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Prof.: Adriano de Oliveiraemail: [email protected]: 06655 - 3-1830-2 e 5-1830-2

Universidade Federal de Santa CatarinaGraduação em Engenharia de ComputaçãoTópicos Especiais I – Internet das Coisas (IoT)Professor: Adriano de Oliveira

TÓPICOS ESPECIAIS IInternet das Coisas (IoT)

mailto:[email protected]

OBJETIVO GERAL

Apresentar aos alunos um panorama geral de como este novoparadigma chamado Internet das Coisas está evoluindo ecomo afetará a vida das pessoas, dando destaque em suastecnologias, arquitetura, aplicações e serviços.


OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Abordar o surgimento desse novo paradigma chamadoInternet das Coisas (IoT);

Analisar as aplicações já conhecidas e utilizadas; Investigar as tendências, e para onde está caminhando a IoT; Avaliar as áreas de atuação do Engenheiro de Computação

em IoT;


EMENTA RESUMIDA

A disciplina tem como objetivo expor aos alunos umaperspectiva da arquitetura desse novo paradigma conhecidocomo Internet das Coisas (IoT), apresentando suastecnologias, aplicações, serviços e protocolos, bem comotrazer exemplos de projetos práticos e futuras oportunidadesde utilização no mundo real.


CONTEÚDO

Parte I: Introdução e aplicações gerais

Introdução, Histórico e Tecnologias; Biometria; Cloud Computing; Computação ubíqua; Arquiteturas, Protocolos e Padrões; Aplicações e Serviços;


CONTEÚDO

Parte II: Aplicações específicas

eHealth e vida assistida; Smart cities; Mobilidade urbana; Smart learning.


BIBLIOGRAFIA

NO MOODLE


METODOLOGIA

Exposição dialogada; Dinâmicas; Aulas de laboratório.

Plano didático, datas de avaliações e demais informaçõesreferentes à disciplina são encontradas no Moodle.


AVALIAÇÕES

P1: Prova Escrita. P2: Prova Escrita. T1: Trabalho. A1: Atividades.

Média Final (MF) calculada da seguinte forma:MF = [(P1 + P2) / 2] * 0,6 + T1 * 0,3 + A1 * 0,1


ConceitoHistóricoTecnologiasDesafiosAplicaçõesExemplos

Índice


“A Internet das Coisas é um conceito, um paradigma queconsidera a presença pervasiva no ambiente de umavariedade de coisas e objetos que através de conexõessem ou com fio e um esquema de endereçamento únicosão capazes de interagir uns com os outros e cooperarcom outras coisas e objetos para criar novas aplicações eserviços e alcançar objetivos comuns.”

Internet of Things - Converging Technologies for Smart Environments and Integrated Ecosystems

O que é Internet das Coisas?


“É a rede de objetos físicos que possuem tecnologiaembarcada para comunicar, captar sinais e interagirconsigo mesmos ou com o ambiente externo.”

Gartner Group



1832: Na Russia, Baron Schilling criou otelégrafo eletromagnético (rudimentar);

1833: Carl Friedrich Gauss e Wilhelm Weberaprimoraram o telegrafo e criaram o seupróprio código para se comunicar a umadistância de 1200 metros dentro Universidadede Gotinga, na Alemanha;

Histórico


1844: Samuel Morse enviou o primeiro códigomorse, com a mensagem "Que coisas Deus temfeito?" de Washington para Baltimore (56 km).

Histórico


1926: Nikola Tesla em uma entrevista para a revistaColliers: "Quando a tecnologia sem fio estiverperfeitamente aplicada, a terra inteira será convertidaem um enorme cérebro, que na verdade é, todas ascoisas como partes de um conjunto ......... e osdispositivos através dos quais seremos capaz de fazerisso, vão ser incrivelmente simples em comparaçãocom o nosso telefone atual. Um homem será capaz detransportar um em seu bolso".

Histórico


1939-1945: Durante a Segunda Guerra Mundialsurgiram as primeiras aplicações da tecnologia RFID,nos sistemas de radares utilizados por várias nações(Alemanha, Japão, Inglaterra e EUA). Estes radarespermitiam que a notificação da aproximação de aviões,mesmo eles ainda estando distantes, facilitando apreparação das defesas contra ataques inimigos.

