SESES-ARA0058-CIOT_I4_2021-2_Aula_01-ArquiteturaIoT

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Prof. Omar Sacilotto Donaires
Aula 01
Principais elementos de 
uma arquitetura de IOT e 
suas aplicações
Ciências da Computação
Aplicação de Cloud, IOT e Indústria 4.0 em Python
ARA0058
Principais elementos de uma 
arquitetura de IOT e suas 
aplicações
• O que é a Internet das Coisas?
• Arquitetura de IoT
• Aplicações de IoT
Objetivos
Saber o quê Saber como Saber porque
Como é a arquitetura 
de uma solução IoT
Analisando os principais 
elementos de uma 
arquitetura de IoT
Para ser capaz de entender a 
utilidade, as vantagens e 
limitações da tecnologia de IoT.
Identificar aplicações 
de IoT
Através de exemplos de 
aplicações
Ser capaz de reconhecer 
aplicações existentes e 
potenciais para a IoT.
Situação-problema
• Suponha que uma empresa que já tem uma cultura 
de tecnologia e que está conectada na internet
pretenda aumentar a sua oferta de serviços.
• Dentro da empresa, já existe a ideia de usar a 
Internet das Coisas, mas ainda não está claro quais 
são as oportunidades.
• Como podemos identificar que tipo de serviços
podem ser oferecidos usando a tecnologia da 
Internet das Coisas?
• Quais são as limitações?
O que é a Internet das 
Coisas?
IoT - Internet of Things | What is 
IoT?
https://www.youtube.com/watch?v=6mBO2vqLv38
https://www.youtube.com/watch?v=6mBO2vqLv38
O que é a Internet das Coisas?
• Do inglês Internet of Things (IoT)
• Extensão da Internet atual, que proporciona aos objetos do 
dia-a-dia (quaisquer que sejam), mas com capacidade 
computacional e de comunicação, se conectarem à Internet.
• Emergiu dos avanços de várias áreas como:
• Sistemas embarcados
• Microeletrônica
• Comunicação
• Sensoriamento
• Pode ser vista como a combinação de diversas tecnologias
complementares no sentido de viabilizar a integração dos 
objetos no ambiente físico ao mundo virtual.
Perspectivas históricas da IoT
• 1999: Kevin Ashton, executivo e diretor do laboratório Auto-
ID Labs do MIT, criou o termo Internet of Things.
• Usou-o pela primeira vez como título de uma apresentação que ele 
fez na Procter & Gamble (Ashton, 2009).
• ~ 2005: o termo bastante procurado era Redes de Sensores 
Sem Fio (RSSF) (Wireless Sensor Networks – WSN).
• Termo procurado tanto pela academia quando indústria.
• Representavam avanços na automação residencial e industrial.
• 2008-2010: o termo Internet das Coisas ganhou 
popularidade rapidamente.
• Devido ao amadurecimento das RSSFs e ao crescimento das 
expectativas sobre a IoT.
• 2012: Identificada como uma tecnologia emergente por 
especialistas da área (Gartner, 2015).
• 2016: primeiras plataformas de IoT.
Decreto Nº 9.854 de 2019
Assinado pelo residente da República
• Versa sobre a internet das coisas.
• Define:
[A IOT É UMA] “INFRAESTRUTURA QUE INTEGRA A 
PRESTAÇÃO DE SERVIÇOS DE VALOR ADICIONADO COM 
CAPACIDADES DE CONEXÃO FÍSICA OU VIRTUAL DE COISAS 
COM DISPOSITIVOS BASEADOS EM TECNOLOGIAS DA 
INFORMAÇÃO E COMUNICAÇÃO EXISTENTES E NAS SUAS 
EVOLUÇÕES, COM INTEROPERABILIDADE”.
IoT - Internet of Things | What is 
IoT? (Vídeo)
• Conjunto de dispositivos inter-relacionados conectados à 
Internet para transferir e receber dados de um para o 
outro.
• Até recentemente o acesso à Internet era limitado via equipamento 
como o computador, tablet ou smartphone.
• Com IoT, praticamente todos os aparelhos podem ser conectados à 
Internet e monitorados remotamente.
• Exemplo:
• Casa inteligente.
