muitos dados.
D) Dispositivos IoT: fornece o ambiente seguro para que os dispositivos possam comunicar-se entre si.
E) Transporte: é aplicada nas situações em que é necessário fazer o monitoramento remoto de
equipamentos.
GABARITO
1. A Internet das Coisas (IoT) está cada vez mais presente em diversas aplicações, como o
monitoramento de equipamentos à distância e o controle remoto de condições de ambiente, por
exemplo. Uma das questões fundamentais para que a IoT tenha tanto sucesso está relacionada às
plataformas de middleware que viabilizam a comunicação entre os dispositivos (que são as “coisas”,
ou “objetos”) e a Internet. Escolha a opção correta que define IoT como Plataforma de Serviço
(IoTPaaS):
A alternativa "A" está correta.
A IoT como Plataforma de Serviço (IoTPaaS) fornece serviços fundamentais para soluções IoT através do
fornecimento de ferramentas e bibliotecas que viabilizam o desenvolvimento de aplicações de IoT que se
comunicam com aplicações disponibilizadas na nuvem.
2. A WSO2 é uma plataforma para desenvolvimento de aplicações de Internet das Coisas (IoT) de
código aberto. Ela tem diversas características interessantes, tais como escalabilidade,
gerenciamento de grandes volumes de dados, segurança e adaptação dinâmica. A respeito da
arquitetura do WSO2, escolha a opção correta:
A alternativa "A " está correta.
A responsabilidade de fornecer os recursos para viabilizar a comunicação entre os dispositivos e as
aplicações WEB é da camada de comunicação da plataforma WSO2.
MÓDULO 2
 Reconhecer os protocolos de rede para IoT: MQTT, CoAP, XMPP-IoT, RESTful HTTP, DDS, AMQP
PROTOCOLO MQTT
O MQTT é um protocolo de mensagens. Ele foi desenvolvido pela IBM e lançado em 1999. A sua primeira
aplicação foi monitorar sensores em oleodutos de petróleo através de satélites. Trata-se de um protocolo
javascript:void(0)
aberto que foi liberado ao público de forma gratuita no ano de 2010. No ano de 2014, o protocolo se tornou
padrão OASIS (MQTT: The Standard for IoT Messaging, 2021).
MQTT
Message Queuing Telemetry Transport, em português, Transporte de Filas de Mensagem de Telemetria
OASIS
Organization for the Advancement of Structured Information Standards, em português, Organização
para o Avanço dos Padrões de Informação Estruturada
A comunicação do MQQT é baseada em um broker, que é um servidor que faz a publicação e recebimento
de dados com o padrão de mensagens publicação e assinatura – em inglês, publish/subscribe. O broker
recebe todas as mensagens dos seus clientes. Em seguida, ele as envia aos clientes de destino. Um
exemplo desse processo ocorre quando alguns clientes são sensores IoT – publicadores – e outros clientes
são aplicações que recebem os dados dos sensores e os processa. Na imagem a seguir, é apresentado o
esquema de funcionamento do broker.
Imagem: Sérgio Monteiro.
 Infraestrutura de comunicação do MQQT.
Na imagem, temos os papéis do publicador, assinante, tópico e broker. O broker faz a publicação e o
recebimento dos dados. Publicador e assinantes são clientes nessa infraestrutura. O publicador transmite
(publica) uma mensagem, registrando-a em um tópico de destino. Essa mensagem, por sua vez, é
transmitida ao broker, que vai enviá-la ao assinante inscrito no tópico. Do mesmo modo, quando um cliente
quer se tornar um assinante em um determinado tópico, ele encaminha uma mensagem de solicitação ao
broker, que fará a interligação entre cliente e tópico.
javascript:void(0)
 EXEMPLO
Em um ambiente em que a refrigeração deve ser mantida dentro de determinadas faixas de temperatura,
precisamos de sensores que meçam a temperatura. Agora, existem duas situações a serem tratadas: a
primeira é o processo de ligar e desligar equipamentos de refrigeração; a segunda é regular a faixa da
temperatura. Em ambos os casos, o tópico a ser assinado é “obter a temperatura do sensor em uma
determinada localização”. Portanto, o processo de publicação desse exemplo corresponde às mensagens de
mudanças de temperatura e cada um dos sistemas que assinou o tópico vai atuar conforme o que foi
programado, ou seja, ligar ou desligar aparelhos de refrigeração e regular a temperatura do ambiente.