Histórico


1950: Alan Turing escreveu em seu artigoComputing Machinery and Intelligence naOxford Mind Journal: "... Pode-se afirmar que émelhor fornecer a uma máquina os melhoressensores que o dinheiro pode comprar, e depoisensiná-lo a entender e falar. Este processopoderia seguir o ensino normal de umacriança."

Histórico


1964: No livro Understanding Media: TheExtensions of Man, Marshall McLuhan escreveu:".... Por meios elétricos, montamos asfuncionalidades pela quais todas as tecnologiasanteriores - incluindo cidades - serãotraduzidos em sistemas de informação"

Histórico


1966: O alemão Karl Steinbuch, um pioneiro daárea de ciência da computação disse: "Em umalgumas décadas, os computadores serãointerligados em quase todos os produtosindustriais"

Histórico


1969: O Departamento de Defesa dos EstadosUnidos criou a ARPANet, acrônimo em inglês deAdvanced Research Projects Agency Network,foi a primeira rede operacional decomputadores à base de comutação de pacotes,e a precursora da Internet. Foi criada só para osmilitares.

Histórico


1974: Inicio o uso do TCP/IP

1984: Inicio o uso do Domain Name System(DNS)

1989: Tim Berners-Lee propõe a World WideWeb

Histórico


1990: John Romkey (pesquisador do BlueForest Research) criou o primeiro "dispositivo"ligado a Internet, uma torradeira que podia serligada e desligada através da Internet.

1991: A primeira página web foi criado por TimBerners-Lee

Histórico


1991: Mark Weiser's (cientista chefe da Xerox)em um artigo para Scientific American "TheComputer for the 21st Century": "As tecnologiasmais importantes, são aquelas quedesaparecem. Elas se integram a vida cotidianaaté serem indistinguíveis dela".

1995: A Internet comercial tem inicio com oAmazon e o Echobay (Ebay)

Histórico


1998: Mark Weiser's em uma entrevista diz: "Acomputação ubíqua é praticamente o oposto darealidade virtual, onde a realidade virtualcoloca as pessoas dentro de um mundo geradopor computador, computação ubíqua coloca ocomputador para viver aqui no mundo com aspessoas."

Histórico


1999: Kevin Ashton, do MIT, propôs o termo“Internet das Coisas” após dez anos de estudo eprojetos, escreveu o artigo “That 'Internet ofThings' Thing” para o RFID Journal, e a partirdai o termo se popularizou.

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Histórico


Segundo Ashton, a falta de tempo na rotina daspessoas fará com que necessitem se conectar ainternet de várias maneiras. Com a mobilidade etecnologia avançando, será possível acumular dados eaté o movimento dos corpos com precisão. Essesregistros poderão servir para otimizar e economizarrecursos naturais e energéticos, por exemplo, além deinfinitas facilidades pessoais e de saúde.

Histórico


1999: Neil Gross na Business Week disse: "Nopróximo século, o planeta vai vestir uma ‘peleeletrônica’, vai usar a Internet como apoio paratransmitir sensações. Esta ‘pele’ já está sendocosturada, consiste de milhões de dispositivoseletrônicos embarcados: Termostatos, medidores depressão, detectores de poluição, câmeras,microfones, sensores de glicose, eletrocardiogramas,eletroencefalogramas, etc.

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Histórico


Estes irão monitorar cidades e espéciesameaçadas de extinção, a atmosfera, nossosnavios, rodovias e frotas de caminhões, nossasconversas, nossos corpos -.. até mesmo osnossos sonhos"

Histórico


2000: LG anuncia seu primeiro protótipo degeladeira conectada a Internet.

2002: O Ambient Orb é criado por David Rose doMIT, com o NY Times chamando de uma ideias doAno. The Orb monitora o Dow Jones, carteiraspessoais, condições meteorológicas e outras fontesde dados e muda de cor dinamicamente com basenos nesses dados.

Histórico


2003: RFID é utilizado em grande escala peloDepartamento de Defesa dos EUA e peloWalmart no mundo comercial.

2005: A Internet das coisas atingiu nível statusinternacional, quando InternationalTelecommunications Union ITU da ONUpublicou o seu primeiro relatório sobre o tema.

Histórico


2006-2008: Reconhecimento pela UE, e aprimeira European IOT conference é realizada

2008-2009: A Internet das Coisas "nasceu": Deacordo com a Cisco Internet Business SolutionsGroup, a Internet das Coisas nasceu entre 2008e 2009 quando o número "coisas ou objetos"conectados à Internet ultrapassou o de pessoas.

