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06/07/2015
1
Tópicos Especiais em Redes I:
Plataformas para a
Internet das Coisas
Paulo F. Pires, Flávia C. Delicato
DCC/PPGI, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, Brasil
O que vamos ver na disciplina:
1. Conceitos básicos de Sistemas de IoT
2. Apresentar arquiteturas de referência para IoT
existentes
3. Apresentar e discutir requisitos de middleware
para IoT
4. Descrever plataformas de middleware específicas
para IoT
5. Desenvolver aplicações usando
plataformas de middleware para IoT
6. Elaborar Revisão/Mapeamento
Sistemático na área de IoT
2
06/07/2015
2
IoT: Conceitos Básicos
Internet das Coisas (IoT)
4
• A expressão Internet das Coisas
(do inglês Internet of Things - IoT)
foi cunhada em 1999 por Kevin
Ashton, cofundador do Auto-ID
Center no MIT (EUA)
– Foco em criar um sistema
padronizado global para uso ubíquo
de RFIDs e outros sensores
– Na abertura da Semana IoT (IoT
Week) em 2013 na Finlândia,
Ashton insistiu na constatação de
que a Internet das coisas está
aqui agora; não é o futuro, mas o
presente.
Kevin Ashton
06/07/2015
3
Internet das Coisas (IoT)
5
Uma das dez principais
tendências estratégicas de tecnologia
• 50 bilhões de dispositivos estarão
conectados até 2020
• Mercado potencial de mais de
US$ 14 trilhões
• A Internet das Coisas já está aqui
Mas o que é a
Internet das
Coisas?
Internet das Coisas (IoT)
A Internet das Coisas
(Internet of Things – IoT)
é um paradigma que
prevê a interconexão via
Internet de diversos
objetos físicos
heterogêneos
6
06/07/2015
4
Internet das Coisas (IoT)
Na visão da IoT, objetos físicos (coisas)
• são dotados de sensores e atuadores,
capturando variáveis ambientais e reagindo a
diversos estímulos externos
• podem ser endereçáveis, controlados e
monitorados através da Internet
• podem comunicar-se com outros recursos
físicos e/ou virtuais
7
Internet da Coisas: Definições
• Uma infraestrutura dinâmica e de escala global composta de dispositivos flexíveis
e interoperáveis integrados em uma rede de comunicação e informação comum
(CERP-IoT - IERC, http://www.rfid-in-action.eu/cerp/)
• Uma coleção de tecnologias que tornam possível conectar a Internet das Coisas
tais como sensores e atuadores, permitindo assim que o mundo físico possa ser
acessado através do software (projeto Contiki, http://www.contiki-os.org)
• Uma camada de conectividade digital no topo de infraestrutura e objetos
existentes (IoT Council, http://www.theinternetofthings.eu)
• Uma visão de utilização de dispositivos e aplicações interconectados em rede em
negócios, informações e processos sociais
Caraterísticas:
• Domínio pesquisa bem estabelecido e em contínua expansão
• Resultados significativos para muitos setores da indústria já disponíveis
• Tecnologias habilitadoras de IoT: redes de sensores, RFID, sistemas multi-
agentes, arquiteturas orientadas a eventos, arquiteturas orientadas a
serviços, serviços web
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5
Tipos de Dispositivos IoT*
• A Internet das Coisas é vista como uma rede de
dispositivos de comunicação, os quais possuem quatro
graus de sofisticação:
– Dispositivos puramente passivos (RFID) que produzem saída
de dados fixa quando consultado;
– Dispositivos com poder de processamento moderado para
formatar mensagens transportadas, com a capacidade de
variar o conteúdo em relação ao tempo e lugar;
– Dispositivos de sensoriamento que são capazes de gerar e
comunicar informações sobre o ambiente ou de status quando
consultado;
– Dispositivos com capacidade de processamento não restrita
usados para intermediar decisões de comunicação entre
dispositivos sem intervenção humana
o introdução de um grau de inteligência em sistemas em rede
9
* European Commission (2007) From RFID to the Internet of Things – Pervasive networked systems
Contexto de Pesquisa de IoT
10
Fonte: Internet of Things - Strategic Research Roadmap, IERC 2011,
O. Vermesan, Internet of Things - Vision and the Technology Behind
Connecting the Real, Virtual and Digital Worlds, 2009
Internet das Coisas é parte integrante da Internet do
Futuro (Future Internet -ver p.e. http://www.future-
internet.eu), a qual inclui ainda IoT, IoM (mídia), IoS
(serviços), IoP(Pessoas) e IoE (Energia) e prove as
respectivas aplicações para a sociedade
Meios de conectar “coisas”
(objetos inteligentes) em
aplicações IoT:
coisas / dados / integração
semântica
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6
Arquitetura Simplificada da IoT
• Ligação entre coisas físicas e virtuais
fonte: ITU-T Y.2060, 2012
Internet das Coisas (IoT)
A ampla disseminação da IoT possui o potencial de produzir impacto
considerável na vida das pessoas em diversos domínios de aplicação
cidades inteligentes meio ambiente energia
indústria
logística
domótica comércio e serviços saúde
12
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7
Exemplos de Aplicações de IoT
13
Cidades inteligentes
• Monitoramento e
planejamento de tráfego de
veículos
• Iluminação pública
• Otimização da coleta de lixo
• Monitoramento da saúde
estrutural de construções,
edifícios e monumentos
Exemplos de Aplicações de IoT
14
Ambiental
• Detecção de incêndios em
florestas
• Monitoramento de
temperatura, umidade,
precipitação
• Monitoramento da
poluição e qualidade
do ar
• Detecção de terremotos,
inundações e
deslizamentos
06/07/2015
8
Exemplos de Aplicações de IoT
15
Energia
• Economia de energia elétrica por meio do monitoramento e
gerenciamento de consumo
• Monitoramento do fluxo de água e turbinas em hidrelétricas
• Medição de níveis de radiação em usinas nucleares
Exemplos de Aplicações de IoT
16
Logística
• Monitoramento e rastreamento em tempo real de objetos
• Transparência e controle à cadeia de fornecimento
• Redução do consumo de energia elétrica
06/07/2015
9
Exemplos de Aplicações de IoT
17
Indústria
• Manutenção de máquinas por meio do monitoramento
em tempo real de seu desempenho
• Monitoramento do ambiente de trabalho
• Rastreamento em tempo real de produtos
Exemplos de Aplicações de IoT
18
Casas inteligentes
• Eficiência no consumo de energia elétrica e de água
• Controle remoto de equipamentos
• Monitoramento do
ambiente para melhoria do nível
de conforto dos moradores
• Detecção de intrusão
• Casas para idosos e
portadores de deficiência
(detecção de quedas, etc.)
