A INSERÇÃO DOS CONCEITOS DO AMBIENTE CIBER-FÍSICO NO MONITORA MENTO REMOTO DO TRÁFEGO

Os impactos dos avanços na tecnologia, apresentados no item 3.1 colaborará com as estratégias para redução do número de congestionamentos no centro expandido da cidade de São Paulo, mesmo que esta população tenda a crescer em algumas regiões como apresentado no capítulo 2.

Para que essas ações impopulares sejam feitas com o menor impacto na sociedade, uma das alternativas inovadoras está na aplicação dos conceitos estabelecidos pelo ambiente ciber-físico ou sis- tema ciber-físico (CPS), que pode ser considerada como a evolução da internet tradicional com a utili- zação da Web 3.0 [92]. Popularmente o ambiente ciber-físico é considerado como internet das coisas ou IoT.

A visão integradora de sistemas que este conceito permite está vinculado para cada tipo de profissional que irá aplicá-la. Se considerarmos um engenheiro de rede, a visão que terá normalmente se caracteriza como um networking stack, ou uma “pilha de rede”. A figura 3.7 exemplifica esta visão [114].

Figura 3.7: exemplo de visão de ambiente ciber-físico por um engenheiro de rede.

A visão do engenheiro de rede dificulta no entendimento do ponto em que se pode gerar valor. Da mesma forma, a concepção do projeto utilizando o conceito do ambiente ciber-físico pode impactar positivamente no paradoxo do direito de ir e vir dos cidadãos. O desafio está em como associar o risco

de afetar a privacidade de cada indivíduo no monitoramento e, ao mesmo tempo, contribuir com a fluidez do tráfego.

Se buscarmos a visão de um designer, na concepção de um projeto, utilizando os conceitos de ambiente ciber-físico, teremos uma visão de front-end e back-end por meio de uma infraestrutura ca- pacitadora entre elas conhecida como enabler [114].

Esta alternativa garante visibilidade maior que a anterior, mesmo assim há a possibilidade de melhorá-la. A figura 3.8 exemplifica a visão de designer de rede.

Figura 3.8: exemplo de visão de ambiente ciber-físico por um designer de rede.

A visão voltada à gestão da rede é uma alternativa na questão de quão tangível está no entendi- mento e na forma que se pode aplicá-la na gestão de tráfego de veículos, se considerarmos os outros dois modelos apresentados na figura 3.5 e na 3.6. O conceito de tecnologia em ambiente ciber-físico está ligado ao produto, ora definido por software, ora definido por hardware, como também os sistemas externos. E, por último, a estrutura de como são ligadas em rede, ou network fabric. Totalizando quatro etapas e esquematizada na figura 3.9 [114].

Figura 3.9: exemplo de visão de gestão de rede como ambiente ciber-físico.

Outro ponto relevante, e está intrinsecamente ligado ao sucesso ou fracasso deste sistema, está o quão seguro está quanto à gestão de risco. Mais amplo que a segurança de TI, a ciber-segurança do ambiente ciber-físico precisa proteger os dados em repouso e os dados em movimento, e isto requer um

conhecimento nas seguranças móveis, de rede, de aplicativos, de web e nuvem, assim como do próprio sistema [114].

As questões da vulnerabilidade de ataques ciber-físicos podem comprometer toda a sistemática destinada aos controles e tomadas de decisão na gestão do sistema e, consequentemente, na gestão do tráfego em tempo real. Os semáforos e os limites de velocidades variáveis, por exemplo, são os atua- dores e dosadores na fluidez do tráfego que pode ser otimizado em função da interação do número de veículos [115].

A proposta, na visão de gestão do ambiente ciber-físico, na figura 3.10 visa a centralização dos comandos e, por meio de luzes de identificação de rápida detecção dos pontos mais vulneráveis para a tomada de decisão e, por fim, mitigar os riscos de ataques [115].

Figura 3.10: exemplo de visão de gestão de rede como ambiente ciber-físico voltado a ciber-segurança.

O produto quando definido por software é o principal ponto que gera valor e está ligado por ciber-modelos e aplicativos conectados na mobilidade diretamente ou indiretamente. Nestes locais são feitas as simulações, que dependerá da complexidade do ambiente como ilustra a figura 3.11 [114].