O protocolo MQTT utiliza os protocolos TCP e MQTT-SN para a transmissão de dados. O cabeçalho de uma
mensagem do MQTT pode variar de 2 a 5 bytes. Basicamente, ele traz informações sobre o tipo de
mensagem, um indicador de mensagem duplicada, um identificador da qualidade de serviço (QoS) do
pacote e um bit para indicar se a mensagem deve ser retida ou não quando alguém se conectar e receber a
última mensagem enviada. Os próximos bytes servem para definir o tamanho do resto do pacote. Ainda
sobre o QoS, ele garante a confiabilidade da entrega da mensagem. O MQQT tem três níveis de QoS:
CABEÇALHO
Conhecido, comumente, pelo termo em inglês header
NÍVEL 0
NÍVEL 1
NÍVEL 2
NÍVEL 0
A mensagem é enviada apenas uma vez. As mensagens são enviadas dependendo da existência de rede e
não há tentativa de retransmissão da mensagem.
NÍVEL 1
javascript:void(0)
A mensagem é enviada pelo menos uma vez, também é chamado de entrega reconhecida. Quem publica,
envia uma mensagem pelo menos uma vez e verifica o estado da entrega.
NÍVEL 2
As mensagens são entregues exatamente uma vez. Esse modelo também é chamado de entrega garantida.
O MQQT tem diversos tipos de mensagens para tratar situações distintas, sendo que os principais tipos são:
CONNECT
Usado para clientes enviarem solicitações de conexão para o broker.
PUBLISH
Usado pelo cliente/remetente para publicar mensagens para o broker.
SUBSCRIBE
Usado pelo cliente/receptor para receber mensagens do broker.
Na tabela a seguir, apresentamos uma lista dos tipos de mensagens do MQQT.
Valor Nome Direção Descrição
0 Reservado Proibido Reservado
1 CONNECT
Cliente
para servidor
Requisição do cliente 
para conectar ao servidor
2 CONNACK Servidor para cliente Reconhecimento da conexão
3 PUBLISH Cliente para
servidor ou
Publicar mensagem
javascript:void(0)
javascript:void(0)
javascript:void(0)
servidor para cliente
4 PUBACK
Cliente para
servidor ou
servidor para cliente
Reconhecimento da publicação
5 PUBREC Publicação recebida
Publicação recebida
(parte 2 do QoS=1)
6 PUBREL
Cliente para
servidor ou
servidor para cliente
Publicação lançada
(parte 2 do QoS=2)
7 PUBCOMP
Cliente para
servidor ou
servidor para cliente
Publicação completa
(parte 3 do QoS=2)
8 SUBSCRIBE Cliente para servidor Pedido de inscrição
9 SUBACK Servidor para cliente Reconhecimento de inscrição
10 UNSUBSCRIBE Cliente para servidor
Pedido de cancelamento
de inscrição
11 UNSUBACK Servidor para cliente
Reconhecimento de
cancelamento de inscrição
12 PINGREQ Requisição Requisição PING
13 PINGRESP Servidor para cliente Resposta PING
14 DISCONNECT Cliente para servidor Cliente está desconectado
15 Reservado Proibido Reservado
Tabela: Tipos de mensagens.
 Atenção! Para visualização completa da tabela utilize a rolagem horizontal
Entre as principais vantagens do MQTT estão:
Qualquer tipo de dado pode ser transportado pelo pacote. Os dados podem ser texto ou binários, desde que
a parte receptora saiba como interpretá-lo;
Existem algumas opções de Qualidade de Serviço (QoS) que podem ser usadas para garantir a entrega;
O modelo de publicação/assinatura é dimensionado de maneira eficiente em termos de consumo de energia;
Existem vários elementos no design que separam o dispositivo e o servidor assinante, o que resulta em uma
estratégia de comunicação mais robusta;
Um dispositivo pode publicar seus dados independentemente do estado do servidor de assinatura. O servidor
de assinatura pode então se conectar e receber os dados quando puder.
Já as principais desvantagens do MQTT são:
MQTT usa o protocolo TCP que demanda por mais recursos de processamento e de memória;
A centralização do broker minimiza a escalabilidade, pois cada dispositivo cliente consome alguma
sobrecarga;
O broken centralizado pode ser o ponto de falha;
Em comparação com HTTP, é mais complexo de implementar.
PROTOCOLO COAP
O CoAP foi desenvolvido pelo grupo de trabalho para Ambientes RESTful Limitados da IETF (CoAP: RFC
7252 Constrained Application Protocol, 2021). A IETF padronizou diversos protocolos com o objetivo de
javascript:void(0)
javascript:void(0)
javascript:void(0)
incorporar dispositivos com recursos limitados – em energia, memória, processamento e largura de banda –
