Segurança e privacidade

Devido ao estreito envolvimento com o domínio físico, os sistemas IoT devem, por omissão, garantir segurança e privacidade dos dados. Isto significa que a segurança deve ser considerada como ponto fulcral na conceção da arquitetura e funcionalidades de soluções IoT.

2.3. Aplicações

O conceito de IoT reúne todo o tipo de aplicações que se baseiem na convergência de objetos inteligentes e da Internet, integrando o mundo físico e o mundo cibernético. As áreas de aplicação dos sistemas IoT podem variar entre uma simples aplicação para uma casa inteligente até um equipamento sofisticado para a indústria. Assim, existem inúmeras áreas de aplicação que estão a sentir o impacto deste tipo de sistemas devido às potencialidades por eles apresentadas. A classificação das aplicações pode ser baseada em características dos sistemas como a disponibilidade, o alcance, a escala, a heterogeneidade, a replicação, o impacto e a interação com o utilizador (Gluhak et al., 2011). Para uma discussão mais completa acerca das áreas e ambientes de aplicação mais comuns sugere-se a leitura dos trabalhos de Atzori, Iera e Morabito (2010) e Miorandi et al. (2012).

Baseado no estudo efetuado sobre este tema, classificaram-se os domínios e ambientes de aplicação em quatro categorias distintas: transporte e logística; cuidados de saúde; ambientes inteligentes; pessoal e social (Atzori, Iera, & Morabito, 2010). Apesar desta distinção, existe um grande cruzamento entre as áreas de aplicação. Apresentam-se alguns exemplos de aplicações para cada uma das áreas.

2.3.1. Transporte e logística

No âmbito do domínio dos transportes e da logística, existem já inúmeras utilizações de sistemas IoT, de modo a auxiliar e a melhorar a gestão deste tipo de serviços. Relativamente aos transportes, tais como: os automóveis, os comboios, os barcos, os autocarros, bem como as bicicletas, estão cada vez mais avançados tecnologicamente, assim como as vias de comunicação utilizadas pelos mesmos, como as estradas e os caminhos de ferro. Nestes estão a ser embutidos, de forma acentuada, meios de instrumentação como os sensores, os atuadores e unidades de processamento de dados (CPU – Central Processing Unit). Como exemplo, estes instrumentos poderão ajudar os gestores de transportes públicos a monitorizar e gerir toda a rede, bem como a fornecer informações atualizadas aos seus utentes. Em relação à logística, os produtos transportados já se encontram equipados com tags de identificação RFID ou NFC e sensores com o intuito de serem enviadas informações importantes em tempo real para melhorar a gestão e acompanhamento de mercadorias ou da produção de bens. Essas informações poderão ser utilizadas para ajudar na gestão de frotas, rotas e cargas, bem como na gestão do armazenamento dos produtos.

2.3.2. Cuidados de saúde

A grande maioria dos benefícios que se conseguem obter através da utilização de sistemas IoT no domínio dos cuidados de saúde resultam de aplicações que fornecem capacidades de monitorização de objetos e pessoas (pacientes e cuidadores), soluções de identificação, autenticação e autorização de pessoas e recolha automatizada de dados (Vilamovska et al., 2009).

A monitorização permite a identificação de objetos ou pessoas que se movimentem dentro do espaço físico de uma organização de saúde. Na perspetiva pessoal, esta monitorização inclui a possibilidade de verificar em tempo real o fluxo dos pacientes de um hospital ou então monitorizar os acessos a determinadas zonas dos hospitais por parte dos cuidadores. No que concerne aos bens, o rastreamento é aplicado, na maior parte casos, ao controlo contínuo do inventário, quer seja ao nível da disponibilidade de medicamentos em stock, quer seja na verificação de todos os materiais utilizados numa cirurgia.

Em termos de identificação, autenticação e autorização, as aplicações mais comuns incluem a identificação dos pacientes, que permite mitigar erros na admissão, no fornecimento de medicamentos ou na troca/rapto de recém-nascidos. Em relação aos cuidadores, uma das aplicações mais comuns incluem o controlo de acesso aos registos eletrónicos dos pacientes, assim como, a determinados espaços físicos dos hospitais.