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10
Exemplos de Aplicações de IoT
19
Saúde
• Monitoramento remoto em tempo real de sinais vitais
• Rápida detecção de situações de emergência
• Maior precisão em diagnósticos
– Monitoramento contínuo + dados históricos do paciente
Desafios e Oportunidades
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11
Desafios IoT: Arquitetura I
•APIs devem ser voltadas para inovação  mudança na forma de construção do SW
•Modelos de agregação do mundo físico com o virtual
•Processamento de eventos de tags, sensors, atuadores
• Necessidade de modelos em tempo real e métodos de desenho descrevendo a
interconexão confiável de sistemas heterogéneos (por exemplo, sistemas técnicos /
econômicos / sociais / ambientais). Identificar e monitorar elementos críticos do
sistema. Detectar estados críticos do sistema global em prazo hábil.
Inovação nas
aplicações
•Papel dos sistemas centrais versus elementos de borda  Fog Computing
•Integração e interoperabilidade com plataformas de negócio (Serviço IoT)*
•Particionamento da inteligência da sistema (dispositivo/borda/nuvem)  CoT
Distribuição da
“inteligência”
•Tratamento de grande volume de stream de dados Big Data
•Processamento em massa de dados, filtragem e mineração; evitar inundações na rede
de comunicação
•Integração de silos de dados, gerenciamento do conhecimento, acurácia
•Informação útil respeitando a privacidade
•Contexto: espacial, temporal e temático
Dados
21
*Barreira não tecnológica  Organização tradicional baseada em silo existentes nas cidades,
com cada concessionária responsável pelo seu próprio mundo fechado.
Desafios IoT: Arquitetura II
• Enriquecer o processamento de informação:
• Criação de mecanismos para descrever a informação criada por sensores
em diferentes aplicações para permitir a troca de informação útil entre
os diferentes serviços da cidade
• Assegurar um nível adequado de confiança e troca segura de dados entre
diferentes infra-estruturas de TIC verticais
Comunicações
entre vários
domínios
• Interoperabilidade, validação e modularização das tecnologias IoT
• Modelos de Referência Arquiteturais
Esforços de
padronização
• Livre acesso ao conhecimento e tecnologia  desenvolvimento de
negócios (mantendo o respeito pela privacidade e segurança)Governança
22
06/07/2015
12
Desafios IoT: Tecnologias Habilitadoras I
23
• Dispositivos ultra eficientes em energia
• Mecanismos para implantação eficiente e manutenção de instalações
IoT, incluindo a extração de energia do ambiente
Energia
• Integração de tecnologias de identificação sem fio em dispositivosRFID
• Autenticação individual de bilhões de dispositivos heterogêneos
• Garantir leituras confiáveis a partir de uma infinidade de sensores
• Calibração eficiente de um grande número de sensores implantados
em todos os lugares de postes de iluminação a latas de lixo
Confiabilidade
• Ontologias distribuídas em larga escala, descoberta semântica de
serviços, serviços web semânticos, máquinas de inferência, etc.
Tecnologias
Semânticas
Desafios IoT: Tecn. Habilitadoras II
24
• Avaliação em escala industrial e fora do ambiente
controlado
Aplicação de IoT
em cenários reais
• Frameworks inovadoras para desenvolvimento
de sistemas IoT de larga escala - sistemas de
sistemas (SoS)
Modelagem e
projeto
• Protocolos abertos, leves e rápidos: garantir a
interoperabilidade de dispositivos
• Framework Teórico Unificado para Comunicação
Conexões entre o
mundo real e
virtual
• Diminuição do custo de tecnologias chave 
RFID, placas, sensores, etc.Manufatura
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13
Soluções promissoras: plataformas
de middleware
• Camada de software inserida entre aplicações/usuários e a
infraestrutura (de comunicação, processamento,
sensoriamento) subjacente
• Tradicionalmente fornecem soluções para
heterogeneidade em sistemas distribuídos
• Fornecem abstrações sobre serviços e dispositivos físicos
subjacentes, facilitando a construção e execução de
aplicações
25
Aplicações Usuários
Middleware
Dispositivos
Soluções promissoras: plataformas
de middleware
• Plataformas de middleware específicas para IoT
representam uma área de pesquisa recente que
tem atraído a atenção da indústria e da academia
• Diversas propostas existentes na literatura
– Integração transparente de dispositivos
– Abstrações para o desenvolvimento de aplicações
• Plataformas existentes ainda não atingiram alto
grau de maturidade e requerem esforços
adicionais de pesquisa
26
06/07/2015
14
Desafios em IoT
A falta de padronização existente em IoT faz com
que as plataformas de middleware desenvolvidas
• adotem modelos de programação que, em geral,
não são compatíveis entre si → silos verticais
• negligenciem muitos dos requisitos funcionais e não
funcionais relevantes em IoT
• forneçam modelos inadequados de governança
27
Desafios em IoT
Solução para falta de padronização: adoção de
arquiteturas de referência que definam um conjunto inicial
de blocos de construção para ambientes de IoT, levando
em conta todos os seus requisitos relevantes
conceitos, padrões,
regras de negócio,
blocos de construção
Arquitetura
de
referência
Arquitetura
concreta
Arquitetura
concreta
Arquitetura
concreta
Arquiteturas abstratas que incorporam conhecimentos e experiências
sobre como projetar sistemas em um determinado domínio, sendo
capazes de guiar o seu desenvolvimento e evolução
• também utilizadas como um artefato de padronização para
permitir interoperabilidade entre sistemas ou componentes de sistemas 28
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15
Arquiteturas de referência para IoT
Modelos de Referência
Arquiteturais para IoT
30
06/07/2015
16
Conceitos: Arquitetura e Modelo de
Referência
* Muller 2008, Angelov et al. 2009, Nakagawa et al. 2011
31
• Conhecimento e experiências acerca de como
projetar sistemas em um determinado domínio
Arquitetura
abstrata
• Facilita a interoperabilidade entre sistemas ou
componentes de sistemas
Artefato de
padronização
IoT-A
Modelo de Referência Arquitetural
Desenvolvido no contexto do projeto europeu Internet of
Things Architecture (IoT-A): http://www.iot-a.eu
32
06/07/2015
17
Estrutura do Modelo de Referência
Arquitetural IoT-A
33
• Modelo de Referência IoT
– Descreve os aspectos do domínio IoT que não mudam
– Possibilita um discurso genérico comum sobre o domínio IoT
• Arquitetura de Referência IoT
– Baseada no modelo de referência
– Usada como referência para construir arquiteturas concretas
– Provê visões e perspectivas sobre diferentes aspectos
arquiteturais relevantes aos diferentes stakeholders do
domínio IoT
• Guias para ajudar no desenvolvimento de uma arquitetura
para um sistema específico baseada na arquitetura de
referência IoT
– Fornece diretrizes para arquitetos de sistemas
IoT-A
Modelo de Referência
34
06/07/2015
18
Visão Geral do Modelo de Referência
(MR)
• O MR fornece um entendimento
comum do domínio IoT
• Elementos:
– Modelo de Domínio
– Modelo de Informação
– Modelo Funcional
– Modelo de Comunicação
– Modelo de Confiança, Segurança e
Privacidade
35
Domain Model
Information
Model
Functional
Model
T, S&P
Model
Comm
FG Sec.
