Internet das Coisas (IoT)

A IoT é um paradigma que abarca diferentes tecnologias e pode ser apresentado como mais uma fase de desenvolvimento e evolução da internet e de componentes de rede (BUCKLEY, 2006; VERMESAN et al., 2011; PERERA et al., 2013). A referente evolução, explanada na Figura 14, foi iniciada no final da década de 60, a partir da conexão entre dois computadores. Após a introdução da Internet Protocol Suite (TCP/IP) na década de 80, moveu-se em direção à criação da Rede Mundial de Computadores (WWW). A Rede, cujo desdobramento foi a conexão entre um amplo número de computadores, tornou-se disponível no início da década de 90, popularizando a Internet e estimulando seu crescimento (OLIFER, N.; OLIFER, V., 2005). Então, a Internet Móvel emergiu com a interconexão de dispositivos móveis. Este cenário foi acrescido tanto pelas redes sociais, que envolveu a conexão entre usuários e suas identidades na rede, como, mais recentemente, tecnologias de virtualização e computação em nuvem (CASALEGGIO ASSOCIATI, 2011; ISIKDAG, 2015). Por fim, está se partindo para a 5ª fase, a IoT, que contempla a conexão entre usuários, usuários e objetos, e objetos e objetos (Máquina-a-Máquina – M2M) do cotidiano, através de sua comunicação via internet (ITU, 2005; EUROPEAN COMISSION, 2008; PERERA et al., 2013).

Figura 14 - Evolução da Internet

Hospedeiro

Hospedeiro

Hospedeiro Hospedeiro Hospedeiro

Hospedeiro

Web Hospedeiro Hospedeiro

Hospedeiro Hospedeiro Web Dispositivo Móvel Dispositivo Móvel Dispositivo Móvel Dispositivo Móvel Hospedeiro Hospedeiro Hospedeiro Hospedeiro Web Dispositivo Móvel Dispositivo Móvel Pessoas Pessoas Objetos interconectados Internet das Coisas Disp. Móveis + Pessoas + PCs

Internet Móvel Internet

Rede

Aspira-se, com a IoT, extrapolar os domínios do desktop tradicional (GUBBI et al., 2013). Por isso, entre as fases relatadas, esta deve se apresentar como uma evolução ainda mais pervasiva que as demais, e introduzir um nível disruptivo de inovação na área das TICs (EUROPEAN COMISSION, 2008; EUROPEAN COMISSION, 2010; ATZORI; IERA; MORABITO, 2010). Pretende-se viabilizar uma rede de objetos interconectados que não somente coleta dados do ambiente físico (detecção) e interage com o mundo real (atuação/comando/controle), como também utiliza os protocolos de rede existentes para fornecer serviços de transferência, análise, aplicação e comunicação de informações, com ou sem intervenção humana (EUROPEAN COMISSION, 2010; VERMESAN et al., 2011; GUBBI et al., 2013). Essa interconexão deve desdobrar-se na criação de ambientes inteligentes, envolvendo o conceito de computação ubíqua11 (GUBBI et al., 2013), de modo a impactar substancialmente na qualidade de vida, seja em aspectos da vida cotidiana, seja no comportamento de seus usuários (EUROPEAN COMISSION, 2008; 2010).

Perspectivas da IoT

Durante a última década, a IoT tem despertado interesse significativo, tanto por parte da academia como por parte da indústria, devido às potencialidades que pode ofertar dentro deste cenário estruturado em ambientes inteligentes (EUROPEAN COMISSION, 2008; PERERA et al., 2013).

O termo Internet das Coisas foi primeiramente empregado por fundadores do MIT Auto-ID Lab (ASHTON, 2009; EUROPEAN COMISSION, 2010). A definição inicial adotada referiu-se à IoT como objetos interoperáveis e de endereço único12 conectados através da Tecnologia de Identificação por Radiofrequência (RFID)13, em um contexto aplicado à gestão da cadeia de suprimentos (PERERA et al., 2013; GUBBI et al., 2013). Este conceito foi ampliado para outras áreas de domínio, e a referente perspectiva orientada a objetos foi adotada similarmente por instituições relevantes, como as Nações Unidas (ATZORI; IERA; MORABITO, 2010). Mais tarde, a IoT foi formalmente introduzida pela International

11 _{A computação ubíqua é definida como um campo da ciência da computação que visa a elaboração de}

ambientes físicos invisivelmente ligados a sensores, atuadores, displays e elementos computacionais, perfeitamente embarcados nos objetos do cotidiano e conectados através de uma rede contínua (WEISER, 1999).