Ao nível da recolha automatizada de dados, as funcionalidades oferecidas por dispositivos como os sensores permitem o desenvolvimento de aplicações centradas nos pacientes, permitindo aceder a informações e indicadores de saúde dos mesmos em tempo real. Soluções de telemedicina e monitorização de parâmetros vitais são exemplos deste tipo de soluções.

2.3.3. Ambientes inteligentes

Este é um dos domínios mais reconhecidos, pois tem como principal objetivo a aplicação da inteligência dos sistemas IoT a fim de melhorar, facilitar e tornar mais “inteligente” a utilização dos ambientes com os quais interagimos. Exemplos de aplicações neste domínio vão desde os edifícios às cidades inteligentes.

A existência de sensores e atuadores distribuídos em edifícios permitem tornar a nossa vida mais confortável, auxiliando-nos a gerir melhor os recursos em diversos aspetos. O aquecimento dos espaços pode ser adaptado às preferências dos utilizadores ou à

meteorologia; a iluminação pode adaptar-se de acordo com a hora do dia ou tendo em conta o índice de luminosidade; incidentes podem ser evitados ou detetados devido à utilização de sistemas de monitorização e alarmística; e a poupança de energia que pode ser alcançada, permitindo desligar os equipamentos elétricos que já não estão a ser utilizados.

Outra área que tem utilizado sistemas IoT proporcionando uma melhoria nos processos é a área industrial. A chamada IoT Industrial (IIoT – Industrial IoT) compreende a utilização de

tags RFID ou NFC, sensores, atuadores, robôs, entre outros, com o objetivo de tornar mais

eficientes todos os processos inerentes a qualquer processo industrial. Desta feita, a utilização de tags RFID em componentes de peças durante o seu processo de fabrico permite a monitorização e localização desses componentes em qualquer instante do processo industrial. Associado a essa funcionalidade, em cada ponto do processo, a tag pode ser lida no sentido de os robôs saberem exatamente qual é a ordem de produção específica para esse componente ou peça. A utilização de sistemas IoT neste tipo de processos é extensível, pois pode ir da receção de matérias primas ao armazenamento e expedição de produto acabado.

Em relação às cidades inteligentes, os sistemas IoT estão a ser aplicados na monitorização ambiental (qualidade do ar, nível de ruído, luminosidade, meteorologia, etc.), na área do turismo, na gestão do tráfego rodoviário ou ferroviário, na gestão de infraestruturas críticas como a distribuição de água, comunicações, entre muitas outras.

2.3.4. Pessoal e social

As aplicações deste tipo de sistemas neste domínio prendem-se, sobretudo, com o facto de proporcionar maior interação social, quer individual quer em grupo. Neste contexto, os dispositivos podem despoletar automaticamente a transmissão de mensagens para amigos ou grupos de pessoas permitindo-lhes saber que atividades estamos a fazer ou já fizemos no passado, tais como as nossas movimentações diárias entre a casa e o trabalho, viagens de férias, reuniões com colegas ou mesmo acerca da prática de desporto.

Umas das principais aplicações neste domínio são as relacionadas com as redes sociais. Este tipo de aplicações permite atualizar de modo imediato informações acerca das atividades dos utilizadores nas plataformas das redes sociais, como o Twitter ou o Facebook. Essas informações podem ser baseadas na utilização de algum dispositivo ou mesmo relacionado com a sua georreferenciação.

À semelhança de algumas aplicações já abordadas no domínio dos cuidados de saúde, associados a cada indivíduo podem ser utilizadas as Personal Area Network (PAN) e as Body

Area Network (BAN). Este tipo de redes permite a interligação de todos os dispositivos

pessoais de um utilizador através de uma rede de comunicações de curto alcance que utiliza um gateway para acesso à Internet. Nelas podem ser utilizados dispositivos IoT que permitem ao utilizador recolher e monitorizar informações relacionadas com a sua fisiologia e fisionomia, entre outras, através de sensores existentes num relógio inteligente ou na sua própria roupa. Estas aplicações podem, de seguida, enviar as respetivas informações para plataformas online ou então integrar até plataformas de redes sociais. Uma extensão destas aplicações é a criação de uma rede doméstica para monitorização de cuidados de saúde a pessoas com limitações, permitindo supervisionar os sinais vitais de uma pessoa prevenindo acidentes e antecipando intervenções e tratamentos.