tais como:
IETF
Internet Engineering Task Force
RESTFUL
CoRE - Constrained RESTful Environments
FORÇA-TAREFA DE ENGENHARIA DA INTERNET
IETF - Internet Engineering Task Force
6LoWPAN para adaptar IPv6 a LLNs, que são redes com baixa potência e perdas.
6LOWPAN
IPv6over Low-Power Wireless Personal Area Networks
LLNS
javascript:void(0)
javascript:void(0)
Low Power and Lossy Networks
RPL para rotear sobre os links flutuantes e compressão para otimizar camadas de protocolo superiores.
RPL
Routing protocol for wireless networks
O protocolo CoAP completa esta pilha formando um conjunto de protocolos padronizado. Nesse cenário, a
IoT baseada em IP torna-se interessante para aplicações industriais. Ele é formado por duas subcamadas:
uma de transação e outra de solicitação/resposta, conforme podemos ver na imagem a seguir:
Imagem: Sérgio Monteiro.
 Pilha dos protocolos HTTP e CoAP.
A camada de solicitação/resposta é responsável por gerenciar recursos através dos métodos GET, PUT,
DELETE e POST, enquanto a camada de transação percebe o mecanismo de confiabilidade ao processar
mensagens, bem como fornece detecção de duplicação de mensagens. Na camada de transação, uma
mensagem pode ser de quatro tipos (Constrained Application Protocol (CoAP), 2021):
CONFIRMADA (CON)
NÃO CONFIRMADO (NON)
RECONHECIMENTO (ACK)
REINICIAR (RST)
CONFIRMADA (CON)
javascript:void(0)
Algumas mensagens requerem uma confirmação, seja apenas para saber que chegaram ou também para
entregar a resposta a uma solicitação.
NÃO CONFIRMADO (NON)
Algumas mensagens não requerem confirmação. Isso é particularmente verdadeiro para mensagens que são
repetidas regularmente para requisitos de aplicação, como leituras repetidas de um sensor em que a
chegada eventual é suficiente.
RECONHECIMENTO (ACK)
Uma mensagem de reconhecimento confirma a chegada de uma mensagem de confirmação específica
(identificada por seu ID de transação).
REINICIAR (RST)
A mensagem foi recebida, mas não pôde ser processada, pois falta algum contexto para processá-la
adequadamente.
Veja a seguir as principais vantagens do protocolo CoAP:
É um protocolo adequado para comunicação IoT e M2M (Machine to Machine) devido à sua simplicidade
baseada em UDP, em que os tamanhos dos pacotes são pequenos.
Isso torna os ciclos de comunicação mais rápidos e permite prolongar a vida útil das baterias dos dispositivos
que fazem parte do sistema.
Usa IPSEC para fornecer comunicação segura.
Não necessita de comunicação síncrona.
Tem menor latência em comparação com HTTP.
Consome menos energia do que HTTP.
Ele usa mensagem ACK e, portanto, torna-se confiável como HTTP. Além disso, evita retransmissões
desnecessárias.
As principais desvantagens do protocolo CoAP são:
Por usar UDP, o CoAP é um protocolo não confiável. Portanto, as suas mensagens chegam sem ordem, ou
se perdem quando chegam ao destino.
O tempo de processamento é afetado devido à confirmação de cada recebimento das mensagens. Além
disso, não faz a verificação da qualidade da decodificação da mensagem recebida.
Como o MQTT, é um protocolo não criptografado e usa o protocolo DTLS (Datagram Transport Layer
Security) para fornecer segurança o que, por sua vez, aumenta o custo de sobrecarga de implementação.
PROTOCOLO XMPP-IOT
O XMPP-IoT é um protocolo aberto, padronizado pela Força-Tarefa de Engenharia da Internet, assim como
HTTP e CoAP, (An Overview of XMPP, 2021). Logo no início, ele era conhecido como Jabber. Foi projetado
para ser usado em aplicativos de mensagens instantâneas ou bate-papo. Devido às suas características, ele
é utilizado com sucesso para aplicações de IoT. Basicamente, é um protocolo de comunicação baseado em
XML que usa a arquitetura cliente-servidor rodando sobre TCP e que possui extensões que possibilitam o
uso do modelo de publicação-assinatura.
XMPP-IOT
Extensible Messaging and Presence Protocol for the IoT
XML
Extensible Markup Language
As extensões permitem que entidades XMPP criem tópicos e publiquem informações. Uma notificação de
evento é transmitida a todas as entidades que se inscreveram em um nó específico. Os clientes e servidores