Histórico


2010: O premier chinês Wen Jiabao chama aIOT de "Indústria Chave" para a China e templanos para fazer grandes investimentos namesma.

Histórico


2011: Lançamento o IPV6 - O novo protocolopermite a 21 elevado 28 (cerca de 340 undecilhõesou340.282.366.920.938.463.463.374.607.431.768.211.456) endereços, ou como dito Steven Leibson por"poderíamos atribuir um endereço IPv6 a cadaátomo na superfície da terra, e ainda ter endereçossuficientes para fazer outras 100 terras."

Histórico


2011: Cisco, IBM, Ericsson investem emgrandes iniciativas educacionais e de marketingsobre o tema.

2011: Arduino e outras plataformas dehardware amadurecem e tornar a Internet dascoisas acessíveis.

Histórico


Histórico


Um sensor é um dispositivo que responde a umestímulo físico/químico de maneira específica emensurável;

Atuador é um elemento que produz movimento,atendendo a comandos que podem ser manuais,elétricos ou mecânicos.

Tecnologias facilitadoras




Temperatura

UmidadePresença

Nível



Relé

Distância

Acelerômetro

RFID: Ou Identificação por radiofrequência, é umtermo genérico para tecnologias que usam ondas derádio para identificar automaticamente pessoas ouobjetos. Existem vários métodos de identificação, maso mais comum é armazenar um número serial queidentifica uma pessoa ou objeto e, talvez, outrasinformações, em um microchip que está ligado a umaantena (o chip e a antena juntos são chamados de umtransponder RFID ou uma tag RFID).



RFID: A antena permite que o chip transmita ainformação de identificação a um leitor. O leitorconverte as ondas de rádio refletidas da tagRFID em informações digitais que depoispodem ser repassadas a computadores quepodem fazer uso delas.



NFC: Near Field Communication, é uma tecnologia quepermite a troca de informações entre dispositivos sema necessidade de cabos ou fios (wireless), sendonecessária apenas uma aproximação física. A novidadeteve origem no padrão RFID (Radio FrequencyIdentification), mas se distanciou deste ao limitar ocampo de atuação de frequências para uma distânciade até 10 centímetros, objetivando tornar-se maissegura.



Cloud Computing: O conceito de computaçãoem nuvem, refere-se à utilização da memória edas capacidades de armazenamento e cálculode computadores e servidores compartilhadose interligados por meio da Internet, seguindo oprincípio da computação em grade.



Arduino: Uma plataforma de prototipagemeletrônica, criado por Massimo Banzi e DavidCuartielles em 2005 com objetivo de permitir odesenvolvimento de controle de sistemasinterativos, de baixo custo e acessível a todos.



Raspberry Pi: Um computador do tamanho deum cartão de crédito, que se conecta a ummonitor de computador ou TV, e usa um tecladoe um mouse padrão, desenvolvido no ReinoUnido pela Fundação Raspberry Pi. Todo ohardware é integrado numa única placa. Oprincipal objetivo é promover o ensino emCiência da Computação básica em escolas.



Cubieboard: Um computador de placa única, feitoem Zhuhai, Guangdong, China. O primeiro lote deprotótipos foram vendidos em setembro de 2012.A versão de produção começou a ser vendido emoutubro de 2012. É compatível com o Android,Ubuntu, Fedora, uma distribuição baseada noDebian chamada de Cubian e OpenBSD.



Segurança: A crescente digitalização eautomação dos milhares de dispositivosimplantados em diferentes áreas dos ambientesurbanos modernos darão origem a novosdesafios de segurança para muitos setores.

Desafios


Privacidade: Como já acontece com os equipamentosde medição inteligente e automóveis cada vez maisdigitais, haverá um vasto volume de dados fornecendoinformações sobre o uso pessoal dos dispositivos que,se não forem seguros, podem abrir caminho paraviolações de privacidade. Isto é um desafio, pois ainformação gerada pela Internet das Coisas é essencialpara trazer melhores serviços e o gerenciamentodestes aparelhos.

Desafios


Volume de Dados: O impacto da Internet dasCoisas no armazenamento tem duas vertentesem relação aos tipos de dados a seremarmazenados: pessoais (de consumidores) e BigData (de empresas). Dados serão gerados, namedida em que os consumidores usam Apps eos dispositivos continuam a aprender sobreeles.