2.4. Arquitetura

A IoT deve ser capaz de interligar milhões de objetos heterogéneos através da Internet. Zegzhda e Stepanova (2015) indicou que, ao nível da topologia, os sistemas IoT poderiam utilizar as seguintes três possibilidades: ponto a ponto, estrela ou mesh. A última é descentralizada e mais adequada para os sistemas IoT, apesar dos nós IoT consumirem mais recursos computacionais com a tarefa de manter soluções de encaminhamento, para além das suas normais funcionalidades. A topologia em estrela não exige tantos recursos computacionais aos nós IoT mas tem como maior desvantagem o facto de ter um ponto único de falha, devido à utilização de um ponto único de encaminhamento do tráfego de rede.

Assim, há uma necessidade crítica de uma arquitetura flexível em camadas. O crescente número de arquiteturas propostas ainda não convergiu para um modelo de referência (Krčo, Pokrić, & Carrez, 2014). Enquanto isso, existem alguns projetos como IoT-A2 _{que tentam}

projetar uma arquitetura comum baseada na análise das necessidades da investigação e da indústria.

Do conjunto de modelos propostos, o modelo básico é uma arquitetura de três camadas como os de Khan et al. (2012), Yang et al. (2011) e Wu et al. (2011), consistindo nas camadas de perceção, rede e aplicação. Na literatura recente, têm sido propostos outros modelos, que tendem a adicionar mais abstração à arquitetura IoT, como os de Atzori, Iera e Morabito (2010), Khan et al. (2012), Yang et al. (2011), Wu et al. (2011), Tan e Wang (2010) e Chaqfeh e Mohamed (2012). A Figura 2 ilustra algumas das arquiteturas IoT mais comuns (Al-Fuqaha et al., 2015).

Figura 2 - Arquiteturas IoT. (a) Três camadas. (b) Baseada em middleware. (c) Baseada em SOA. (d) Cinco camadas.

Considerando, por um lado, que na literatura consultada a arquitetura de três camadas é a mais adotada e atendendo à simplicidade dessa proposta, contemplar-se-á neste trabalho esse modelo. Em seguida, fornecemos uma breve discussão acerca das três camadas (Lin et al., 2017).

2.4.1. Camada de perceção

Também conhecida como camada sensorial, tem como principal objetivo recolher dados ou atuar sobre o ambiente físico (Atzori et al., 2012). Dispositivos sensores e atuadores são combinados com tecnologias de comunicação de curto alcance para atingir este objetivo. Os dispositivos IoT utilizados nesta camada são geralmente de pequenas dimensões e com recursos limitados. As tecnologias e protocolos de comunicação utilizados nesta camada são desenvolvidos para operar com pouco alcance e com restrições nas taxas de transmissão de dados, na quantidade de memória disponível e no consumo de energia. Devido a essas características, as redes de camada de perceção são frequentemente conhecidas como Low-

power and Lossy Networks (LLN). Nas redes LLN, as soluções para controlo de erros,

controlo de acesso ao meio, encaminhamento e endereçamento podem ser diferentes daqueles que habitualmente são utilizados na Internet.

2.4.2. Camada de rede

Também conhecida como a camada de transmissão, tem como finalidade a transmissão dos dados entre a camada de perceção e a camada de aplicação dos sistemas IoT, isto é, entre os sensores/atuadores e os serviços/utilizadores (Leo et al., 2014). Nesta camada, tecnologias como Ethernet, Wi-Fi, Hybrid Fiber Coaxial (HFC) e Digital Subscriber Line (DSL) são aliadas aos protocolos Transmission Control Protocol/Internet Protocol (TCP/IP) no sentido de estabelecer um sistema que consiga interligar objetos e utilizadores através de maiores distâncias. A fim de garantir a integração dos protocolos LLN com os utilizados habitualmente na Internet, será necessário utilizar um gateway.

2.4.3. Camada de aplicação

Também conhecida como a camada de negócio, disponibiliza às aplicações a capacidade de processar, gerir e utilizar os dados obtidos na camada de perceção acerca do ambiente físico (Al-Fuqaha et al., 2015). Essas aplicações determinarão o uso dessas informações, controlando e operando os dispositivos IoT para atuar no ambiente físico. Esta camada também comtempla um middleware, que é responsável por facilitar a integração e a comunicação entre diferentes dispositivos IoT e as aplicações e serviços.