em XMPP comunicam-se entre si usando fluxos XML para trocar dados na forma de stanzas XML (unidades
de dados estruturados semânticos). Três tipos de stanzas são definidos, (Extensible Messaging and
Presence Protocol (XMPP): Core, 2021):
É um mecanismo de envio. Com ele, uma entidade envia informações para outra entidade, como acontece
com as comunicações em um sistema como o e-mail. Todas as stanzas da mensagem devem possuir um
javascript:void(0)
javascript:void(0)
atributo 'to' que especifica o destinatário da mensagem. Quando recebe essa stanza, um servidor deve
entregá-la ao destinatário alvo.
É um mecanismo do tipo "publicar-assinar". Com ele, várias entidades que se inscreveram a uma
determinada entidade vão receber informações sobre ela. Portanto, uma entidade de publicação deve enviar
uma stanza de presença sem o atributo 'to'. O servidor ao qual a entidade está conectada deve transmitir
essa stanza a todas as entidades assinantes. Pode ocorrer ainda o caso em que uma entidade de publicação
pode enviar uma stanza de presença com um atributo 'to'. Nessa situação, o servidor deve encaminhar, ou
entregar essa stanza ao destinatário pretendido.
O nome iq é um acrônimo para Info Query. É um mecanismo de solicitação-resposta, semelhante em alguns
aspectos ao [HTTP]. A sua semântica possibilita que uma entidade faça uma solicitação e receba uma
resposta de outra entidade. O conteúdo dos dados da solicitação e resposta é definido pela declaração de
namespace de um elemento filho direto do elemento iq e a interação é rastreada pela entidade solicitante
por meio do uso do atributo id. Assim, as interações de Info Query seguem um padrão comum de troca de
dados estruturados, como get/result, ou set/result.
A seguir, apresentamos um exemplo de uma sessão do XMPP em que as stanzas de saídas enviadas pelo
cliente são precedidas de C e as de entrada que são entregues pelo servidor são precedidas de S.
C: 
C: 
C: 
S: 
C: 
Dar as boas-vindas aos estudantes de IoT!
C: 
C: 
Uma stanza de presença notifica as entidades sobre atualizações de status. Sua função é fazer a inscrição
no XMPP. Se houver interesse na presença de algum JID, um cliente assina sua presença e, toda vez que
um nó enviar uma atualização de presença, ele será notificado. Uma stanza iq fornece uma interação do tipo
pergunta-resposta. No caso do exemplo anterior, o cliente C faz uma solicitação da lista de contatos do
javascript:void(0)
servidor na linha 3, ao passo que, na linha 6, o servidor S retorna a lista de contatos. Sua função é
semelhante aos métodos HTTP GET e POST.
JID
Jaber ID – um endereço de nó em XMPP
Entre as principais vantagens do protocolo XMPP estão:
A especificação XMPP já incorpora mecanismos de TLS (Transport Layer Security) que garantem a
confidencialidade e integridade dos dados.
Esquema de endereçamento para reconhecer dispositivos na rede.
Arquitetura cliente-servidor.
Descentralização.
Flexibilidade.
Padrões abertos e formalizados.
As principais desvantagens do protocolo XMPP são:
Mensagens baseadas em texto e sem provisão para criptografia ponta a ponta.
Sem provisão para qualidade de serviço.
O protocolo XMPP tem uma grande sobrecarga de dados para vários destinatários.
PROTOCOLO RESTFUL HTTP
O HTTP é o protocolo fundamental usado para a Web do modelo cliente-servidor em que a comunicação
entre um cliente e um servidor ocorre por meio de uma mensagem do tipo solicitação/resposta: o cliente
envia uma mensagem de solicitação HTTP e o servidor retorna uma mensagem de resposta, contendo o
recurso solicitado, caso a solicitação tenha sido aceita. Já o REST é um conjunto de regras que especifica
como o Servidore o Cliente devem interagir, ou seja, é uma arquitetura. Há, ainda, o conceito de RESTful,
que basicamente significa que um serviço da Web implementa o estilo de arquitetura REST. Essa
arquitetura, com o protocolo HTTP, tem sido muito aplicada para sistemas de IoT (DIZDAREVIĆ et al, 2019).
javascript:void(0)
javascript:void(0)
REST
Representational State Transfer
SERVIÇO DA WEB
Web service
A combinação do protocolo HTTP com REST permite que os dispositivos possam disponibilizar suas
informações de estado, devido à forma padronizada de criar, ler, atualizar e excluir dados, ou seja, às
