Modelos de comunicação para IoT

comunicação para IoT

Quando se fala da Internet das Coisas, muitas vezes não se sabe exatamente como cada coisa tem acesso à Internet. Para desenvolver um novo produto, qual o melhor modelo de comunicação para IoT? Existe algum padrão que preciso seguir? Quais conhecimentos necessários preciso ter para tirar a ideia do papel?

 

Acompanhe neste texto quais os quatro modelos básicos de comunicação para objetos conectados, descubra alguns padrões utilizados, exemplos de aplicações reais do dia a dia e características básicas da arquitetura utilizada em cada um deles.

 

RFC 7452 (Architectural Considerations in Smart Object Networking) submetida pelo Internet Architecture Board (IAB) e publicada em Março/2015 pelo Internet Engineering Task Force (IETF) define quatro modelos de comunicação para a Internet das Coisas.

 

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Figura 1 - IAB e IETF, umas das comunidades dedicadas para evolução da Internet.

 

Device-to-Device

 

No modelo exemplificado na Figura 2, um dispositivo se comunica diretamente com o dispositivo alvo. Imagine sua casa conectada, na hora do café da manhã você conecta seu smartphone com sua cafeteira e seleciona o tipo de café e a quantidade de açúcar, via Bluetooth.

 

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Figura 2. Cenário de aplicação de Device-to-Device.

 

A cafeteira do “Fabricante A” se comunica com o smartphone do “Fabricante B” por uma conexão sem fio, por exemplo BLE. A interoperabilidade dos dois dispositivos é de responsabilidade do aplicativo disponibilizado pelo fabricante da cafeteira e instalado no smartphone que padroniza a comunicação entre os devices.

 

Um outro cenário deste modelo device-to-device que se torna cada vez mais comum são as redes de sensores sem fio, dos mais diversos. Os sensores se comunicam uns com os outros e muitas vezes têm energia, memória e processamento limitados, além de não ser possível instalar um aplicativo para padronizar a comunicação de cada fabricante. Podem monitorar a temperatura de um centro urbano, o consumo de água nas casas ou poluição em uma cidade, por exemplo. Cada sensor da rede se comunica com seu vizinho e nem sempre todos estes sensores serão de um só fabricante.

 

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Figura 3. Cenário de aplicação de Device-to-Device em uma rede mesh.

 

Como lidar com a interoperabilidade de sensores de fabricantes diferentes? Hoje, um grande desafio é a padronização dos protocolos que permitirão a interoperabilidade de objetos conectados de diferentes fabricantes como neste caso. Existem diversas iniciativas que buscam divulgar e unificar os padrões de comunicação em diferentes cenários para Internet das Coisas, como as do IEEE, ITU, Open Connectivity Foundation, AllSeen Alliance, etc.

 

Device-to-Cloud

 

O padrão Device-to-Cloud (Dispositivo para Nuvem) é utilizado quando o dispositivo se comunica diretamente com a Internet, sem um equipamento intermediário entre esta comunicação. Como na Figura 4, um carro possui uma placa de telemetria que possui módulo GPS e um rádio GPRS embutido. Suas informações de posicionamento são transmitidas pela rede de dados de telefonia móvel diretamente para um serviço na nuvem, sem depender de nenhuma infraestrutura própria de rede ethernet ou WiFi, por exemplo.

 

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Figura 4. Cenário de aplicação de Device-to-Cloud

 

Para acessar as informações sobre o posicionamento do carro basta acessar um site ou aplicativo da “Empresa A” dona do serviço executado na nuvem. Imagine que no caso acima a mesma empresa é também fabricante das placas de telemetria. Neste cenário não há problema de interoperabilidade já que toda implementação do sistema era conhecida.

 

Apesar da conexão IP fim-a-fim, entre a unidade de telemetria e o servidor, isso não impede a formação de uma rede proprietária criada pela “Empresa A”, onde só serão aceitos os equipamentos de sua marca. Este tipo de dependência pode tornar ótimas soluções para Internet das Coisas em projetos pouco atrativos.

 

Para permitir que um serviço na nuvem possa ser usado por equipamentos de diversos fabricantes, é necessário suportar algum protocolo padrão e de preferência aberto como CoAP e MQTT.

 

Device-to-Gateway

 

A comunicação device-to-gateway, como o nome sugere, o dispositivo se conecta a um gateway para ter acesso à Internet. Um exemplo bastante comum nos dias de hoje e exemplificado na Figura 5, é o uso de pulseiras e plataformas que monitoram exercícios físicos.

 

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Figura 5. Cenário de aplicação de Device-to-(Smartphone)Gateway.