12 _{Endereço único é a nomenclatura atribuída para qualquer objeto que tenha uma maneira única de identificação,}

e, portanto, de verificação (Universal Unique Identifier – UUI). Assim, todos os objetos com endereço único devem ser capazes de trocar informação e, se necessário, processar informação ativamente (EUROPEAN COMISSION, 2008; EUROPEAN COMISSION, 2010; LI; XU; ZHAO, 2014).

13 _{A tecnologia RFID faz uso de leitores e marcadores RFID para monitorar objetos em tempo real, através de}

Telecommunication Union (ITU, 2005) através do relatório ITU Internet, o primeiro sobre o assunto (EUROPEAN COMISSION, 2010). O relatório abordou que novas tecnologias como o RFID e a computação inteligente seriam as bases para a promessa de um mundo de dispositivos interconectados e na rede. Além disso, sugeriu, de modo mais abrangente, que a IoT é fundamentada em avanços tecnológicos sólidos e visões associadas à ubiquidade, e deve, portanto, conectar objetos de modo sensorial e inteligente, através da combinação de desenvolvimentos tecnológicos que envolvam: a detecção de itens, os sensores e as redes de sensores sem fio, os sistemas embarcados, a miniaturização e a nanotecnologia (ITU, 2005).

Como seu desenvolvimento encontra-se em estado inicial, ainda existem diversas definições de padrão para a IoT (EUROPEAN COMISSION, 2008; PERERA et al., 2013; LI; XU; ZHAO, 2014). A origem semântica do termo consiste na composição de duas palavras e conceitos: “Internet” e “Coisas”. A “Internet” pode ser definida como uma rede global de redes de computadores interconectados, baseada em protocolos de comunicação padrão. Por sua vez, “Coisas” são objetos não precisamente identificáveis. Logo, semanticamente, a Internet das Coisas detém como significado ser uma infraestrutura dinâmica de rede global de objetos interconectados, unicamente endereçáveis, com capacidades de autoconfiguração baseada em padrões e protocolos de comunicação interoperáveis (EUROPEAN COMISSION, 2008; 2010).

Atzori, Iera e Morabito (2010) identificam que as definições de IoT seguem linhas divergentes, e as categorizam nas seguintes perspectivas: “Orientada a Objetos”, “Orientada a Internet”, e “Orientada a Semântica”.

A perspectiva “Orientada a Objetos”, já destacada no conceito do MIT Auto-ID Lab, ressalta a integração de objetos genéricos a uma estrutura comum. É uma perspectiva voltada para a inteligência aumentada desses objetos14 e sua associação com o desenvolvimento completo da IoT (ATZORI; IERA; MORABITO, 2010). Esses objetos, físicos e virtuais, têm identidades e atributos, e, ao integrar-se à rede de informação, operam como participantes ativos em ambientes inteligentes, para conexão e comunicação dentro dos contextos social, ambiental e do usuário (EUROPEAN COMISSION, 2008; EUROPEAN COMISSION, 2010; VERMESAN et al., 2011). O Quadro 5 exibe as características e atributos dos objetos nesse contexto de integração e atuação.

14 _{Os Objetos Inteligentes (SOs) são caracterizados como pequenos computadores com sensores ou atuadores, e}

dispositivos de comunicação embarcados, que possibilitam uma ampla gama de aplicações (DUNKELS; VASSEUR, 2008).