Desafios


Interoperabilidade: Dentre os problemas que aIoT pode ter está a falta de comunicação entredispositivos e sistemas em uma cidade. Outroproblema é a competição entre sistemasproprietários em IoT.

Desafios


Existe uma vasta gama de tecnologias inovadoras da Internet dascoisas para monitorar e controlar de edifícios inteligentes e casasinteligentes.

Controle de acesso Controle de iluminação Otimização de energia Manutenção preditiva Aparelhos conectados

Aplicações: Automação Residencial


Reduzir custos e recursos com a Internet das coisas em iluminação,vigilância, controle de sistema centralizado e integrado e muitomais. Medidores residenciais Iluminação publica inteligente Detecção de vazamento Controle de tráfego Câmeras de vigilância Controle do sistema centralizado e integrado

Aplicações: Smart Cities


Os benefícios da Internet das coisas, incluem ferramentas, softwaree hardware que facilitam e aceleram o desenvolvimento deprodutos industriais.

Controle de estoque Rastreamento de ativos Segurança dos funcionários Manutenção preditiva Transporte de mercadorias

Aplicações: Smart Industry


A Internet da Coisas fornece soluções altamente eficientes para omercado de wearables.

Diversão Fitness Relógio inteligente Localização e rastreamento

Aplicações: Wearables


A Internet das Coisas tem revolucionado a indústria médicatrazendo tecnologias para melhorar a qualidade de vidas daspessoas.

Monitoramento remoto Telemetria ambulatorial Rastreamento de medicamentos controlados Rastreamento de ativos Hospital Controle de acesso

Aplicações: Health care


Internet das coisas oferece uma ampla gama de tecnologiasinovadoras para o automóvel moderno.

Infotainment (Informação e entretenimento) Telemetria Manutenção preditiva Infra-estrutura carro a carro

Aplicações: Smart Cars


Fitbit Charge: Pulseira de silicone de tela OLED azul,exibe quantos passos foram dados, a distância totalestimada e calorias queimadas. Possui altímetro ecalcula subida de degraus em escada. Serve como relógioe cronômetro. Acompanha o sono para mostrar o quantose dorme (ou não), e pode servir de despertadorvibrando no pulso. Pode também ser sincronizado com osmartphone através de Bluetooth para visualizar osdados coletados pela pulseira. Permite recebernotificações de chamadas.

Exemplos


Withings Body Scale Analyzer: Balança com recursosinteressantes. Composição corporal, através de sensoresde bioimpedância, a balança é capaz de medir aquantidade de massa gorda versus massa magra do seucorpo. Medidor de frequência cardíaca. Sensor quemede a qualidade do ar. Ela funciona em conjunto com oaplicativo Withings Health Companion, todos os dadossão exibidos em gráficos. A sincronização entre odispositivo e o smartphone é feita por bluetooth ou wi-fi.

Exemplos


Philips Hue: Uma lâmpada inteligente de LED, que pode sercontrolada por um aplicativo de celular iOS ou Android. Ogateway que acompanha o kit pode trabalharsimultaneamente com até 50 lâmpadas. Com as luzes de LEDposicionadas, só é preciso sincronizar o aplicativo mobilecom o gateway. A partir daí, toda alteração na programaçãodas lâmpadas podem ser feitas pelo app ou pelo site oficialdo serviço. A programação pode ser feita remotamente e asincronização funciona pela nuvem. O gateway é conectado auma fonte de energia e ao seu roteador Wi-Fi.

Exemplos


WeMo: Um interruptor inteligente, além do sistema elétricoexistente na casa, o WeMo requer apenas uma rede Wi-Fi eum dispositivo móvel para que o aplicativo seja instalado.Assim, basta conectar o interruptor para automaçãoresidencial WeMo (WeMo Home Control Switch) em qualquertomada elétrica e, em seguida, conectar o produto eletrônicoque você deseja controlar – podem ser lâmpadas, televisores,rádios, etc. Por meio do aplicativo instalado no smarphone outablet, o item pode ser ligado ou desligado remotamenteinúmeras vezes.

Exemplos


Google Glass: Um acessório em forma de óculosque possibilita a interação dos usuários comdiversos conteúdos em realidade aumentada.Também chamado de Project Glass, o eletrônicoé capaz de tirar fotos a partir de comandos devoz, enviar mensagens instantâneas e realizarvídeo conferências.