 

No caso acima o smartphone é o gateway, responsável por interoperar dois padrões de comunicação distintos (Bluetooth e o LTE). Os dados coletados sobre a atividade física são enviados para o smartphone via Bluetooth e um aplicativo é responsável por transmitir as informações para a Internet por WiFi ou pela rede de dados. A pulseira não possui um endereço IP, não está conectada na Internet e precisa de um gateway para isso.

 

Outro exemplo que vem ganhando cada vez mais espaço são as casas conectadas. É um ótimo cenário da utilização de gateways. Lâmpadas, tomadas, sensores de presença, campainha, geladeira, todos estes objetos não se conectam diretamente com a Internet mas trocam informações com o gateway que é o responsável por isto.

 

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Figura 6. Cenário de aplicação de Device-to-(Access Point)Gateway.

 

Back-End Data Sharing

 

A Internet das Coisas nos possibilita combinar e analisar grande quantidade de dados exportados de diferentes plataformas e dispositivos. Tratar e dar sentido a estes dados criando informação útil é possível com o conceito de back-end data sharing. Combinar informações sobre o clima, sobre o trânsito, sobre as atividades diárias de cada pessoa e utilizar isto para gerar informações com muito mais valor agregado é sem dúvida uma prática que traz vantagens inimagináveis até então.

 

Por enquanto é possível organizar sua agenda, aumentar seu controle financeiro, melhorar um pouco sua qualidade de vida. Não muito distante de hoje estas informações se transformarão para algo além de recomendações e alertas.

 

Será como um controle automático onde as ordens e até mesmo ações serão comandadas e executadas por computadores e máquinas em sua volta sem mesmo você se dar conta disso. A Figura 7 abaixo ilustra um exemplo da utilização do modelo back-end data sharing:

 

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Figura 7. Cenário de aplicação de Back-End Data Sharing.

 

Em uma fazenda com sensores conectados são medidas as características do solo e esses dados são enviados para o Servidor A onde a aplicação de agricultura inteligente é executada. No servidor os dados são tratados e contextualizados gerando recomendações e indicadores para a fazenda. Para agregar mais valor aos dados dos sensores o Servidor A se comunica com os Servidores B e C tomando ciência de dados meteorológicos, histórico da plantação e características de cada tipo de plantio fornecidos pelas aplicações. Recomendações sobre o momento ótimo para fazer a colheita ou até mesmo enviar a ordem para que colheitadeiras executem tudo automaticamente, aumentando consideravelmente a produção.

 

Considerações Finais

 

Cada um dos modelos de comunicação mostrado acima utiliza um conjunto de diferentes tecnologias que combinadas possibilitam a formação e funcionamento das inúmeras aplicações. Como foi visto cada fabricante possui dispositivos que se conectam de forma diferente à rede, portanto a interoperabilidade é um fator determinante para que o produto tenha maior aceitação no mercado.


Ao analisar percebemos que mais de um modelo será utilizado na maioria das aplicações conectadas. O primeiro exemplo que vimos no Device-to-Device foi a cafeteira conectada. Porém, se o aplicativo do smartphone consulta informações sobre o tipo do café que será consumido em um servidor, é um claro uso de Device-to-Gateway. Se quem usa esse aplicativo é uma cafeteria e o servidor informa sobre o fim do estoque para um fornecedor local por exemplo, está sendo usado o modelo Back-End Data Sharing.

 

Como foi explicado neste artigo a Internet das Coisas está ganhando cada vez mas espaço no mercado atual e a previsão é que bilhões de dispositivos estejam na rede no futuro, portanto aqueles que estiverem preparados para essa comunicação estarão um passo à frente neste novo mundo onde tudo estará conectado.

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Victor Fernandes
Engenheiro de Telecomunicações pelo INATEL, participante do Projeto Momote (http://momote.io). Vive em Santa Rita do Sapucaí/MG cidade conhecida como "O Vale da Eletrônica".

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Allef AraujoRafael JóiaVictor FernandesDaniel MazzerUlysses Fonseca Recent comment authors
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Allef Araujo
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Allef Pablo Araujo

Victor, parabéns pelo texto! Ficou muito bom.

Rafael Jóia
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Rafael Jóia

Parabéns pelo artigo Vitor, muito bacana! Mais um do Inatel hein 🙂

Victor Fernandes
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Victor

Inatel sempre marcando presença! 🙂

Daniel Mazzer
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Daniel Mazzer

Ótimo artigo

Victor Fernandes
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Victor

Obrigado!
Em breve tem outro detalhando alguns protocolos que podem ser usados nesses modelos.

Ulysses Fonseca
Visitante
Ulysses Fonseca

Excelente artigo.

Victor Fernandes
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Victor

Obrigado!

Franklin S.C. Bonfim
Visitante
Franklin Bonfim

Parabéns pelo artigo, ficou muit bom!

Victor Fernandes
Visitante
Victor

Valeu! o/