protocolos de rede para internet das coisas
TRANSCRIPT
Protocolos de rede para Internet das coisas
Nathalia Sautchuk Patrício
Roadmap
• Introdução• Ecossistema do universo IoT• Protocolos da camada de enlace para IoT• Protocolos da camada de roteamento para IoT• Protocolos da camada de encapsulamento para IoT• Protocolos da camada de sessão para IoT• Protocolos de gerenciamento para IoT• Desafios no universo IoT
Introdução
Camada Física
Camada de Enlace
Camada de Rede
Camada de Transporte
Camada de Sessão
Camada de Apresentação
Camada de Aplicação
Camada Física
Camada de Enlace
Camada de Rede
Camada de Transporte
Camada de Sessão
Camada de Apresentação
Camada de Aplicação
Camada Física
Camada de Enlace
Camada de Rede
Camada de Transporte
Camada de Aplicação
Camada Física
Camada de Rede
Camada de Transporte
Camada de Aplicação
Modelo OSI Modelo TCP/IP
Introdução
• Internet das Coisas: Conexão de diversos dispositivos na rede mundial
Ecossistema no universo IoT
Serviços
Apps e SW
Analytics
Integração
Interconexão
Aquisição
Mercado
Energia, Entretenimento, Saúde, Educação, Transporte...
SDN, SOA, Colaboração, Apps, Cloud
Machine Learning, GIS, ...
Sensor data, Economia, População, GIS...
DECT/ULE, WiFi, Bluetooth, ZigBee, NFC...
Sensores, Câmeras, GPS, Medidores, ...
Smart Grid, Connected Home, Smart Cities...
Seg
uran
ça
Ger
enci
amen
to
TIC
Ecossistema no universo IoT
Sessão
RedeEncapsulamento
Roteamento
Enlace
MQTT, SMQTT, DDS, AMQP, XMPP, CoAp
6LowPan, 6TiSCH, 6Lo, Thread...
RPL, CORPL, CARP...
WiFi, Bluetooth Low EnergyZ-Wave, ZigBee Smart, DECT/ULE, 3g/LTE, NFC,Weightless, HomePlug GP,802.11ah, 802.15.4e, G.9959, Wireless Hart,DASH 7, LTE-A, LoRaWan..
Segurança Gerenciamento
TCG,Oath2.0,SMACK,SASL,ISASecure,Ace,DTLS,Dice,...
IEEE 1905,IEEE 1451,...
Protocolos de enlace
• IEEE 802.15.4e• IEEE 802.11 AH• Bluetooth Low Energy• Zigbee Smart Energy• G.9959• LTE-A• DECT/ULE
IEEE 802.15.4e
• Slotframe Structure• Scheduling• Sincronização• Channel Hopping• Formação da rede
IEEE 802.11 AH
• Frame de Sincronização• Troca de pacotes bidirecionais eficientes• Frame MAC pequeno • Pacote de Dados Nulo• Melhoria no Tempo de Sleep
Bluetooth Low Energy
• Pode ser 10 vezes mais econômico energeticamente
• Latência pode ser até 15 vezes maior• Arquitetura Master/Slave• Dois tipos de frame: adverting e data
frame• Tempo de Sleep
Zigbee Smart Energy
• Suporte a várias topologias: estrela, P2P e cluster-tree
• Há um coordenador em cada topologia• Dois perfis de stack: ZigBee and
ZigBee Pro• ZigBee Pro oferece mais
funcionalidades, como segurança, escalabilidade e melhor desempenho
G.9959
• Padronizado pela ITU• Aplicações em tempo real (tempo é crítico,
confiabilidade e baixo consumo de energia)
• Características: identificadores de rede únicos, mecanismos para evitar colisões, retransmissão automática, esquema para sleep, etc
LTE-A
DECT/ULE
• Padrão europeu para telefones sem fio • Baixo consumo de energia e baixo custo• Não sofre com congestionamento e
interferência• Supporta FDMA, TDMA e multiplexação
por divisão de tempo
Protocolos de roteamento
• RPL• CORPL• CARP
RPL
• Routing Protocol for Low-Power and Lossy Networks
• Suporta vários protocolos de Enlace• Possui uma única rota a partir de cada nó
para a raíz através da qual todo o tráfego do nó será roteado
• Pode ser stateless ou stateful
CORPL
• Uma extensão do RPL• Utiliza “encaminhamento oportuno” para
rotear um pacote através da melhor rota
CARP
• É um protocolo distribuído de roteamento feito para comunicação embaixo da água
• Pode ser para IoT devido aos seus pacotes leves
• Considera a qualidade do link para selecionar os nós de encaminhamento
Protocolos de encapsulamento
• 6LoWPAN• 6Lo• IPv6 over G.9959• IPv6 over Bluetooth Low Energy
6LoWPAN
• Encapsula eficientemente os headers grandes do IPv6 em pequenos pacotes IEEE802.15.4
• Suporta diferentes tamanhos de endereços, baixa largura de banda, diferentes topologias incluindo estrela ou mesh, consumo de energia, redes escaláveis, baixo custo, mobilidade e long tempo de sleep grande
6Lo
• Working group do IETF que está desenvolvendo uma série de padrões para transmissão de pacotes IPv6 em vários meios físicos
• As especificações estão em diferentes estágios. Apenas IPv6 over G.9959 e IPv6 over Bluetooth Low Energy já tiverem as RFCs aprovadas
IPv6 over G.9959
• RFC 7428 define o formato do frame format para transmitir pacote IPv6 em redes ITU-T G.9959
• A mesma compressão do header do 6lowPAN é usado para um pacote IPv6 em frames G.9959
IPv6 over Bluetooth Low Energy
• Reusa a maior parte das técnicas de compressão do 6LoWPAN
• Bluetooth Low Energy não suporta formação de redes multi-hop na camada física. Um nó central atua como um roteador entre os nós peiféricos
Protocolos de sessão
• MQTT• SMQTT• AMQP• CoAP• XMPP
MQTT
SMQTT
• Uma extensão do MQTT (Secure MQTT)• Foi proposto para melhorar a segurança
do MQTT• O algoritmo de criptografia consiste em 4
estágios principais: setup, cifração, publicação e decifração
AMQP
CoAP
XMPP
• É um protocolo de envio de mensagem a que foi desenvolvido originalmente para chat e aplicações de troca de mensagens
• Seu reuso se deve ao uso de XML que o torna facilmente extensível
• É desenvolvido para aplicações “quase” real-time e suporta eficientemente mensagens pequenas com baixa latência
• Não garante QoS
Protocolos de gerenciamento
• IEEE 1905.1• IEEE 1451
IEEE 1905.1
O padrão IEEE 1905.1 oferece interoperabilidade entre várias tecnologias através de uma camada de abstração que é construída no topo de todos os protocolos heterogêneos de MAC
IEEE 1451
• É um conjunto de padrões desenvolvidos para permitir gerenciamento de diferentes sensores e transdutores
• Uso de identificação plug and play• Cada transdutor tem um TEDS que incluí
toda informação necessária pelo sistema de medição incluindo device ID, características e interface por trás dos dados vindo dos sensores
Desafios no universo IoT
• Mobilidade• Confiabilidade• Escalabilidade• Gerenciamento• Disponibilidade• Interoperabilidade• Segurança e privacidade
Bibliografia
Salman, T. Internet of Things Protocols and Standards. Disponível em < http://www.cse.wustl.edu/~jain/cse570-15/ftp/iot_prot/ >. Acesso em: 14 out. 2016.