• A Internet ajudou as pessoas a interagirem umas com as 
outras.
• Agora, objetos inanimados, ou coisas, têm a capacidade de 
perceber os arredores para interagir e colaborar uns com os 
outros.
Objetos inteligentes (Smart objects)
(Ruiz et al., 2004, Loureiro et al., 2003)
• Dispositivos com ao menos uma das seguintes 
características: 
• unidade(s) de processamento
• unidade(s) de memória
• unidade(s) de comunicação
• unidade(s) de sensor(es) ou atuador(es)
• Unidade básica de hardware na IoT.
• Ao estabelecerem comunicação com outros 
dispositivos, manifestam o conceito de estarem em 
rede.
Objetos inteligentes
• A capacidade de comunicação e processamento aliados 
a sensores transformam a utilidade destes objetos.
• Permitem
• Detectar seu contexto
• Controlar esse contexto
• Trocar informações uns com os outros
• Acessar serviços da Internet
• Interagir com pessoas. 
• Exemplos:
• TVs, Laptops, automóveis, smartphones, consoles de jogos, 
webcams...
• A lista aumenta a cada dia.
Arquitetura de IoT
Arquitetura distribuída
Modelo básico em três camadas a
• Camada de objetos inteligentes
ou camada de percepção (coisas)
• Sensores
• Atuadores
• Rede Mesh
• Outros dispositivos de IoT
• Camada de rede
• Topologia
• Estrela, anel, barramento, árvore, 
completamente conectado.
• Protocolos de comunicação
• Comunicação de dados (MQTT, HTTP)
• Transporte (Wi-Fi, GSM e Bluetooth)
• Gateway
• Camada de aplicação
• Plataformas na 
nuvem
• Aplicações
Blocos básicos da IoT
Identificar os objetos unicamente.
Tecnologias: RFID, NFC e 
endereçamento IP.
Coleta de informações 
sobre o contexto onde 
os objetos se 
encontram, 
armazenamento ou 
encaminhamento
desses dados para data
warehouse ou nuvens
ou para atuadores que 
manipulam o ambiente.
Técnicas para 
conectar
objetos 
inteligentes.
Fator crítico: 
consumo de 
energia.
WiFi, Bluetooth, 
IEEE 802.15.4 e 
RFID.
Unidade de 
processamento.
Executa algoritmos
locais nos objetos 
inteligentes.
Exemplos: 
microcontroladores, 
processadores e 
FPGAs.
Identificação
Agregação de 
Dados
Colaboração e 
Inteligência
Ubiquidade
Descoberta de conhecimento e uso eficiente
dos recursos da IoT, a partir dos dados do 
objetos, para prover determinado serviço.
Técnicas: RDF, OWL e EXI.
“Coisas” (“Things”) são 
dispositivos
• Qualquer aparelho conectado capaz de minimamente
coletar e transmitir dados, trabalhando de forma 
independente ou em sincronia com outros aparelhos.
• Capazes de:
• Coletar dados do ambiente em que se encontram.
• Realizar algum processamento.
• Transmitir tais dados pela Internet.
• Estabelecer comunicação entre si e com servidores, chamados de 
gateways ou brokers.
• Proveem interfaces para
• Gerenciamento
• Troubleshooting (solução de problemas)
Arquiteturas básica dos objetos 
inteligentes 
Armazenamento de 
dados e programas.
CPUs utilizadas em 
sistemas embarcados.
Conversor A/D para 
receber sinais dos 
sensores.
Consumo reduzido.
Espaço reduzido.
Pelo menos um canal
de comunicação.
Mais comum = sem 
fio→ Rádio de baixo 
custo e baixa 
potência.
Curto alcance
Perdas frequentes. 
Normalmente: 
bateria (recarregável 
ou não) e conversor 
AC-DC.
Outras: energia 
elétrica, solar e 
colheita de energia.
Monitoramento do 
ambiente. Sensores
capturam valores de 
grandezas físicas
(temperatura, umidade, 
pressão, presença, ...) 
Atuadores produzem 
alguma ação, mediante 
comandos manuais, 
elétricos ou mecânicos.
Gateway
• As RSSF e sua evolução, a IoT, cresceram em um ambiente
com maior liberdade de desenvolvimento do que a Internet.