chamadas operações CRUD. De acordo com esse mapeamento, as operações de criação, atualização,
leitura e exclusão de recursos correspondem aos métodos HTTP POST, GET, PUT e DELETE,
respectivamente. Na prática, aplicações REST HTTP possibilitam que os desenvolvedores possam construir
um modelo REST para diferentes dispositivos IoT e trabalhar com dados nos formatos JSON e XML, por
exemplo.
CRUD
Create Read Update Delete
Na imagem a seguir, apresentamos um exemplo de uma interação de solicitação/resposta REST HTTP entre
dois clientes e um servidor.
javascript:void(0)
Imagem: Sérgio Monteiro.
 Exemplo do Modelo de interação REST HTTP.
No exemplo, o cliente REST HTTP (A) solicita adicionar um recurso no lado do servidor (B). Para isso, é
necessário especificar no cabeçalho do método POST a raiz do recurso que será adicionado (/resources), a
versão HTTP (no caso é 1.1), o tipo de conteúdo (Content-Type), que, neste caso, é um arquivo JSON
(application/json) que representa um recurso específico e, finalmente, o próprio objeto JSON ({“id”: 1,
name: “test”}). A resposta do servidor especifica se a solicitação foi bem-sucedida, especificando os códigos
de status padrão HTTP. No caso do exemplo, o servidor respondeu o código 201.
Ainda analisando o exemplo, no caso do cliente (C), é feita uma solicitação de um recurso. Então, nesse
caso, ele precisa utilizar o método GET com a especificação de um URI específico. No caso de exemplo, ele
usou GET /resources /1, que contém a raiz do recurso e o id do próprio recurso. Agora, o servidor retornou o
objeto JSON que representa o recurso.
Algumas das principais vantagens do REST são:
Separação entre o cliente e o servidor: com a separação da interface do usuário do servidor e do
armazenamento de dados, é possível melhorar a portabilidade da interface para outros tipos de plataformas,
o que implica no aumento da escalabilidade, flexibilidade e confiabilidade dos projetos, pois os
desenvolvedores podem trabalhar de forma independente nos diferentes componentes do projeto.
Independência de plataforma e de linguagens de programação: isso ocorre porque a comunicação com as
aplicações é feita através de API REST que permitem utilizar servidores PHP, Java, Python ou NodeJS.
Veja algumas das desvantagens do REST:
Apesar do uso do protocolo de transporte TCP que fornece entrega confiável de grandes quantidades de
dados, o que é uma vantagem em conexões que não têm requisitos estritos de latência, ele cria desafios em
ambientes com recursos limitados. Um dos principais problemas é que os nós restritos, na maioria das
vezes, enviam pequenas quantidades de dados esporadicamente e a configuração de uma conexão TCP
leva tempo, produzindo sobrecarga desnecessária.
Utilização do protocolo TLS (Transport Layer Security) como mecanismo de segurança. O TLS usa um
processo de handshake que, na prática, adiciona tráfego adicional a cada estabelecimento de conexão que
pode consumir os recursos dos dispositivos de IoT.
PROTOCOLO DDS
O DDS define um modelo de comunicação do tipo publicação/assinatura em tempo real totalmente
distribuído ponto a ponto, ou seja, sem broken (Object Management Group, 2014). Ele fornece comunicação
de alto desempenho, escalabilidade e disponibilidade e dá suporte para a especificação de contratos de QoS
entre publicadores e consumidores de dados, além de ter mecanismos para tratar com aspectos de tempo
real, como prioridade e outras políticas de QoS específicas. Ele permite a interoperabilidade entre programas
desenvolvidos em diferentes linguagens de programação, bem como descoberta automática de publicadores
e assinantes de DDS. De forma semelhante ao que ocorre com o MQQT, possui Tópicos DDS que são
entidades para transferência de informações onde as aplicações podem publicar, ou assinar e podem ser
considerados como tabelas de banco de dados relacionais distribuídas.
DDS
Data Distribution System, em português, Sistema de Distribuição de Dados
As principais entidades na arquitetura DDS incluem:
Domínio
Participante do Domínio
Tópico
Publicador
Assinante
DataWriter (escritor de dados)
DataReader (leitor de dados)