Quadro 5 - Características e Atributos de Objetos Concentrados por Domínio de Aplicação

DOMÍNIOS OBJETOS

Características Fundamentais (Domínio 1)

Podem ser entidades do mundo real ou entidades virtuais Possuem identidade, existem meios para identificá-los automaticamente

São ambientalmente seguros

Respeitam a privacidade e segurança de outros objetos ou pessoas com os quais interagem

Utilizam protocolos para comunicar-se entre si e com a infraestrutura São envolvidos na troca de informação entre os mundos físico/real e digital/virtual Características comuns de todos os objetos,

mesmo os mais básicos (Domínio 2)

Podem utilizar serviços que atuam como interfaces para objetos Podem competir com outros objetos em recursos, serviços e assunto para pressões

seletivas

Podem ter sensores anexados, de forma que possam interagir com o ambiente Características de objetos sociais

(Domínio 3)

Podem comunicar-se com outros objetos, dispositivos computacionais e com pessoas Podem colaborar na criação de grupos ou redes

Podem iniciar comunicação Características de objetos considerados

autônomos (Domínio 4)

Podem realizar tarefas com autonomia Podem negociar, entender e adaptar-se ao ambiente

Podem extrair padrões do ambiente ou aprender a partir de outros objetos Podem tomar decisões através da capacidade de raciocínio

Podem seletivamente evoluir e propagar informações Características de objetos que são capazes de

auto replicação ou controle

(Domínio 5) Podem criar, gerir e destruir outros objetos

Fonte: Traduzido de European Comission (2010).

A perspectiva “Orientada a Internet” aborda que o desenvolvimento da IoT será possível por meio da simplificação do atual IP, tanto para adequá-lo a qualquer objeto, como para tornar os objetos endereçáveis e alcançáveis em qualquer localização (DUNKELS; VASSEUR, 2008; ATZORI; IERA; MORABITO, 2010).

A terceira vertente aborda a perspectiva “Orientada a Semântica”, baseada na ideia de que o número de objetos envolvidos na IoT, heterogêneos em termos de funcionalidade, tecnologia e campos de aplicação, está destinado a tornar-se extremamente alto (EUROPEAN COMISSION, 2008; EUROPEAN COMISSION, 2010; ATZORI; IERA; MORABITO, 2010). Existe uma estimativa de que de 50 a 100 bilhões de dispositivos estarão conectados à Internet em 2020 (EUROPEAN COMISSION, 2010), o que torna questões relacionadas a como representar, armazenar, interconectar, pesquisar e organizar a informação, gerada pela IoT, complexas e desafiadoras (ATZORI; IERA; MORABITO, 2010).

Além das três perspectivas referenciadas, é possível identificar na literatura visões mais abrangentes. Atzori, Iera e Morabito (2010) sugerem que o paradigma IoT deve se estruturar a partir da convergência das perspectivas mencionadas, de acordo com a Figura 15.

Figura 15 - Paradigma IoT como Convergência de Perspectivas Conectividade para Qualquer Coisa Objetos Comunicadores RFID UID Spimes Itens Inteligentes Internet das Coisas Objetos do Cotidiano Sensores e Atuadores Sem fio NFC WISP Perspectiva Orientada ao Objeto Middleware Semântico Inteligente Tecnologias semânticas Raciocínio sobre Dados Ambientes de Execução Semântica Perspectiva Orientada a Semântica IPSO (IP para Objetos

Inteligentes) Internet 0 Web das Coisas Perspectiva Orientada a Internet

Fonte: Traduzido de Atzori, Iera e Morabito (2010).

Por outro lado, Vermesan et al. (2011) observam que a contribuição da IoT é destacada por dois fatores: o valor crescente da informação criada pelo número de interconexões de pessoas e objetos, e a transformação dessa informação em conhecimento para o benefício da sociedade. Os autores abordam que a IoT deve possibilitar que pessoas e objetos se conectem a qualquer hora, em qualquer lugar, com qualquer coisa e qualquer um, utilizando, de forma ideal, qualquer padrão ou rede, e qualquer serviço. Atualmente, a internet e o ambiente físico são quase independentes, com pessoas sendo a interface entre ambos. A IoT, por sua vez, viabilizará um mundo no qual objetos físicos e entidades, bem como dados virtuais e ambientes, podem interagir entre si no mesmo espaço e tempo, de modo significativo.