Os algoritmos de software do ciber-modelo podem agregar valor em ambiente ciber-físico, em função da aceitação e necessidade dos usuários finais. No caso específico, o número de usuários é substituído na análise em relação aos meios de transporte, pois afetam diretamente no tráfego de acordo com o papel que desempenham, seja ativo ou passivo, mecanizado ou não mecanizado como apresen- tado no quadro 2.1.

O produto físico é o reflexo do que foi planejado no modelo ciber-físico, que foi definido por

hardware, e consiste de dispositivos, sensores, acionadores e embedded systems ou sistemas embarca-

dos. Para acionar o produto de TI, uma gama de sensores coleta os dados e os enviam para os aplicativos de análise de dados [114].

São os responsáveis em passar as informações para a análise e nas tomadas de decisão para melhorar a fluidez do tráfego das vias urbanas de modo a considerar o maior deslocamento de pessoas com menos restrições no centro expandido. A figura 3.12 ilustra esta etapa [114].

Figura 3.12: ambiente físico, local que são aplicadas as tomadas de decisão na gestão do ambiente ciber-físico por meio dos dispositivos e sensores estrategicamente instalados fisicamente.

A última etapa está na integração da TI com os sistemas externos por meio da Web 3.0. Neste processo, por meio do software on-line, é possível conectar com a análise de dados, com os serviços de dados externos, com os sistemas de negócio e por outros produtos em ambiente ciber-físico.

A análise de dados por meio de um conjunto de sistemas em um determinado ecossistema tem a função de, a partir dos dados adquiridos, realizar previsões futuras e modificar a interação, por exem- plo, dos hábitos de deslocamentos da população de acordo com as ofertas de transporte, sejam na forma coletiva ou individual, que tem como base o Big Data e IA.

Utilizando as métricas adequadas, é possível determinar, por meio da gestão de tráfego, os tipos de modalidades de transporte, que se adequam aos modelos com maior probabilidade de serem bem- sucedidos no deslocamento do centro expandido da cidade de São Paulo. A hipótese desta tese está

justamente na mudança de métrica, que atualmente nas vias públicas é feito por veículos por hora e a proposta é passar para pessoas por m²/h.

Os sistemas externos, o ambiente ciber-físico e o ambiente físico ficam entrelaçados pela estru- tura da rede. As redes incluem a tecnologia de informação (TI) e a Tecnologia de Operações (TO), por meio de um Data Center, podendo ser externo ou interno, dependendo da função, seja privada ou pú- blica, podendo haver interações entre elas.

Os Data Centers também sofrem com as transformações, o que antes era algo em que as em- presas detinham a base, hoje se tem a modalidade de compartilhamento de dados por meio de servidores espalhados por empresas, conhecido como colocation, ou locação de servidores completos com a in- clusão de serviços, conhecido como hosting e, até mesmo os clouds, que são espaços de armazenamento virtual sob demanda.

Na figura 3.13 é apresentado o exemplo de visão de gestão de rede como ambiente ciber-físico com foco no Data Center ou Nuvem do produto [114].

Figura 3.13: exemplo de visão de gestão de rede como ambiente ciber-físico com foco no Data Center ou Nuvem do produto.

A comunicação é realizada por protocolos na pilha de rede que, na aplicação dos conceitos de ambiente ciber-físico, inclui inicialmente a camada de mídia, que tem diferentes recursos em função da distância de transferência de dados como a tecnologia G, LPWA, 802.15.4, Wi-Fi e Bluethooth, pas- sando pela camada de rede, que envolve o protocolo de internet e protocolos de TO proprietários. Por último, temos a parte do sistema tangível ao usuário final, que é a camada de aplicativos como o MQTT, CoAP e DDS, que a partir dos dados coletados há os metadados para o aplicativo [114].

As mídias de redes estão ligadas aos dispositivos associados às TO, assim como as câmeras de monitoramento, providas ou não de tecnologia Optical Character Recognition (OCR) ou infraverme- lho, por monitoramento via Radio Frequency Identification (RFID) e/ ou Global Navigation Satellite

avaliação nas emissões de gases, ou On-board diagnostic (OBD) também para verificação da manu- tenção dos veículos circulantes e, consequentemente, ponderando na análise e restrições de poluentes no centro expandido.

Há inúmeras combinações de monitoramento as quais poderão se conectar uns aos outros ou a centrais remotas ou à serviços em nuvem, e fornecerem as informações disponíveis, desde que sejam criptografadas para a garantia do direito de ir e vir. Com isto, novas oportunidades de serviços poderão ser criadas e planejadas com o auxílio da própria sociedade ditando o equilíbrio das ofertas e demandas, por meio dos conceitos ativos e passivos de mobilidade urbana.