FG
Concepts explicitly
represented
Concepts as
foundations of
functional groups
Communication
Model
Information handled by
functional components
Fonte: IoT-A Workshop @ Bosch – 13th March 2013
Modelo de Domínio (MD)
• Definição dos principais conceitos abstratos, as suas
responsabilidades, e seus relacionamentos.
• Objetivo: Gerar um entendimento comum do domínio
de destino em questão.
– A compreensão comum dos principais conceitos é essencial
para se discutir sobre soluções arquitetônicas e avaliá-las.
36
O domínio da Internet das coisas já sofre de um
uso inconsistente e compreensão do significado
de muitos termos centrais
[Haller2010] S. Haller. The Things in the Internet of Things.
IoT 2010 Poster Session. Tokyo, Japan, November, 2010.
06/07/2015
19
Modelo de Domínio (MD)
37
Dev ice
Physical Entity
Human User
Serv ice
On-Dev ice
Resource
SensorActuator
Netw ork Resource
Resource
User
Passiv e Digital
Artefact
Activ e Digital
Artefact
Virtual Entity
Digital Artefact
Augmented Entity
Tag
Animate objects (humans, animals etc.)
Hardware
Software
Not clearly classifiable (e.g., combination)
Colour Scheme
XOR
0..*
contains
0..1
0..*
interacts with
0..*1
1
1..*
relates to 1
0..*
is associated with
0..*
0..*
contains
0..*
0..* identifies
0..1
0..*
is associated with
0..*
0..*
hosts
1
0..*
contains
0..1
1
1..*
0..*
contains
0..1
0..*
invokes
0..*
0..*
invokes / subscribes
1..*
0..*
has Information about / acts on
0..*
0..*
reads
0..*
0..*
monitors
0..*
0..*
acts on
0..*
0..*
is attached to
0..*
0..*
exposes
0..*
Fonte: [Bassi et al. 2013, p. 168]
Modelo de Domínio (MD)
38
Fonte: [Bassi et al. 2013, p. 168]
06/07/2015
20
Modelo de Domínio (MD)
39
Fonte: [Bassi et al. 2013, p. 168]
Modelo de Domínio: Exemplo
40
Fonte: [Bassi et al. 2013]
06/07/2015
21
Modelo de Informação (MI)
• Modela os conceitos do MD
que devem ser representados
e manipulados de forma
explícita no mundo digital
– Representação, coleta,
armazenamento,
processamento e
recuperação da
informação
• O MI é um metamodelo que
fornece estrutura para a
informação
• Essa estrutura é a base para
definir as interfaces funcionais
41
class Information Model
Attribute
attributeName
attributeType
ValueContainer
MetaData
metadataName
metadataType
metadataValue
VirtualEntity
entityType
identifier
Serv iceDescription
Association
Value
Resource
Description
Dev ice
Description
0..1
0..*
0..* 1..*
0..*
metadata
1
Fonte: [Bassi et al. 2013]
Mapeamento MD para MI
42
class Domain Model
Device
Physical Entity
Human User
Service
On-Device
Resource
SensorActuator
Network Resource
Resource
User
Passive Digital
Artefact
Active Digital
Artefact
Virtual Entity
Digital Artefact
Augmented Entity
Tag
A Virtual Entity is either an
Active Digital Artefact or a
Passive Digital Artefact.
0..*
monitors
1..*
0..*
acts on
1..*
0..*
invokes
0..*
1..*
exposes
0..*
0..*
is attached to
0..*
1..*
has Information about / acts on
1..*
0..*
contains
0..1
0..*
hosts
1
0..*
contains
0..1
0..* identifies
1
0..*
contains
0..*
1
1..*
1
1
1..*
invokes / subscribes
1..*
0..*
is associated with
0..*
1..*
reads
0..*
0..*
is associated with
0..*
1..*
relates to 1
0..*
contains
0..1
*
interacts with
*
class Information Model
Attribute
attributeName
attributeType
ValueContainer
MetaData
metadataName
metadataType
metadataValue
VirtualEntity
entityType
identifier
Serv iceDescription
Association
Value
Resource
Description
Dev ice
Description
0..1
0..*
0..* 1..*
0..*
metadata
1
Service
Virtual
Entity
Device
Resource
Associa Entidades
Virtuais e Serviços com
base em atributos.
Serviços
expõem/modificam
valores de atributos
06/07/2015
22
Modelo de Informação: Exemplo
43
Modelo de Domínio
Modelo de
Informação
Fonte: [Bassi et al. 2013]
Níveis de abstração de Serviços IoT
e Entidades Virtuais
44
Mundo Físico
Nível
Serviços IoT
sensor
sensor
atuador
sensor
sensor
Entidades Visuais
modelam aspectos
relevantes do mundo
físico
Nível
Entidade
Virtual
Sistema IoT
Recursos
expostos como Serviços
IoT medem, observam e
Atuam no mundo físico
Associação entre Serviços IoT
e Entidades Virtuais modeladas
Forneça-me
a temperatura
interna
da sala 1.33
Exemplo
Interações
Forneça-me
o valor de
temperatura
do Sensor 332
Ajuste o
atuador 867
para “ligado”
Ajuste a luz
na sala 2.57
para 15
Adaptado de [Bassi et al. 2013]
06/07/2015
23
Modelo Funcional (MF)
• Princípio da
decomposição
funcional
• Super conjunto de
funcionalidades
que podem ser usadas
para construir qualquer
sistema IoT.
• Elementos
– Grupos Funcionais
(GF)
– Interações entre
GFs
45
Fonte: [Bassi et al. 2013]
Modelo Funcional (MF)
46
Requisitos de
comunicação
MD: Entidade Virtual,
Dispositivos, Recursos
e Usuários
Requisitos de
stakeholders
Requisitos de
confiabilidade.
Segurança e
Privacidade
Requisitos de
gerenciamento e
comunicação entre FGs
06/07/2015
24
Modelo de Comunicação
• Define os principais paradigmas de comunicação para conexão
dos elementos IoT
• Fornece:
– Conjunto de regras de comunicação para construir pilhas de
interoperabilidade;
– Ideias sobre as principais interações entre os elementos do modelo de
domínio IoT.
• Modelo de comunicação proposto:
– Baseado no modelo de 7 camadas OSI/ISO
– Destaca os aspectos peculiares inerentes à interoperação entre diferentes
pilhas  recursos de interoperabilidade.
– Analisa a aplicação de diferentes esquemas de comunicação para
diferentes tipos de rede IoT:
o Gateways da camada de aplicação , proxy transparente, virtualização de rede,
etc.,.
47
Modelo de Comunicação
• O que torna a Internet das coisas muito
peculiar é a natureza das redes limitadas em
recursos.
– Comunicação baseada em protocolos diferentes;
– Exigência de processamento adicional nos
gateways.