Dessa forma, a IoT deve ser considerada como uma extensão da interação existente entre humanos e aplicações, através de uma nova dimensão de comunicação e integração de objetos (EUROPEAN COMISSION, 2010). Por fim, as diferenças nas perspectivas, por vezes substanciais, surgem do fato de agentes, negócios e entidades de pesquisa tratarem a IoT de acordo com seus interesses, finalidades e contextos específicos (ATZORI; IERA; MORABITO, 2010).

Componentes Essenciais

Os componentes requisitados para efetivar a IoT estão organizados em uma Arquitetura Orientada a Serviço (SOA). A SOA trata um sistema complexo como um conjunto bem definido de objetos simples ou subsistemas, no sentido de que estes podem ser reutilizados ou mantidos individualmente (XU, 2011). A IoT envolve 4 camadas com distintas funcionalidades em sua SOA, conforme apresentado na Figura 16: (i) Camada de Sensoriamento; (ii) Camada de Rede; (iii) Camada de Serviço; e (iv) Camada de Interface (LI; XU; ZHAO, 2014).

Figura 16 - Arquitetura Orientada a Serviço para IoT

Sensores Inteligentes RFID Marcadores RFID Leitores RFID RSSF Dispositivos BLE Bluetooth Protocolos de Aquisição de Dados Coletados

Camada de Sensoriamento Camada de Rede

RSSF _SocialRede

WLAN _MóvelRede

Inter-rede de Nuvem Texto Lógica de Negócio Divisão de Serviço Integração de Serviço Composição de Serviço Implementação de Serviço Repositório de Serviço Barramento de Serviço Camada de Interface Camada de Serviço Aplicação Frontend Contrato Interfaces Aplicação API

Fonte: Traduzido de Li, Xu e Zhao (2014).

A Camada de Sensoriamento é integrada por componentes de hardware e software, que são capazes de detectar automaticamente o ambiente e trocar dados entre dispositivos. Os componentes de hardware abrangem sensores, atuadores e dispositivos de comunicação embarcada (GUBBI et al., 2013; LI; XU; ZHAO, 2014). Li, Xu e Zhao (2014) sintetizam como funções desta camada: detecção, atuação, identificação, interação e comunicação.

A Camada de Rede conecta todos os objetos e os permitem tornar-se sensíveis ao ambiente. Através de sua infraestrutura, há o compartilhamento de dados que subsidia tanto sua gestão como processamento. A Camada de Serviço é baseada na tecnologia middleware, que abarca tanto os armazenamentos sob demanda de usuários e aplicações, como as ferramentas computacionais para análise de dados (LI; XU; ZHAO, 2014).

Por fim, a Camada de Interface consiste em métodos de interação com usuários e aplicações, e envolve ferramentas de visualização e interpretação, que podem ser acessadas de

modo amplo em diferentes plataformas e concebidas para diversas finalidades (GUBBI et al., 2013; LI; XU; ZHAO, 2014).

Tecnologias Facilitadoras

A consolidação da IoT está inter-relacionada com a integração de tecnologias, funcionalidades e funções implantadas por diversos conjuntos de sistemas, e engloba aspectos de engenharia elétrica, ciências da computação, gestão de tecnologia de sensores e psicologia (PERERA et al., 2013; EUROPEAN COMISSION, 2010). As tecnologias que contribuem diretamente para o desenvolvimento da IoT são denominadas facilitadoras (EUROPEAN COMISSION, 2010). Perera et al. (2013) as classificaram como: (i) tecnologias de identificação, captação e comunicação; (ii) middleware; e (iii) aplicações. A SRI Consulting Business Intelligence, por sua vez, ampliou este espectro e apontou tanto as tecnologias facilitadoras, como aquelas sinérgicas – que detêm o potencial de agregar valor ao conceito da IoT (EUROPEAN COMISSION, 2010) – conforme apresentado no Quadro 6.