Os Publicadores e Assinantes são divididos em Domínios que permitem o isolamento da comunicação dentro
de nós que possuem interesses comuns.
Os tópicos são definidos pelo programador de uma aplicação DDS. Ele escreve um arquivo IDL com a
descrição dos nomes, tipos de dados e as chaves que identificam as instâncias (que podem ser vistas como
javascript:void(0)
javascript:void(0)
linhas de banco de dados) de cada tópico.
IDL
Interface Definition Language


Um compilador recebe o IDL como entrada e gera código para stubs de comunicação na linguagem de
programação escolhida pelo programador.
Com os stubs gerados, as aplicações podem ingressar em um domínio DDS, publicar e assinar os dados
desse domínio.

O Domínio DDS que contém o espaço global de dados compartilhados é totalmente distribuído pela rede
ponto a ponto formada pelos nós da rede sem qualquer agente intermediário, ou entidade de gerenciamento
centralizado como o broken.
Na imagem a seguir, apresentamos o modelo conceitual do espaço global de dados.
Imagem: Sérgio Monteiro.
 Modelo conceitual do espaço global de dados.
O participante do domínio é o ponto de entrada para a troca de mensagens em domínios específicos que
fazem a associação entre publicadores e assinantes e os domínios aos quais pertencem. Ele é usado para
criar editores, assinantes, escritores de dados (Data Writer), leitores de dados (Data Reader) e tópicos em
um domínio.
 ATENÇÃO
Publicadores e assinantes são as entidades de produção e consumo de dados que publicam e recebem
dados por meio do espaço global de dados, mas não podem fazer isso por conta própria. Em vez disso, os
publicadores usam os Data Writer para enviar dados e assinantes usam leitores de dados Data Reader para
receber dados com a correspondência entre os dois por meio de tópicos, ou seja, para se comunicarem,
publicadores e assinantes devem usar o mesmo tópico.
Entre as principais vantagens do protocolo DDS estão:
FACILIDADE DE INTEGRAÇÃO
A abordagem centrada em dados usada pelo DDS permite a definição de modelos de dados comuns e
extensíveis para interoperabilidade oculta dos detalhes de conectividade e topologia das aplicações.
EFICIÊNCIA DE DESEMPENHO E ESCALABILIDADE
As implementações de DDS podem alcançar latências ponto a ponto muito baixas e taxa de transferência de
vários milhões de mensagens por segundo.
SEGURANÇA AVANÇADA
Fornece autenticação padronizada, criptografia, controle de acesso e recursos de registro para permitir
conectividade de dados segura de ponta a ponta em um sistema de IoT.
PADRÃO ABERTO
A especificação de middleware OMG DDS é um padrão aberto que tem a participação de diversos
fornecedores e usuários.
HABILITADO PARA QOS
Possui um conjunto de políticas de QoS que permite que o DDS controle todos os aspectos da distribuição
de dados, como pontualidade, priorização de tráfego, confiabilidade e uso de recursos.
DESCOBERTA ESCALONÁVEL
Para sistemas dinâmicos de grande escala, o DDS oferece descoberta automática, com a funcionalidade
plug-and-play para simplificar a integração e orquestração do sistema.
APLICABILIDADE
O DDS pode abordar de forma transparente comunicação ponto a ponto, dispositivo a dispositivo, dispositivoa nuvem e nuvem a nuvem.
E entre as principais desvantagens do protocolo DDS estão:
É muito pesado para ser usado em sistemas embarcados.
DDS não faz interface com serviços da web.
DDS consome duas vezes a largura de banda do protocolo MQTT.
As políticas de QoS são aplicadas apenas em ambientes DDS restritos.
PROTOCOLO AMQP
AMQP é um protocolo da camada de aplicação de padrão aberto que segue o paradigma publicar-assinar,
conforme definido pelo OASIS, 2012. Ele é projetado para redes orientadas a mensagens e tem suporte para
arquitetura de publicador/assinante. Ele faz uso do TCP como protocolo de transporte para fornecer
comunicação confiável. Além disso, para fornecer QoS, garante três níveis de entrega, (Protocols and
Interoperability, 2021):
AMQP
Advanced Message Queueing Protocol, em português, Protocolo Avançado de Enfileiramento de
Mensagens
QOS 0: MAIS UMA VEZ
Garante que uma determinada mensagem só seja recebida pelo assinante no máximo uma vez. Isso significa
que a mensagem pode nunca chegar. O remetente e o destinatário tentarão entregar a mensagem, mas se
algo falhar e a mensagem não chegar ao seu destino (por exemplo, devido a uma conexão de rede), a
mensagem pode ser perdida. Esse QoS tem a menor sobrecarga de tráfego de rede e menos carga para o
cliente e o broker e geralmente é útil para dados de telemetria, em que não importa se alguns dos dados são
perdidos.
QOS 1: PELO MENOS UMA VEZ
Garante que uma mensagem chegará ao destinatário pretendido uma ou mais vezes. O remetente
continuará a enviar a mensagem até receber uma confirmação do destinatário, atestando que recebeu a
mensagem. O resultado dessa QoS é que o destinatário pode receber a mensagem várias vezes,
aumentando a sobrecarga da rede mais do que no QoS 0, (devido a acks). Além disso, mais carga é
colocada sobre o remetente, pois ele precisa armazenar a mensagem e tentar novamente caso não receba
uma confirmação em um tempo razoável.
QOS 2: EXATAMENTE UMA VEZ
O mais caro do QoS (em termos de tráfego de rede e carga para o remetente e o receptor), esse QoS
garantirá que a mensagem seja recebida por um destinatário exatamente uma vez. Isso garante que o
javascript:void(0)