48
Typical Internet model
IoT specialization of the model
Características de cada rede
podem ter um
impacto perceptível sobre a
comunicação global fim-a-fim.
Fonte: [Bassi et al. 2013]
06/07/2015
25
Modelo de Segurança
• Segurança de Serviço:
– Autorização, gerenciamento de
identidade, confiança e reputação, autenticação;
• Segurança da Comunicação:
– Focado na heterogeneidade do sistema
o Garantir um equilíbrio entre os recursos de segurança, largura
de banda, gasto de energia e capacidade de processamento
• Segurança de Aplicativos:
– Sistemas IoT  sistemas críticos:
o uma única falha no sistema pode levar a consequências trágicas
– Focada na propriedade “system safety”
o Identificação de possíveis riscos a segurança
o Projeto de acordo com a filosofia à prova de falhas  a maioria
das falhas irá simplesmente resultar em uma perda temporária
ou total do serviço, de modo a evitar maiores danos / acidentes 49
Segurança de Comunicação:
Exemplo
50
NTC Rede de dispositivos limitados,
NTU Rede de dispositivos não-limitados,
CDSecFeat Característica de segurança de um
dispositivo limitado.
• Uso de gateways para adaptação da
comunicação entre domínios:
– protocolo de adaptação entre redes
diferentes;
– Tunelamento entre gateways e outros
nós do domínio NTU (Opcional;
impactos sobre a avaliação
da confiabilidade);
– Gestão de recursos de segurança que
pertencem à rede periférica (Opcional);
– Descrição das opções de segurança
relacionadas com o tráfego originado de um nó
ligado ao gateway. (Autenticação de nó fonte, a
força criptográfica,...);
– Filtragem de tráfego de entrada (ou seja, o
tráfego enviado para um dos nós conectados ao
gateway ou vice-versa) de acordo com as
políticas de rede, políticas definidas pelo
usuário, e preferências destino do nó (Opcional).
Fonte: [Bassi et al. 2013]
06/07/2015
26
Aspectos de segurança contraditórios
em IoT
51
Privacidade
Confiabilidade
Cada entidade deve ser capaz de provar,
utilizando mecanismos apropriados, o seu valor
de confiança
O sistema deve permitir que cada entidade
interaja de acordo com a privacidade desejada,
sem forçá-la a divulgar informações com grau de
privacidade menor que o desejado.
Sugestão MR IoT-A:
Mecanismo que negocie
confiança e privacidade
• Os indivíduos recebem apenas um valor de confiança,
válido por um determinado número de pseudo-
identidades, e incluídos em um certificado de
confiança assinado pelo componente AuthN.
• O valor de confiança é atualizado cada vez que o
indivíduo interage com o sistema, pela contra-parte
dessa interação
• Desta forma, um sujeito não pode falsificar seu valor
de confiança único, o qual, por outro lado, não está
vinculado aos seus pseudônimos "livre-de-confiança"
IoT-A
Arquitetura de Referência
52
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27
IoT-A
• Descreve os blocos básicos e identifica as decisões de
projeto relevantes para um sistema IoT
• Visões: representação de um ou mais aspectos
estruturais de uma AR que ilustra como a AR pode ser
adotada para resolver uma ou mais requisitos.
• Perspectivas: requisitos de qualidade de arquitetura
53
Perspectivas
+
Visões
Decisões de
Projeto
Melhores
Práticas/Diretrizes
Visão Funcional
• Descreve elementos que detalham o Modelo Funcional
• Formada por grupos de funcionalidades e que podem envolver um ou
mais componentes funcionais.
Adaptado de [Bassi et al. 2013, p. 168] 54
06/07/2015
28
Visão Funcional: Exemplo
55Fonte: [Bassi et al. 2013]
Visão da Informação
• Definida com base no Modelo de Informação
IoT
– mais detalhes sobre a forma como a informação deve ser
representada em um sistema de Internet das coisas.
• Indo além do Modelo de Informação IOT-A:
– descreve informações, os componentes que lidam com a
informação, o fluxo de informação através do sistema e o
ciclo de vida dessa informação.
56
06/07/2015
29
Visão da Informação
• Exemplo de Estrutura de Informação para
Entity Type (Entidade)
57
Modelo de Entidade
Hierárquico
Modelo de Entidade
flat
Fonte: [Bassi et al. 2013]
Serviço IoT: SensorData
Serviço IoT
Comunicação
DispositivoDispositivo Sensor
OrganizaçãodeServiço
Gerenciamento Segurança
Aplicação
Gerenciamento de Processos IoT
Dado Sensoriado
Serviço da EV : Atributo
Entidade Virtual
Fluxo de Controle &
Confiabilidade
Usuário 1 Usuário 2 Usuário 3
Visão da Informação:
Fluxo de Informação
• Padrão de troca de mensagens:
– Push; solicitação / resposta; Subscrição / Notificação,
Publicação/ Subscrição.
• Exemplo
Publicação/
Subscrição
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30
Fluxo de Informação: Exemplo
59Adaptado de: [Bassi et al. 2013]
• Subredes
• Gateways e proxiesTopologia
• Quando e onde utilizar
dispositivos restritos
• Considerações de acesso
e interação
Dispositivos
• Mapeamento
Serviços  Requisitos
de qualidade
Serviços
Visões de Implantação e Operação
60
LOCAL
NúcleoInternet
Rede
Celular
Usuários
Rede
Cabeada
(ethernet/DSL)
Rede
WiFi
RFID e
RSSF
Tags Sensores
Outros
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31
Visão de Implantação e Operação
61
Fonte: [Bassi et al. 2013]
Perspectivas
62
Evolução e
interoperabilidade
Confiança, segurança
e privacidade
Desempenho e
escalabilidade
Disponibilidade e
resiliência
Garante que um
sistema exibe um
determinado conjunto
de propriedades de
qualidade  impactam
diferentes visões da
arquitetura do sistema
Aplicabilidade da
perspectiva para
(tipo de) sistemas
IoT
Atividades sugeridas
para alcançar a
qualidade desejada
Táticas arquiteturais
que um arquiteto
pode utilizar na
construção do
sistema
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32
Perspectivas: Exemplo Evolução e
Interoperabilidade
63
Fonte: [Bassi et al. 2013]
WSO2
Arquitetura de Referência
64
06/07/2015
33
WSO2
• WSO2 é uma empresa fornecedora de
plataforma de middleware de código aberto.