Quadro 6 - Tecnologias Facilitadoras da IoT

COMPONENTES ESSENCIAIS TECNOLOGIAS SINÉRGICAS

Tecnologias que contribuem diretamente para o desenvolvimento da IoT Tecnologias que podem agregar valor à IoT Interfaces M2M e Protocolos de Comunicação Eletrônica Geo-marcação/Geo-memorização

Microcontroladores Biometria

Comunicação sem Fio Visão Mecânica

Tecnologia RFID Robótica

Tecnologias de Captação de Energia Realidade Aumentada

Sensores Mirror Worlds

Atuadores Telepresença e Autonomia Ajustável

Tecnologia de Localização Gravadores de Vida e Caixas Pretas Pessoais

Software Interfaces tangíveis ao usuário Tecnologias limpas

Fonte: Traduzido de European Comission (2010).

Li, Xu e Zhao (2014) relacionaram o desenvolvimento das tecnologias facilitadoras, mercados potenciais e desafios emergentes, com as fases de evolução da IoT. Os autores apontam o início da consolidação da IoT em 2017, por meio da incorporação avançada de sensores, da conectividade sem fio mais veloz e do emprego de análises preditivas. Essa estimativa tem consonância com o Gartner Hype Cycle 2015, que aponta que a IoT já superou o considerado pontapé inicial de inovação e encontra-se na gama relativa ao pico de grandes expectativas. Conforme Gartner (2015), a IoT deve levar de 5 a 10 anos para ser adotada convencionalmente pelo mercado.

Finalmente, Gubbi et al. (2013) categorizaram as aplicações trabalhando com escalas: pessoal e habitação (escala de um indivíduo ou habitação); empresa (escala de uma comunidade); utilidades (escala regional ou nacional); e móvel (que usualmente se espalha em outros domínios devido à natureza de conectividade e escala). Os autores reiteram que as aplicações podem desdobrar-se em atividades que percorrem as referidas escalas. Cada domínio de aplicação possui demandas técnicas a serem atendidas, que abrangem: tamanho da rede, caracterização dos usuários, demanda de energia, conectividade da internet, modo de gerenciamento de dados, dispositivos IoT e requisitos de largura de banda.

Pesquisas no Brasil

Objetivando a compreensão do nível de desenvolvimento científico sobre o assunto no Brasil, foram mapeadas e identificadas 161 dissertações e teses, publicadas entre 2010 e 2016. Estes números evidenciam a atualidade e apontam o crescente interesse pela temática (Figura 17). Nesse caso, aplicou-se o delineamento de Pesquisa Bibliográfica (GIL, 2010) para levantamento quantitativo e discriminação dos estudos, conforme explanado no Apêndice B.

Figura 17 - Nº de Dissertações e Teses Brasileiras sobre IoT por Ano

Fonte: A autora.

Diante deste procedimento, é possível apreender que os esforços de instituições brasileiras direcionados para a IoT tem maior ênfase na resolução de classes de problemas computacionais e de infraestrutura. Em vista disto, as pesquisas concentram-se, majoritariamente, em áreas do conhecimento associadas às Engenharias (Elétrica, Eletrônica, Mecânica e correlatas), Ciência da Computação e Informática.

Em termos de domínios de aplicação, identificou-se recorrência significativa de pesquisas enquadradas e/ou associadas a Assistência Médica (ex. Detecção de Quedas,

Observação de Pacientes). Além disso, foram mapeados estudos com contextos de aplicação relacionados a Agricultura Inteligente, Varejo, Cidades Inteligentes (ex. Detecção de Smartphones, Tráfego), Medição Inteligente (ex. Redes Inteligentes), Controle Industrial (ex. Monitoramento de Temperatura, Localização em Ambientes Internos), Logística e Domótica e Automação Residencial (ex. Controle Remoto de Aparelhos). Afora os contextos de aplicação, foram identificados estudos com abordagens relativas a modelos de negócio para implementação da IoT em organizações.

Entre os domínios de aplicação no contexto da IoT, aqueles que apresentam interdisciplinaridade com AECO consistem em Cidades Inteligentes, Medição Inteligente, Controle Industrial, Logística e Domótica e Automação Residencial. Destes, os que podem contribuir diretamente para medidas de eficiência energética na escala do edifício envolvem: Medição Inteligente, Controle Industrial e Domótica e Automação Residencial.