Exemplos


Copenhagen Wheel: Criada em uma parceria entreestudantes do MIT e a cidade dinamarquesa deCopenhagen. O sistema agrega funções de bicicletaelétrica às bikes comuns. Basta substituir a rodatraseira da bicicleta pela roda especial. Na partecolorida dela, existem várias estruturas que serãoresponsáveis pela recarga da bateria e também pelamovimentação do motor embutido.

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Exemplos


Ela não funciona para fazer com que os ciclistas deixem depedalar. Ele é apenas um assistente de força, fazendo comque as pedaladas fiquem mais leves. Reconhece ainclinação das ruas para saber como e quando aplicar maisenergia. Não existe nenhuma ligação de cabos entre a rodae outras estruturas. O aplicativo para smartphones é oresponsável pelo controle da roda, além de permitir oacesso a informações completas sobre rotas, perfis deutilização e diversos outros dados importantes para osciclistas.

Exemplos


Myo: Pulseira que rastreia o movimento do usuário epode ser sincronizada com smartphones, tablets,computadores e basicamente qualquer coisa comBluetooth. Colocada no antebraço, a braçadeira conseguedetectar até nove movimentos musculares por meio desinais elétricos impulsionados por gestos. Ela também seconecta a Mac, Windows, iOS e Android, utilizandoBluetooth 4.0 para controlar apresentações, vídeos,músicas, jogos e outras coisas.

Exemplos


Learning Thermostat: Regula a temperatura dacasa de maneira inteligente. O Thermostat seantecipa às suas necessidades, ele aquece a suacasa durante o inverno enquanto você está emcasa, e se desliga automaticamente quando vocêsai. Ele ainda pode ser controlado pelo seusmartphone ou tablet.

Exemplos


August Smart Lock: Uma fechadura que permite trancare destrancar a porta sem ser necessário usar uma chave.Um conjunto de LEDs e sons indicam se a tranca estáacionada ou não. Usa Bluetooth para destranca a portacom um smartphone previamente autorizado. Se otelefone ficar sem bateria, pode-se usar uma chave paraentrar abrir. Em caso de roubo, podemos entrar na nossaconta online para desautorizar o telefone, de modo a quenão possa ser usado com a nossa fechadura.

Exemplos


Soil IQ: Uma sonda wireless para monitorar ascondições no solo. Soil IQ é movido a energiasolar e faz medições do pH do solo, umidade,temperatura, teor de nutrientes. Pode serintegrada a nuvem, permitindo que os usuáriossincronizem os dados de seus jardins ou hortasatravés de um smartphone.

Exemplos


Smart Meters: Um medidor inteligente deeletricidade, gás, ou água que grava o consumoe transmite para a nuvem, que depois podemser analisados remotamente.

Exemplos


iBeacon: Pequenos transmissores utilizados paraidentificar e determinar o posicionamento desmartphones (e aparelhos compatíveis) em umadeterminada localização. Utiliza Bluetooth para oreconhecimento dos aparelhos. É necessário que odispositivo tenha um app instalado capaz deidentificar os iBeacons, para que por exemplo elereceba um promoção ou uma oferta.

Exemplos


Tweet pee: O sensor monitora a umidade dafralda, enviando uma mensagem para osmartphone dos pais quando é hora de trocar.Através do app ainda é possível monitorar aquantidade fraldas usadas no dia, além decomprar online.

Exemplos


Dash Button: Foi criado pela Amazon.com para facilitara compra de produtos rotineiros, é um pequenoaparelho eletrônico ligado à Internet que pode sercolado em qualquer parede ou eletrodoméstico e queao ser pressionado faz a encomenda de umdeterminado produto. Cada Dash Button estáassociado a uma marca de um determinado produto(detergente para a roupa, cotonetes, fraldas, queijo,etc.).

Exemplos


SenseAware: Lançado pela FedEx, é umpequeno dispositivo que nada mais é do que umaparelho celular equipado com rádio, GPS, umacelerômetro, um termômetro e um sensor deluz, as empresas são capazes de monitorar acondição de um pacote de acordo com umasérie de critérios.

Exemplos


1. Em sua opinião qual a área de IoT mais promissora noBrasil e por que?

2. O profissional de Engenharia de Computação tem grandesoportunidades em IoT, se você tivesse a chance de atuarnessa área, em qual dos muitos domínios gostaria detrabalhe e por que?

Atividade


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