receptor nunca obtenha cópias duplicadas da mensagem e, eventualmente, as receba, mas ao custo extra
de sobrecarga de rede e complexidade exigida pelo emissor e pelo receptor.
Com publicadores e assinantes, ambos usando um broker, o AMQP tem mais dois componentes: trocas e
filas de mensagens.
Na imagem a seguir, apresentamos um exemplo de como ocorre a comunicação no AMQP.
Imagem: Sérgio Monteiro.
 Comunicação no AMQP.
As trocas executam a funcionalidade de roteamento fazendo o encaminhamento das mensagens para as
filas de mensagens apropriadas. Essas mensagens podem ser armazenadas em filas de mensagens antes
de serem encaminhadas aos assinantes. AMQP usa dois tipos de mensagens diferentes:
Ele usa QoS e, portanto, garante a passagem segura de dados importantes.
O AMQP usa a arquitetura de publicação/assinatura já estabelecida para compartilhamento de dados,
conforme usado pelo protocolo MQTT.
Garante a interoperabilidade de aplicações implementadas em linguagens distintas.
Oferece conexão segura para usuários usando protocolo SSL como CoAP, MQTT, HTTP e XMPP.
Entre as principais desvantagens do protocolo AMQP estão:
Tem problemas de compatibilidade com suas versões mais antigas.
A implementação de soluções é mais complexa do que HTTP.
Requer largura de banda maior, ao contrário do MQTT/CoAP/XMPP.
A descoberta de recursos não é compatível com CoAP/HTTP/XMPP.
CONHECENDO OS PROTOCOLOS DE REDE PARA
IOT
O especialista Sérgio Monteiro demonstra os protocolos de rede para IoT apresentados neste módulo.
VERIFICANDO O APRENDIZADO
1. O PROTOCOLO MQTT É UM DOS MAIS UTILIZADOS PARA APLICAÇÕES DE
INTERNET DAS COISAS. ELE POSSUI VÁRIOS TIPOS DE MENSAGENS PARA
TRATAR SITUAÇÕES ESPECÍFICAS NA COMUNICAÇÃO ENTRE DISPOSITIVOS E
APLICAÇÕES WEB. EM RELAÇÃO AOS TIPOS DE MENSAGENS DO MQTT,
SELECIONE A OPÇÃO INCORRETA:
A) CONNECT: os clientes utilizam para enviarem solicitações de conexão para o broker.
B) PUBLISH: é usado para publicar mensagens para o broker.
C) SUBSCRIBE: os clientes e receptores utilizam-no para receber mensagens do broker.
D) CONNACK: é utilizado como reconhecimento da conexão.
E) UNSUBSCRIBE: pedido de solicitação de nova inscrição.
2. O PROTOCOLO COAP POSSUI CARACTERÍSTICAS PARA TRATAR AS
LIMITAÇÕES INERENTES PARA DISPOSITIVOS UTILIZADOS EM PROJETOS DE
INTERNET DAS COISAS. A SUA ARQUITETURA POSSUI DIVERSAS CAMADAS QUE
TÊM FUNÇÕES BEM DEFINIDAS, COMO A CAMADA DE TRANSAÇÃO. A RESPEITO
DOS TIPOS DE MENSAGENS DA CAMADA DE TRANSAÇÃO DA COAP, SELECIONE A
OPÇÃO CORRETA.
A) Confirmada (CON): corresponde à confirmação que o cliente dá para o servidor quando recebe uma
mensagem.
B) Não confirmado (NON): é usada quando o servidor não consegue verificar a integridade do dado enviado
pelo cliente.
C) Reconhecimento (ACK): confirma a chegada de uma mensagem de confirmação específica.
D) Reiniciar (RST): corresponde a uma mensagem do servidor para que o dispositivo cliente seja reiniciado.
E) SUBSCRIBE (SUB): é uma solicitação de inscrição do servidor no cliente, para que possa ser notificado
da ocorrência de eventos.
GABARITO
1. O protocolo MQTT é um dos mais utilizados para aplicações de Internet das Coisas. Ele possui
vários tipos de mensagens para tratar situações específicas na comunicação entre dispositivos e
aplicações WEB. Em relação aos tipos de mensagens do MQTT, selecione a opção incorreta:
A alternativa "E " está correta.
O tipo de mensagem UNSUBSCRIBE corresponde a um pedido de cancelamento de inscrição.
2. O protocolo CoAP possui características para tratar as limitações inerentes para dispositivos
utilizados em projetos de Internet das Coisas. A sua arquitetura possui diversas camadas que têm
funções bem definidas, como a camada de transação. A respeito dos tipos de mensagens da camada
de transação da CoAP, selecione a opção correta.
A alternativa "C " está correta.
O tipo de mensagem de reconhecimento (ACK) confirma a chegada de uma mensagem de confirmação
específica através da identificação pelo seu ID de transação.
CONCLUSÃO
CONSIDERAÇÕES FINAIS
No decorrer dos módulos, apresentamos as plataformas mais utilizadas para o desenvolvimento de
aplicações de IoT: Xively, WSO2, ThingSpeak, OpenIoT, ThingsBoard, em que exploramos as suas
características, pontos fortes e fracos. Além disso, também analisamos os protocolos de rede para IoT:
MQTT, CoAP, XMPP-IoT, RESTful HTTP, DDS, AMQP sob a mesma ótica: características, vantagens e
desvantagens.
A compreensão de como essas plataformas e protocolos funcionam nos dá elementos para fazermos
escolhas mais adequadas quando vamos montar um projeto de IoT. Os desafios relacionados à construção
de um projeto desse tipo abrangem a confiabilidade dos objetos da rede e dos dados que estão sendo
transmitidos e recebidos, pois são esses dados que vão dar suporte para a tomada de decisão. Então, é
necessário assegurar-se de que sejam confiáveis.
Os benefícios da utilização dessas plataformas e protocolos são diversos, como a padronização do
desenvolvimento, uso de recursos pré-prontos que podem ser conectados ao projeto, além de contar com o
suporte dos fornecedores. Outro ponto interessante que precisamos destacar é que muitas dessas
aplicações de IoT possuem um grande volume de dados e, portanto, existe uma interessante ligação entre
elas e as áreas de Big Data e de Aprendizado de Máquina.
AVALIAÇÃO DO TEMA:
REFERÊNCIAS
APACHE. Protocols and Interoperability. Consultado em meio eletrônico em: 05 fev. 2021.
 