Há quatro formas mapeadas e possíveis para se agregar valor a partir dos conceitos de ambiente ciber-físico, aqui caracterizadas como IoT. A figura 3.14 apresenta as quatro alternativas [114].

Figura 3.14: quatro formas para se agregar valor a partir dos conceitos de ambiente ciber-físico, carac- terizadas como IoT comercial, de infraestrutura, industrial e de consumo.

A proposta de inserção dos conceitos em ambiente ciber-físico, no monitoramento, permeia cada uma das formas possíveis, pois o tráfego é dinâmico a cada momento e as variáveis se alteram em velocidades, sendo que, em muitos casos, não há regulamentação, seja de forma ativa ou passiva. A gestão por meio do ambiente ciber-físico propicia essa interação, que depende diretamente na estratégia de agregar valor por meio de uma complexidade no modelamento, mas possibilitam que o usuário na ponta tenha uma percepção de simplicidade nas tomadas de decisão para a mobilidade urbana.

O modelamento baseando-se no IoT de infraestrutura, associadas como parte do IoT industrial e parte IoT de consumo é uma alternativa para a gestão do tráfego de veículos, principalmente para os automóveis e motocicletas na cidade de São Paulo. O IoT comercial também faz parte deste modela- mento, mas neste caso, como novas modalidades de transporte e/ ou serviço as quais poderão contribuir

na melhor distribuição de deslocamentos nos casos de estarem vinculados a uma plataforma integra- dora.

A combinação dos quatro pilares do IoT associados aos princípios da mobilidade urbana torna um complexo modelamento de uma estrutura conceitual que se pode exemplificar na Figura 3.15 [116].

Figura 3.15: exemplo de um modelamento de estrutura conceitual voltado à mobilidade urbana.

Na proposta apresentada utiliza-se como a base a combinação do controle, comunicação e com- putação na gestão de toda a infraestrutura. Os atuadores estão no sentido do ambiente ciber-físico para o ambiente físico e o sensoriamento das informações dos sistemas de tráfego para o ambiente ciber- físico, criando um looping nas tomadas de decisão.

No ambiente ciber-físico, a informação é tratada pelo parâmetro, pelos dados e modais que estão recebendo do ambiente físico [116].

Para que a tomada de decisão seja efetiva, as métricas como a velocidade dos modais, a posição deles no tempo real e na precisão que as informações são recebidas, ficam no entorno da informação.

No ambiente físico o movimento é tratado pela via, pelo veículo e as pessoas, sendo as medições adotadas: o tempo, o comportamento, o espaço e o meio ambiente [116].

Esta interação entre o sensoriamento por meio dos dados coletados, abastecem de informação para a tomada de decisão na atuação do ambiente físico, visando as alternativas que melhor se adaptam ao sistema de tráfego [116].

No modelo de controle de tráfego, considera-se três informações no sistema de tráfego: as eletrônicas por computador e de rede, as do tráfego e a cognitiva, as quais influencia no comportamento do tráfego. O comportamento de tráfego é uma variável do comportamento social, incluindo o comportamento individual e de grupo. Pesquisas científicas e experimentos mostram que o comportamento social é controlável e a informação é o principal meio de controle comportamental [116].

Uma outra alternativa, para os interesses comuns na mobilidade urbana, está na formação de padrão de condução baseado em pelotão, sendo apresentado inicialmente em ambiente ciber-físico, no qual um veículo segue outro e mantém uma pequena distância constante ao veículo precedente [117]. Em comparação com a condução individual, o modelo de pelotão, como padrão de condução, pode melhorar significativamente a capacidade das vias expressas e a eficiência energética, pois o nú- mero de paradas e acelerações momentâneas são reduzidas.

Esta modalidade tem limitações em função da dinâmica física de veículos dentro do pelotão que podem afetar o desempenho se forem veículos de diferentes massas e potências de motor, entre outros. Na figura 3.16 é apresentado a condução de pelotão em outro formato de ambiente ciber-físico por meio de road-side unit (RSU) e on-board unit (OBU) [117].

A conexão e transferência de dados entre veículos e, veículos com a infraestrutura, é uma alter- nativa para otimização do tempo de aceleração, desaceleração e velocidade de viagem por meio da base de serviços, que é conectada na nuvem e na triangulação de antenas locais.