Gerenciamento e

Interoperabilidade de Redes

Internet das Coisas

Prof. João Henrique Kleinschmidt

Introdução

• Internet das Coisas (Internet of Things – IoT)

• O termo IoT se refere:

– Rede global que interconecta objetos inteligentes (smart objects) extendendo tecnologias da Internet;

– Conjunto de tecnologias necessárias para realizar tal visão (ex: RFID, sensores/atuadores, dispositivos de comunicações máquina-máquina (M2M), etc)

– Conjunto de aplicações e serviços que aproveitam estas tecnologias para desenvolver novas oportunidades de negócios

• D. Miorandi et al. / Ad Hoc Networks 10 (2012)

Definição

• “A Internet das Coisas prevê uma rede complexa, autoconfigurável e adaptável que interconecta 'coisas' à Internet com o uso de protocolos de comunicação padrão. As coisas interconectadas têm representação física ou virtual no mundo digital, capacidade de sensoriamento/atuação, recursos de programação e são unicamente identificáveis. A representação das coisas contém informações incluindo sua identidade, o status, o local ou qualquer outra informação comercial, social ou privada relevante. As coisas oferecem serviços, com ou sem intervenção humana, através da exploração da identificação única, captura e comunicação de dados, e capacidade de atuação. O serviço é explorado com o uso de interfaces inteligentes e é disponibilizado em qualquer lugar e a qualquer hora,

levando em consideração aspectos de segurança.”

Towards a definition of the Internet of Things (IoT) – Revision 1 – 2015 – IEEE Internet Initiative

Aplicações

IoT – Smart object (things)

• Tem capacidade de comunicação sem fio

• Possui um identificador único

• Está associado a um nome e um endereço

• Tem capacidade de computação - pode ser das mais simples (como em tags RFID) até mais complexas

• Pode sensoriar fenômenos físicos (sensores) ou disparar ações com efeito na realidade física (atuadores)

• Todas as coisas são identificadas, se comunicam e interagem com o ambiente

IoT - Características

• Heterogeneidade de dispositivos

• Escalabilidade

• Troca de dados ubíqua com tecnologias sem fio

• Soluções otimizadas de energia

• Capacidade de localização e rastreamento

• Auto-organização

• Interoperabilidade semântica e gerenciamento de dados

• Mecanismos de segurança e preservação de privacidade

Características

• Middleware IoT orientado a serviço (SOA)

Arquitetura IoT (networking)

Padronização de protocolos - IoT

• Existe a necessidade de padronização de protocolos para IoT

• Pilha de protocolos de baixo consumo de energia, confiável e compatível com a Internet

• Camada física/enlace: RFID, IEEE 802.15.x, LoRaWAN, NB-IoT, etc

• Camada de rede: 6LoWPAN, RPL

• Camada de transporte: TCP/UDP

• Camada de aplicação: CoAP, MQTT

• Segurança: TLS, DTLS, IPSec?

6LoWPAN

• IETF: IPv6 over Low Power Personal Area Networks

• Pacotes IPv6 são muito grandes

• Provê uma camada de adaptação para segmentar e reconstruir pacotes IPv6

• Provê compressão do cabeçalho IPv6

MQTT

• Message Queue Telemetry Transport (MQTT)

• Protocolo de mensagens leves para executar sobre TCP/IP

• MQTT para Redes de Sensores (MQTT-SN) é independente do TCP/IP

• “MQ” vem da IBM “message queuing”

• Foco em cenários Máquina-Servidor (M2S)

• Paradigma publicar/subscrever

• Operações: Connect, Subscribe, Publish, Unsubscribe, Disconnect.

MQTT

• Message Queue Telemetry Transport (MQTT)

CoAP (Constrained Application Protocol )

• Protocolo de transferência web para redes de baixa potência e com perdas ao estilo REST (orientado a serviços)

• Há uma URI para cada “coisa”

• Ao contrário do HTTP, usa UDP

• Permite troca de mensagens assíncronas com baixa complexidade

• Mapeamento HTTP-CoAP é padronizado

CoAP

Desafios de segurança em IoT

• Hardware com requisitos mínimos

• Hardware a prova de adulteração

• Hardware seguro e com atualizações seguras

• Manter chaves em segurança

• Metodologia de desenvolvimento de software seguro

• Integração com segurança

• Auditoria da infraestrutura de IoT

Gerenciamento de dispositivos IoT

• Plataformas:

– Thingspeak

– The Things Network

– Cayenne IoT (mydevices)

– FIWARE

– Amazon AWS IoT • AWS IoT Device Management

• AWS IoT Device Defender

• AWS IoT Things Graph

– Vários outros

IoT Computing Continuum

Fog Cloud Mist (Gateway)

Actuator

Sensor

Thing

WLAN Internet Internet

Aplicação

SWAMP

Ferrari’s Farm Assinged to: Mario Rossi

WATERNEED IRRIGATION

Fields Today 22/03 23/03 24/03

Soybean#1 10 12 15 16

Grapevine#1 5 6 6 7

Grapevine#2 3 4 4 5

Kiwifruit#1 7 8 10 12

Kiwifruit#2 8 9 11 13

Kiwifruit#3 2 3 4 6

PRECIPITATION

Time 20/03 Today 22/03 23/03 24/03

8:00 3 1 - 3 -

9:00 3 2 2 2 -

10:00 1 2 2 - -

11:00 - - 2 - 3

12:00 - - - - 2

13:00 - - - - 2

SOYBEAN#1 GRAPEVINE#1 KIWIFRUIT#1

LPWAN

Thing

Desafio: como gerenciar toda esta infraestrutura?

Arquitetura de Gerenciamento IoT

* Exemplo do projeto SWAMP

Monitoramento fim-a-fim

*Exemplo do projeto SWAMP

Gerenciamento IoT

*Exemplo do projeto SWAMP