• Diversas ideias surgiram tanto do ponto de vista de software 
quanto de hardware que não eram completamente 
interoperáveis com a arquitetura TCP/IP da Internet.
• Tornou-se obrigatório usar um gateway para trocar 
informações entre os objetos inteligentes e elementos na 
Internet.
• A implementação de um gateway é, em geral, complexa e o 
seu gerenciamento é complicado.
• O gateway se tornou um gargalo.
1. Toda informação de e para a rede de objetos inteligentes transita 
através do gateway.
2. A inteligência da IoT fica no meio da rede, contradizendo os 
princípios da arquitetura fim-a-fim da Internet (a inteligência do 
sistema deve ficar nas pontas).
Plataformas de prototipação
Arduíno
Família de placas de 
circuito de código 
aberto.
Microprocessadores de 
baixo custo.
Software embarcado, 
programado em C/C++.
Pouca memória
(normalmente 256KB).
Módulos de expansão.
Raspberry Pi
Computador completo com 
Linux (open-source) 
embarcado.
Pode ser conectado 
diretamentea um monitor.
Portas de entrada e saída 
para conectar sensores.
Maior poder de 
processamentos.
Consome mais energia.
ESP8266
Processador RISC 
Tensilica: 23 bits, 
160MHz.
Conv. A/D de 10 bits
Comunicação Wi-Fi.
Boa relação custo-
benefício (< US$5)
Muito pequeno, 
adequado para 
aplicações vestíveis.
Aplicações de IoT
Oportunidades e desafios
• Conexão com a rede mundial de computadores →
novas habilidades dos objetos comuns :
• Controlar remotamente outros objetos
• Funcionar como provedores de serviços.
• Novas possibilidades → grande número de 
oportunidades
• Tanto no âmbito acadêmico quanto no industrial.
• Todavia, apresentam riscos e acarretam amplos 
desafios técnicos e sociais.
• Perspectivas futuras:
• Pluralidade crescente
• Mais de 40 bilhões de dispositivos conectados até 2020 
(Forbes, 2014).
Surgimento de uma gama de 
novas aplicações
• Casas inteligentes (Smart Home)
• Cidades inteligentes (Smart Cities)
• Carros inteligentes
• Saúde inteligente (Smart Healthcare)
• Coleta de dados de pacientes e monitoramento de idosos
• Agricultura inteligente
• Varejo inteligente
• IoT Industrial (Indústria 4.0)
• Sensoriamento de ambientes de difícil acesso e 
inóspitos
Smart home
Smart city
Smart healthcare
Smart 
healthcare
https://www.youtube.com/watch?v=HmbUJEShA-8
IoT
industrial
https://www.youtube.com/watch?v=HmbUJEShA-8
Limitações e desafios
• Os objetos possuem restrições
• Processamento
• Memória
• Comunicação
• Energia.
• Os objetos são heterogêneos→ divergem em
• Implementação
• Recursos
• Qualidade
• Padronização das tecnologias:
• Um dos elementos cruciais para o sucesso da IoT.
• Regulamentações, segurança, padronizações.
• Permitirá que a heterogeneidade de dispositivos conectados 
à Internet cresça.
Questões
Tanto teóricas quanto práticas
• Prover endereçamento aos dispositivos
• Encontrar rotas de boa vazão e que usem 
parcimoniosamente os recursos limitados dos objetos.
• Adaptação dos protocolos existentes
• Os paradigmas de comunicação e roteamento nas redes de 
objetos inteligentes podem não seguir os mesmos padrões de 
uma rede como a Internet.
• Nível de confiança dos dados obtidos dos dispositivos
• Podem apresentar imperfeições (calibragem do sensor), 
inconsistências (fora de ordem, outliers)
• Podem ser de diferentes tipos (gerados por pessoas, 
sensores físicos, fusão de dados).
• Como/onde pode-se empregar esses dados em determinados 
cenários?
Alguns autores apontam que a IoT será a nova revolução 
da tecnologia da informação (Ashton, 2009; Forbes, 
2014; Wang et al. 2015].