APACHE. Protocol DDS Interoperability, Wire Protocol Specification, V2.2. 2014. Consultado em meio
eletrônico em: 05 fev. 2021.
 
COAP. CoAP: RFC 7252 Constrained Application Protocol. Consultado em meio eletrônico em: 05 fev. 2021.
 
Derhamy, H.; Eliasson, J.; Delsing, J.; Priller, P. A survey ofcommercial frameworks for the internet of
things. In: Proceedings of the 2015 IEEE 20th Conference on Emerging Technologies & Factory Automation
(ETFA), Luxembourg, 8–11 September 2015; pp. 1–8. Consultado em meio eletrônico em: 05 fev. 2021.
 
Dizdarević, J.; Carpio, F.; Jukan, A.; Masip-Bruin, X. A survey of communication protocols for Internet of
Things and related challenges of fog and cloud computing integration. In: ACM Comput. Surv., vol. 51,
pp. 116, jan. 2019. Consultado em meio eletrônico em: 05 fev. 2021.
 
FIKES, R.; FARQUHAR, A. Distributed Repositories of Highly Expressive Reusable Ontologies. In: IEEE
Intelligent Systems & their applications, v. 14, n. 2. Mar/Apr, pp. 73-79, 1999. Consultado em meio eletrônico
em: 05 fev. 2021.
 
GOOGLE. Google Cloud IoT. Consultado em meio eletrônico em: 05 fev. 2021.
 
GRUBER, T. R., Towards principles for the design of ontologies used for knowledge sharing. In: Int. J.
HumanComputer Studies, v. 43, n.5/6, 1995. Consultado em meio eletrônico em: 05 fev. 2021.
 
GUARINO, N.; GIARRETA, P. Ontologies and Knowledge Bases – Towards a Terminological Clarification.
In: Mars, n. j., (ed.), Towards Very Large Knowledge Bases: Knowledge Building and Knowledge Sharing, IOS
Press, Amsterdam, pp 25-32, 1995. Consultado em meio eletrônico em: 05 fev. 2021.
 
MQTT. The Standard for IoT Messaging. Consultado em meio eletrônico em: 05 fev. 2021.
 
OASIS. OASIS Advanced Message Queuing Protocol, (AMQP) Version 1.0. OASIS Standard, 29 October
2012. Consultado em meio eletrônico em: 05 fev. 2021.
 
Object Management Group. Documents Associated with the Real-Time Publish-SubscribeWire.
Consultado em meio eletrônico em: 05 fev. 2021.
 
OpenIoT. Open Source cloud solution for the Internet of Things. Consultado em meio eletrônico em: 05
fev. 2021.
 
Ray, P. P. A survey of IoT cloud platforms. In: Future Comput. Inform. J., vol. 1, no. 1, pp. 35-46, 2016.
Consultado em meio eletrônico em: 05 fev. 2021.
 
ThingsBoard: Open-source IoT Platform. Consultado em meio eletrônico em: 05 fev. 2021.
 
ThingSpeak. ThingSpeak for IoT Projects. Learn More About ThingSpeak. Consultado em meio eletrônico
em: 05 fev. 2021.
 
TOOLS.IETF. Constrained Application Protocol (CoAP). Consultado em meio eletrônico em: 05 fev. 2021
 
XMPP. Extensible Messaging and Presence Protocol (XMPP): Core. Consultado em meio eletrônico em:
05 fev. 2021.
 
XMPP. An Overview of XMPP. Consultado em meio eletrônico em: 05 fev. 2021.
 
WSO2. A Reference Architecture for the Internet of Things. Consultado em meio eletrônico em: 05 fev.
2021.
 
W3. RDF 1.1 Turtle. Consultado em meio eletrônico em: 05 fev. 2021.
EXPLORE+
Para saber mais sobre os assuntos tratados neste tema, pesquise:
O site oficial do OASIS e do OMG e aprenda mais detalhes sobre tecnologias para IoT.
O site Google APIs no GitHub e aprenda mais sobre API para desenvolver aplicações de IoT na nuvem.
CONTEUDISTA
Sérgio Assunção Monteiro
 CURRÍCULO LATTES
javascript:void(0);
javascript:void(0);