• Projeto da arquitetura de referência [Fremantle
2014] com base nas experiências no
desenvolvimento de sistemas IoT para clientes
65
WSO2
Arquitetura de referência para IoT da WSO2 [Fremantle 2014, p.9]
66
06/07/2015
34
WSO2
• Camada de dispositivos
– Cada dispositivo tem um ID único e comunicação
direta ou indireta com a internet
• Camada de comunicação
– Provê a conectividade dos dispositivos, com
múltiplos protocolos potenciais
o HTTP sobre REST
o MQTT (Message Queue Telemetry Transport)
o CoAP (Constrained Application Protocol)
67
WSO2
• Camada de agregação / barramento
– Gerencia e agrega as conexões de diversos
dispositivos, bem como o mapeamento e
transformações de dados entre diferentes protocolos
• Camada de processamento de eventos e análise
– Obtém os eventos do barramento e provê
capacidades para processar e agir sobre estes
eventos, bem como pode executar o armazenamento
de dados
• Camada de comunicações externas
– Através do qual os usuários podem interagir com os
dispositivos e acessar os dados disponíveis no
sistema.
68

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Aula1 io t

  • 1. 06/07/2015 1 Tópicos Especiais em Redes I: Plataformas para a Internet das Coisas Paulo F. Pires, Flávia C. Delicato DCC/PPGI, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, Brasil O que vamos ver na disciplina: 1. Conceitos básicos de Sistemas de IoT 2. Apresentar arquiteturas de referência para IoT existentes 3. Apresentar e discutir requisitos de middleware para IoT 4. Descrever plataformas de middleware específicas para IoT 5. Desenvolver aplicações usando plataformas de middleware para IoT 6. Elaborar Revisão/Mapeamento Sistemático na área de IoT 2
  • 2. 06/07/2015 2 IoT: Conceitos Básicos Internet das Coisas (IoT) 4 • A expressão Internet das Coisas (do inglês Internet of Things - IoT) foi cunhada em 1999 por Kevin Ashton, cofundador do Auto-ID Center no MIT (EUA) – Foco em criar um sistema padronizado global para uso ubíquo de RFIDs e outros sensores – Na abertura da Semana IoT (IoT Week) em 2013 na Finlândia, Ashton insistiu na constatação de que a Internet das coisas está aqui agora; não é o futuro, mas o presente. Kevin Ashton
  • 3. 06/07/2015 3 Internet das Coisas (IoT) 5 Uma das dez principais tendências estratégicas de tecnologia • 50 bilhões de dispositivos estarão conectados até 2020 • Mercado potencial de mais de US$ 14 trilhões • A Internet das Coisas já está aqui Mas o que é a Internet das Coisas? Internet das Coisas (IoT) A Internet das Coisas (Internet of Things – IoT) é um paradigma que prevê a interconexão via Internet de diversos objetos físicos heterogêneos 6
  • 4. 06/07/2015 4 Internet das Coisas (IoT) Na visão da IoT, objetos físicos (coisas) • são dotados de sensores e atuadores, capturando variáveis ambientais e reagindo a diversos estímulos externos • podem ser endereçáveis, controlados e monitorados através da Internet • podem comunicar-se com outros recursos físicos e/ou virtuais 7 Internet da Coisas: Definições • Uma infraestrutura dinâmica e de escala global composta de dispositivos flexíveis e interoperáveis integrados em uma rede de comunicação e informação comum (CERP-IoT - IERC, http://www.rfid-in-action.eu/cerp/) • Uma coleção de tecnologias que tornam possível conectar a Internet das Coisas tais como sensores e atuadores, permitindo assim que o mundo físico possa ser acessado através do software (projeto Contiki, http://www.contiki-os.org) • Uma camada de conectividade digital no topo de infraestrutura e objetos existentes (IoT Council, http://www.theinternetofthings.eu) • Uma visão de utilização de dispositivos e aplicações interconectados em rede em negócios, informações e processos sociais Caraterísticas: • Domínio pesquisa bem estabelecido e em contínua expansão • Resultados significativos para muitos setores da indústria já disponíveis • Tecnologias habilitadoras de IoT: redes de sensores, RFID, sistemas multi- agentes, arquiteturas orientadas a eventos, arquiteturas orientadas a serviços, serviços web
  • 5. 06/07/2015 5 Tipos de Dispositivos IoT* • A Internet das Coisas é vista como uma rede de dispositivos de comunicação, os quais possuem quatro graus de sofisticação: – Dispositivos puramente passivos (RFID) que produzem saída de dados fixa quando consultado; – Dispositivos com poder de processamento moderado para formatar mensagens transportadas, com a capacidade de variar o conteúdo em relação ao tempo e lugar; – Dispositivos de sensoriamento que são capazes de gerar e comunicar informações sobre o ambiente ou de status quando consultado; – Dispositivos com capacidade de processamento não restrita usados para intermediar decisões de comunicação entre dispositivos sem intervenção humana o introdução de um grau de inteligência em sistemas em rede 9 * European Commission (2007) From RFID to the Internet of Things – Pervasive networked systems Contexto de Pesquisa de IoT 10 Fonte: Internet of Things - Strategic Research Roadmap, IERC 2011, O. Vermesan, Internet of Things - Vision and the Technology Behind Connecting the Real, Virtual and Digital Worlds, 2009 Internet das Coisas é parte integrante da Internet do Futuro (Future Internet -ver p.e. http://www.future- internet.eu), a qual inclui ainda IoT, IoM (mídia), IoS (serviços), IoP(Pessoas) e IoE (Energia) e prove as respectivas aplicações para a sociedade Meios de conectar “coisas” (objetos inteligentes) em aplicações IoT: coisas / dados / integração semântica
  • 6. 06/07/2015 6 Arquitetura Simplificada da IoT • Ligação entre coisas físicas e virtuais fonte: ITU-T Y.2060, 2012 Internet das Coisas (IoT) A ampla disseminação da IoT possui o potencial de produzir impacto considerável na vida das pessoas em diversos domínios de aplicação cidades inteligentes meio ambiente energia indústria logística domótica comércio e serviços saúde 12
  • 7. 06/07/2015 7 Exemplos de Aplicações de IoT 13 Cidades inteligentes • Monitoramento e planejamento de tráfego de veículos • Iluminação pública • Otimização da coleta de lixo • Monitoramento da saúde estrutural de construções, edifícios e monumentos Exemplos de Aplicações de IoT 14 Ambiental • Detecção de incêndios em florestas • Monitoramento de temperatura, umidade, precipitação • Monitoramento da poluição e qualidade do ar • Detecção de terremotos, inundações e deslizamentos
  • 8. 06/07/2015 8 Exemplos de Aplicações de IoT 15 Energia • Economia de energia elétrica por meio do monitoramento e gerenciamento de consumo • Monitoramento do fluxo de água e turbinas em hidrelétricas • Medição de níveis de radiação em usinas nucleares Exemplos de Aplicações de IoT 16 Logística • Monitoramento e rastreamento em tempo real de objetos • Transparência e controle à cadeia de fornecimento • Redução do consumo de energia elétrica
  • 9. 06/07/2015 9 Exemplos de Aplicações de IoT 17 Indústria • Manutenção de máquinas por meio do monitoramento em tempo real de seu desempenho • Monitoramento do ambiente de trabalho • Rastreamento em tempo real de produtos Exemplos de Aplicações de IoT 18 Casas inteligentes • Eficiência no consumo de energia elétrica e de água • Controle remoto de equipamentos • Monitoramento do ambiente para melhoria do nível de conforto dos moradores • Detecção de intrusão • Casas para idosos e portadores de deficiência (detecção de quedas, etc.)