A IoT
possivelmente 
não deve ser 
entendida 
como um fim, 
mas sim um 
meio de 
alcançar algo 
maior como a 
computação 
ubíqua.
https://dcmferreira.audionainternet.com.br/2016/03/comunicacao-ubiqua.html
https://dcmferreira.audionainternet.com.br/2016/03/comunicacao-ubiqua.html
Leitura específica
• Conteúdo digital, Tema 1, Módulo 1: "PRINCIPAIS ELEMENTOS DE 
UMA ARQUITETURA DE IOT E SUAS APLICAÇÕES“
• IoT - Internet das Coisas (O que é?)
• Disponível em:
• https://www.youtube.com/watch?v=6mBO2vqLv38
• SANTOS, B. P. ; SILVA, Lucas A. M. ; CELES, Clayson S. F. S. ; 
BORGES NETO, J. B. ; PERES, B. S. ; Vieira, Marcos A.M. ; VIEIRA, L. 
F. M. ; GOUSSEVSKAIA, O. N. ; LOUREIRO, A. A. F. . Internet das 
Coisas: da Teoria à Prática. Simpósio Brasileiro de Redes de 
Computadores e Sistemas Distribuídos 2016 - Minicursos Livro 
Texto. 1ed.Porto Alegre: Sociedade Brasileira de Computação -
SBC, 2016, v. 1, p. 1-7.
• Disponível em:
• https://homepages.dcc.ufmg.br/~mmvieira/cc/papers/internet-
dascoisas.pdf
https://www.youtube.com/watch?v=6mBO2vqLv38
https://homepages.dcc.ufmg.br/~mmvieira/cc/papers/internet-dascoisas.pdf
Aprenda mais
• BRASIL. Decreto nº 9.854, de 25 de junho de 2019. 
Institui o Plano Nacional de Internet das Coisas e 
dispõe sobre a Câmara de Gestão e Acompanhamento 
do Desenvolvimento de Sistemas de Comunicação 
Máquina a Máquina e Internet das Coisas.
• Disponível em:
• http://www.planalto.gov.br/ccivil_03/_ato2019-
2022/2019/decreto/D9854.htm#:~:text=Institui%20o%20Plan
o%20Nacional%20de,M%C3%A1quina%20e%20Internet%20d
as%20Coisas
• O que é IoT?
• Disponível em:
• https://www.oracle.com/br/internet-of-things/what-is-iot/
http://www.planalto.gov.br/ccivil_03/_ato2019-2022/2019/decreto/D9854.htm#:~:text=Institui%20o%20Plano%20Nacional%20de,M%C3%A1quina%20e%20Internet%20das%20Coisas
https://www.oracle.com/br/internet-of-things/what-is-iot/
Para próxima aula
• Conteúdo digital, Tema 1, Módulo 2: “ESFORÇOS DE 
PADRONIZAÇÃO E OS PRINCIPAIS PROTOCOLOS USADOS PARA O 
ESTABELECIMENTO DA CONECTIVIDADE EM UMA REDE DE IOT”.
• Google, Apple, Amazon Joint IoT Standard.
• Disponível em:
• https://www.youtube.com/watch?v=nanNxvqud3w
• SANTOS, B. P. ; SILVA, Lucas A. M. ; CELES, Clayson S. F. S. ; 
BORGES NETO, J. B. ; PERES, B. S. ; Vieira, Marcos A.M. ; VIEIRA, L. 
F. M. ; GOUSSEVSKAIA, O. N. ; LOUREIRO, A. A. F. . Internet das 
Coisas: da Teoria à Prática. Simpósio Brasileiro de Redes de 
Computadores e Sistemas Distribuídos 2016 - Minicursos Livro 
Texto. 1ed.Porto Alegre: Sociedade Brasileira de Computação -
SBC, 2016, v. 1, p. 7-10.
• Disponível em:
• https://homepages.dcc.ufmg.br/~mmvieira/cc/papers/internet-das-
coisas.pdf
https://www.youtube.com/watch?v=nanNxvqud3w
https://homepages.dcc.ufmg.br/~mmvieira/cc/papers/internet-das-coisas.pdf
Mãos à obra
Nesta aula aprendemos:
• O que é Internet da Coisas (IoT).
• Como é a arquitetura da IoT.
• Como é um dispositivo de IoT.
• Quais são as oportunidade de aplicação 
da IoT.
• Quais os limites e desafios da tecnologia.