  • 10. 06/07/2015 10 Exemplos de Aplicações de IoT 19 Saúde • Monitoramento remoto em tempo real de sinais vitais • Rápida detecção de situações de emergência • Maior precisão em diagnósticos – Monitoramento contínuo + dados históricos do paciente Desafios e Oportunidades
  • 11. 06/07/2015 11 Desafios IoT: Arquitetura I •APIs devem ser voltadas para inovação  mudança na forma de construção do SW •Modelos de agregação do mundo físico com o virtual •Processamento de eventos de tags, sensors, atuadores • Necessidade de modelos em tempo real e métodos de desenho descrevendo a interconexão confiável de sistemas heterogéneos (por exemplo, sistemas técnicos / econômicos / sociais / ambientais). Identificar e monitorar elementos críticos do sistema. Detectar estados críticos do sistema global em prazo hábil. Inovação nas aplicações •Papel dos sistemas centrais versus elementos de borda  Fog Computing •Integração e interoperabilidade com plataformas de negócio (Serviço IoT)* •Particionamento da inteligência da sistema (dispositivo/borda/nuvem)  CoT Distribuição da “inteligência” •Tratamento de grande volume de stream de dados Big Data •Processamento em massa de dados, filtragem e mineração; evitar inundações na rede de comunicação •Integração de silos de dados, gerenciamento do conhecimento, acurácia •Informação útil respeitando a privacidade •Contexto: espacial, temporal e temático Dados 21 *Barreira não tecnológica  Organização tradicional baseada em silo existentes nas cidades, com cada concessionária responsável pelo seu próprio mundo fechado. Desafios IoT: Arquitetura II • Enriquecer o processamento de informação: • Criação de mecanismos para descrever a informação criada por sensores em diferentes aplicações para permitir a troca de informação útil entre os diferentes serviços da cidade • Assegurar um nível adequado de confiança e troca segura de dados entre diferentes infra-estruturas de TIC verticais Comunicações entre vários domínios • Interoperabilidade, validação e modularização das tecnologias IoT • Modelos de Referência Arquiteturais Esforços de padronização • Livre acesso ao conhecimento e tecnologia  desenvolvimento de negócios (mantendo o respeito pela privacidade e segurança)Governança 22
  • 12. 06/07/2015 12 Desafios IoT: Tecnologias Habilitadoras I 23 • Dispositivos ultra eficientes em energia • Mecanismos para implantação eficiente e manutenção de instalações IoT, incluindo a extração de energia do ambiente Energia • Integração de tecnologias de identificação sem fio em dispositivosRFID • Autenticação individual de bilhões de dispositivos heterogêneos • Garantir leituras confiáveis a partir de uma infinidade de sensores • Calibração eficiente de um grande número de sensores implantados em todos os lugares de postes de iluminação a latas de lixo Confiabilidade • Ontologias distribuídas em larga escala, descoberta semântica de serviços, serviços web semânticos, máquinas de inferência, etc. Tecnologias Semânticas Desafios IoT: Tecn. Habilitadoras II 24 • Avaliação em escala industrial e fora do ambiente controlado Aplicação de IoT em cenários reais • Frameworks inovadoras para desenvolvimento de sistemas IoT de larga escala - sistemas de sistemas (SoS) Modelagem e projeto • Protocolos abertos, leves e rápidos: garantir a interoperabilidade de dispositivos • Framework Teórico Unificado para Comunicação Conexões entre o mundo real e virtual • Diminuição do custo de tecnologias chave  RFID, placas, sensores, etc.Manufatura
  • 13. 06/07/2015 13 Soluções promissoras: plataformas de middleware • Camada de software inserida entre aplicações/usuários e a infraestrutura (de comunicação, processamento, sensoriamento) subjacente • Tradicionalmente fornecem soluções para heterogeneidade em sistemas distribuídos • Fornecem abstrações sobre serviços e dispositivos físicos subjacentes, facilitando a construção e execução de aplicações 25 Aplicações Usuários Middleware Dispositivos Soluções promissoras: plataformas de middleware • Plataformas de middleware específicas para IoT representam uma área de pesquisa recente que tem atraído a atenção da indústria e da academia • Diversas propostas existentes na literatura – Integração transparente de dispositivos – Abstrações para o desenvolvimento de aplicações • Plataformas existentes ainda não atingiram alto grau de maturidade e requerem esforços adicionais de pesquisa 26
  • 14. 06/07/2015 14 Desafios em IoT A falta de padronização existente em IoT faz com que as plataformas de middleware desenvolvidas • adotem modelos de programação que, em geral, não são compatíveis entre si → silos verticais • negligenciem muitos dos requisitos funcionais e não funcionais relevantes em IoT • forneçam modelos inadequados de governança 27 Desafios em IoT Solução para falta de padronização: adoção de arquiteturas de referência que definam um conjunto inicial de blocos de construção para ambientes de IoT, levando em conta todos os seus requisitos relevantes conceitos, padrões, regras de negócio, blocos de construção Arquitetura de referência Arquitetura concreta Arquitetura concreta Arquitetura concreta Arquiteturas abstratas que incorporam conhecimentos e experiências sobre como projetar sistemas em um determinado domínio, sendo capazes de guiar o seu desenvolvimento e evolução • também utilizadas como um artefato de padronização para permitir interoperabilidade entre sistemas ou componentes de sistemas 28
  • 15. 06/07/2015 15 Arquiteturas de referência para IoT Modelos de Referência Arquiteturais para IoT 30
  • 16. 06/07/2015 16 Conceitos: Arquitetura e Modelo de Referência * Muller 2008, Angelov et al. 2009, Nakagawa et al. 2011 31 • Conhecimento e experiências acerca de como projetar sistemas em um determinado domínio Arquitetura abstrata • Facilita a interoperabilidade entre sistemas ou componentes de sistemas Artefato de padronização IoT-A Modelo de Referência Arquitetural Desenvolvido no contexto do projeto europeu Internet of Things Architecture (IoT-A): http://www.iot-a.eu 32
  • 17. 06/07/2015 17 Estrutura do Modelo de Referência Arquitetural IoT-A 33 • Modelo de Referência IoT – Descreve os aspectos do domínio IoT que não mudam – Possibilita um discurso genérico comum sobre o domínio IoT • Arquitetura de Referência IoT – Baseada no modelo de referência – Usada como referência para construir arquiteturas concretas – Provê visões e perspectivas sobre diferentes aspectos arquiteturais relevantes aos diferentes stakeholders do domínio IoT • Guias para ajudar no desenvolvimento de uma arquitetura para um sistema específico baseada na arquitetura de referência IoT – Fornece diretrizes para arquitetos de sistemas IoT-A Modelo de Referência 34
  • 18. 06/07/2015 18 Visão Geral do Modelo de Referência (MR) • O MR fornece um entendimento comum do domínio IoT • Elementos: – Modelo de Domínio – Modelo de Informação – Modelo Funcional – Modelo de Comunicação – Modelo de Confiança, Segurança e Privacidade 35 Domain Model Information Model Functional Model T, S&P Model Comm FG Sec. FG Concepts explicitly represented Concepts as foundations of functional groups Communication Model Information handled by functional components Fonte: IoT-A Workshop @ Bosch – 13th March 2013 Modelo de Domínio (MD) • Definição dos principais conceitos abstratos, as suas responsabilidades, e seus relacionamentos. • Objetivo: Gerar um entendimento comum do domínio de destino em questão. – A compreensão comum dos principais conceitos é essencial para se discutir sobre soluções arquitetônicas e avaliá-las. 36 O domínio da Internet das coisas já sofre de um uso inconsistente e compreensão do significado de muitos termos centrais [Haller2010] S. Haller. The Things in the Internet of Things. IoT 2010 Poster Session. Tokyo, Japan, November, 2010.
  • 19. 06/07/2015 19 Modelo de Domínio (MD) 37 Dev ice Physical Entity Human User Serv ice On-Dev ice Resource SensorActuator Netw ork Resource Resource User Passiv e Digital Artefact Activ e Digital Artefact Virtual Entity Digital Artefact Augmented Entity Tag Animate objects (humans, animals etc.) Hardware Software Not clearly classifiable (e.g., combination) Colour Scheme XOR 0..* contains 0..1 0..* interacts with 0..*1 1 1..* relates to 1 0..* is associated with 0..* 0..* contains 0..* 0..* identifies 0..1 0..* is associated with 0..* 0..* hosts 1 0..* contains 0..1 1 1..* 0..* contains 0..1 0..* invokes 0..* 0..* invokes / subscribes 1..* 0..* has Information about / acts on 0..* 0..* reads 0..* 0..* monitors 0..* 0..* acts on 0..* 0..* is attached to 0..* 0..* exposes 0..* Fonte: [Bassi et al. 2013, p. 168] Modelo de Domínio (MD) 38 Fonte: [Bassi et al. 2013, p. 168]
  • 20. 06/07/2015 20 Modelo de Domínio (MD) 39 Fonte: [Bassi et al. 2013, p. 168] Modelo de Domínio: Exemplo 40 Fonte: [Bassi et al. 2013]
  • 21. 06/07/2015 21 Modelo de Informação (MI) • Modela os conceitos do MD que devem ser representados e manipulados de forma explícita no mundo digital – Representação, coleta, armazenamento, processamento e recuperação da informação • O MI é um metamodelo que fornece estrutura para a informação • Essa estrutura é a base para definir as interfaces funcionais 41 class Information Model Attribute attributeName attributeType ValueContainer MetaData metadataName metadataType metadataValue VirtualEntity entityType identifier Serv iceDescription Association Value Resource Description Dev ice Description 0..1 0..* 0..* 1..* 0..* metadata 1 Fonte: [Bassi et al. 2013] Mapeamento MD para MI 42 class Domain Model Device Physical Entity Human User Service On-Device Resource SensorActuator Network Resource Resource User Passive Digital Artefact Active Digital Artefact Virtual Entity Digital Artefact Augmented Entity Tag A Virtual Entity is either an Active Digital Artefact or a Passive Digital Artefact. 0..* monitors 1..* 0..* acts on 1..* 0..* invokes 0..* 1..* exposes 0..* 0..* is attached to 0..* 1..* has Information about / acts on 1..* 0..* contains 0..1 0..* hosts 1 0..* contains 0..1 0..* identifies 1 0..* contains 0..* 1 1..* 1 1 1..* invokes / subscribes 1..* 0..* is associated with 0..* 1..* reads 0..* 0..* is associated with 0..* 1..* relates to 1 0..* contains 0..1 * interacts with * class Information Model Attribute attributeName attributeType ValueContainer MetaData metadataName metadataType metadataValue VirtualEntity entityType identifier Serv iceDescription Association Value Resource Description Dev ice Description 0..1 0..* 0..* 1..* 0..* metadata 1 Service Virtual Entity Device Resource Associa Entidades Virtuais e Serviços com base em atributos. Serviços expõem/modificam valores de atributos
  • 22. 06/07/2015 22 Modelo de Informação: Exemplo 43 Modelo de Domínio Modelo de Informação Fonte: [Bassi et al. 2013] Níveis de abstração de Serviços IoT e Entidades Virtuais 44 Mundo Físico Nível Serviços IoT sensor sensor atuador sensor sensor Entidades Visuais modelam aspectos relevantes do mundo físico Nível Entidade Virtual Sistema IoT Recursos expostos como Serviços IoT medem, observam e Atuam no mundo físico Associação entre Serviços IoT e Entidades Virtuais modeladas Forneça-me a temperatura interna da sala 1.33 Exemplo Interações Forneça-me o valor de temperatura do Sensor 332 Ajuste o atuador 867 para “ligado” Ajuste a luz na sala 2.57 para 15 Adaptado de [Bassi et al. 2013]
  • 23. 06/07/2015 23 Modelo Funcional (MF) • Princípio da decomposição funcional • Super conjunto de funcionalidades que podem ser usadas para construir qualquer sistema IoT. • Elementos – Grupos Funcionais (GF) – Interações entre GFs 45 Fonte: [Bassi et al. 2013] Modelo Funcional (MF) 46 Requisitos de comunicação MD: Entidade Virtual, Dispositivos, Recursos e Usuários Requisitos de stakeholders Requisitos de confiabilidade. Segurança e Privacidade Requisitos de gerenciamento e comunicação entre FGs
  • 24. 06/07/2015 24 Modelo de Comunicação • Define os principais paradigmas de comunicação para conexão dos elementos IoT • Fornece: – Conjunto de regras de comunicação para construir pilhas de interoperabilidade; – Ideias sobre as principais interações entre os elementos do modelo de domínio IoT. • Modelo de comunicação proposto: – Baseado no modelo de 7 camadas OSI/ISO – Destaca os aspectos peculiares inerentes à interoperação entre diferentes pilhas  recursos de interoperabilidade. – Analisa a aplicação de diferentes esquemas de comunicação para diferentes tipos de rede IoT: o Gateways da camada de aplicação , proxy transparente, virtualização de rede, etc.,. 47 Modelo de Comunicação • O que torna a Internet das coisas muito peculiar é a natureza das redes limitadas em recursos. – Comunicação baseada em protocolos diferentes; – Exigência de processamento adicional nos gateways. 48 Typical Internet model IoT specialization of the model Características de cada rede podem ter um impacto perceptível sobre a comunicação global fim-a-fim. Fonte: [Bassi et al. 2013]
  • 25. 06/07/2015 25 Modelo de Segurança • Segurança de Serviço: – Autorização, gerenciamento de identidade, confiança e reputação, autenticação; • Segurança da Comunicação: – Focado na heterogeneidade do sistema o Garantir um equilíbrio entre os recursos de segurança, largura de banda, gasto de energia e capacidade de processamento • Segurança de Aplicativos: – Sistemas IoT  sistemas críticos: o uma única falha no sistema pode levar a consequências trágicas – Focada na propriedade “system safety” o Identificação de possíveis riscos a segurança o Projeto de acordo com a filosofia à prova de falhas  a maioria das falhas irá simplesmente resultar em uma perda temporária ou total do serviço, de modo a evitar maiores danos / acidentes 49 Segurança de Comunicação: Exemplo 50 NTC Rede de dispositivos limitados, NTU Rede de dispositivos não-limitados, CDSecFeat Característica de segurança de um dispositivo limitado. • Uso de gateways para adaptação da comunicação entre domínios: – protocolo de adaptação entre redes diferentes; – Tunelamento entre gateways e outros nós do domínio NTU (Opcional; impactos sobre a avaliação da confiabilidade); – Gestão de recursos de segurança que pertencem à rede periférica (Opcional); – Descrição das opções de segurança relacionadas com o tráfego originado de um nó ligado ao gateway. (Autenticação de nó fonte, a força criptográfica,...); – Filtragem de tráfego de entrada (ou seja, o tráfego enviado para um dos nós conectados ao gateway ou vice-versa) de acordo com as políticas de rede, políticas definidas pelo usuário, e preferências destino do nó (Opcional). Fonte: [Bassi et al. 2013]
  • 26. 06/07/2015 26 Aspectos de segurança contraditórios em IoT 51 Privacidade Confiabilidade Cada entidade deve ser capaz de provar, utilizando mecanismos apropriados, o seu valor de confiança O sistema deve permitir que cada entidade interaja de acordo com a privacidade desejada, sem forçá-la a divulgar informações com grau de privacidade menor que o desejado. Sugestão MR IoT-A: Mecanismo que negocie confiança e privacidade • Os indivíduos recebem apenas um valor de confiança, válido por um determinado número de pseudo- identidades, e incluídos em um certificado de confiança assinado pelo componente AuthN. • O valor de confiança é atualizado cada vez que o indivíduo interage com o sistema, pela contra-parte dessa interação • Desta forma, um sujeito não pode falsificar seu valor de confiança único, o qual, por outro lado, não está vinculado aos seus pseudônimos "livre-de-confiança" IoT-A Arquitetura de Referência 52
  • 27. 06/07/2015 27 IoT-A • Descreve os blocos básicos e identifica as decisões de projeto relevantes para um sistema IoT • Visões: representação de um ou mais aspectos estruturais de uma AR que ilustra como a AR pode ser adotada para resolver uma ou mais requisitos. • Perspectivas: requisitos de qualidade de arquitetura 53 Perspectivas + Visões Decisões de Projeto Melhores Práticas/Diretrizes Visão Funcional • Descreve elementos que detalham o Modelo Funcional • Formada por grupos de funcionalidades e que podem envolver um ou mais componentes funcionais. Adaptado de [Bassi et al. 2013, p. 168] 54
  • 28. 06/07/2015 28 Visão Funcional: Exemplo 55Fonte: [Bassi et al. 2013] Visão da Informação • Definida com base no Modelo de Informação IoT – mais detalhes sobre a forma como a informação deve ser representada em um sistema de Internet das coisas. • Indo além do Modelo de Informação IOT-A: – descreve informações, os componentes que lidam com a informação, o fluxo de informação através do sistema e o ciclo de vida dessa informação. 56
  • 29. 06/07/2015 29 Visão da Informação • Exemplo de Estrutura de Informação para Entity Type (Entidade) 57 Modelo de Entidade Hierárquico Modelo de Entidade flat Fonte: [Bassi et al. 2013] Serviço IoT: SensorData Serviço IoT Comunicação DispositivoDispositivo Sensor OrganizaçãodeServiço Gerenciamento Segurança Aplicação Gerenciamento de Processos IoT Dado Sensoriado Serviço da EV : Atributo Entidade Virtual Fluxo de Controle & Confiabilidade Usuário 1 Usuário 2 Usuário 3 Visão da Informação: Fluxo de Informação • Padrão de troca de mensagens: – Push; solicitação / resposta; Subscrição / Notificação, Publicação/ Subscrição. • Exemplo Publicação/ Subscrição
  • 30. 06/07/2015 30 Fluxo de Informação: Exemplo 59Adaptado de: [Bassi et al. 2013] • Subredes • Gateways e proxiesTopologia • Quando e onde utilizar dispositivos restritos • Considerações de acesso e interação Dispositivos • Mapeamento Serviços  Requisitos de qualidade Serviços Visões de Implantação e Operação 60 LOCAL NúcleoInternet Rede Celular Usuários Rede Cabeada (ethernet/DSL) Rede WiFi RFID e RSSF Tags Sensores Outros
  • 31. 06/07/2015 31 Visão de Implantação e Operação 61 Fonte: [Bassi et al. 2013] Perspectivas 62 Evolução e interoperabilidade Confiança, segurança e privacidade Desempenho e escalabilidade Disponibilidade e resiliência Garante que um sistema exibe um determinado conjunto de propriedades de qualidade  impactam diferentes visões da arquitetura do sistema Aplicabilidade da perspectiva para (tipo de) sistemas IoT Atividades sugeridas para alcançar a qualidade desejada Táticas arquiteturais que um arquiteto pode utilizar na construção do sistema
  • 32. 06/07/2015 32 Perspectivas: Exemplo Evolução e Interoperabilidade 63 Fonte: [Bassi et al. 2013] WSO2 Arquitetura de Referência 64
  • 33. 06/07/2015 33 WSO2 • WSO2 é uma empresa fornecedora de plataforma de middleware de código aberto. • Projeto da arquitetura de referência [Fremantle 2014] com base nas experiências no desenvolvimento de sistemas IoT para clientes 65 WSO2 Arquitetura de referência para IoT da WSO2 [Fremantle 2014, p.9] 66
  • 34. 06/07/2015 34 WSO2 • Camada de dispositivos – Cada dispositivo tem um ID único e comunicação direta ou indireta com a internet • Camada de comunicação – Provê a conectividade dos dispositivos, com múltiplos protocolos potenciais o HTTP sobre REST o MQTT (Message Queue Telemetry Transport) o CoAP (Constrained Application Protocol) 67 WSO2 • Camada de agregação / barramento – Gerencia e agrega as conexões de diversos dispositivos, bem como o mapeamento e transformações de dados entre diferentes protocolos • Camada de processamento de eventos e análise – Obtém os eventos do barramento e provê capacidades para processar e agir sobre estes eventos, bem como pode executar o armazenamento de dados • Camada de comunicações externas – Através do qual os usuários podem interagir com os dispositivos e acessar os dados disponíveis no sistema. 68