CONHECENDO OS MODELOS DE REDES IOT

A comunicação entre diferentes dispositivos era originalmente chamada de comunicação Machine-to-Machine (M2M), mas com o aumento do número de dispositivos conectados ao redor dos usuários, novos termos foram criados para designar essa tecnologia, como Ubiquitous Computing (ou computação ubíqua), que é a conexão de um computador em atividades cotidianas simples sem que o usuário esteja ciente dos dispositivos envolvidos.

De acordo com as tendências atuais, a comunicação entre máquinas e dispositivos acabará por convergir para usar a Internet como a principal rede de comunicação. Nesse caso, o termo criado para descrever essa tendência é “Internet of Things” (“Internet of Things – IoT”).

Uma característica que podemos observar na literatura IoT é que não se trata apenas de uma simples rede de dispositivos ou sensores, pois uma “coisa” nem precisa ser um sensor ou mesmo seguir um modelo de dispositivo. Qualquer dispositivo capaz de se conectar à Internet pode ser considerado uma "coisa" .

No contexto da Internet das Coisas, podemos classificar os elementos de software e hardware disponíveis de diferentes maneiras , ou de acordo com sua função no sistema, seu poder de processamento e conectividade em termos de:

Sensores: Usados ​​para obter informações do mundo físico, geralmente constituídos por dispositivos com poder de processamento limitado;

Atuadores: utilizados para interferir no mundo físico, são elementos que modificam o estado atual do ambiente em que o sistema está inserido;

Sistema de Processamento Local: Consiste em um microcontrolador e os periféricos mínimos necessários para operação.

Sistema de processamento remoto: composto por microcomputadores operando como servidores de aplicação, prestando serviços de distribuição e armazenamento de dados em todo o sistema;

Software: Responsável por todas as funções lógicas do sistema, em todos os níveis que o compõem.

Atualmente, devido à redução dos custos de produção, já é possível encontrar módulos de hardware acessíveis para o desenvolvimento de produtos IoT. 

Esses módulos vão desde projetos de código aberto como a plataforma Arduino (e plataformas similares), que permitem a conexão entre sensores e atuadores, mas possuem pouco poder de processamento e memória (da ordem de alguns kilobytes), até sistemas mais poderosos como Raspberry Pi, NVidia Jetson e plataformas similares, que além de atuarem como interconexões para sensores e atuadores, possuem excelente capacidade de processamento e memória (megabytes)

A Internet das Coisas (IoT) é uma rede de diferentes dispositivos que se comunicam entre si pela Internet. 

A proliferação dessas "coisas" (aparelhos e equipamentos) nas redes de comunicação apresenta diversos desafios técnicos devido ao grande volume de dados coletados e processados, o que aumenta a necessidade de definição de estratégias de processamento e armazenamento desses dados. 

Nesse sentido, existem atualmente alguns modelos de computação para dispositivos IoT, chamados de modelos de edge computing, cloud computing e fog computing. 

Esses modelos são mostrados na Figura 1 

fonte: embarcados ( https://embarcados.com.br/)

IoT na Borda (Edge IoT) 

Este modelo de IoT é adequado quando todos os dispositivos pertencem à mesma rede local e sua cobertura é limitada a uma área física restrita, como uma residência, instituição ou propriedade.

Neste modelo de IoT, a comunicação entre os sensores e os dispositivos controladores são realizadas por uma conexão de rede local, geralmente realizada por meio de uma rede cabeada (Ethernet), ou por uma rede sem fio (WLAN, Bluetooth, wi-fi, etc), formando um sistema local de detecção e controle independente (Figura 2). 

fonte: embarcados ( https://embarcados.com.br/)

A menos que esse sistema necessite memorizar um longo histórico de estados anteriores, onde pode haver a necessidade de um servidor local para essa finalidade, há apenas uma necessidade limitada de processamento e o uso de pequena quantidade de armazenamento de memória. Com o aumento do número de dispositivos, aumentam os requisitos de processamento e armazenagem para os dados coletados, surgindo a necessidade de infraestrutura mais complexa. 

A solução atualmente adotada nestes casos é a de se utilizar o poder de servidores em data centers remotos (“em nuvem”), assim surgindo um modelo de IoT em nuvem. 

IoT em Nuvem (Cloud IoT) 

A conexão com a nuvem é resolvida de maneira bastante eficiente de duas maneiras: por provedores de Internet e pelo uso de operadoras de telefonia móvel (Internet/GSM). 

Para a conexão um sensor IoT e ou qualquer dispositivo controlador à nuvem é necessário uma forma de comunicação que permita que os dados possam ser enviados e recebidos para o servidor, que em geral está localizado a grandes distâncias, como ilustrado na Figura 3. 

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O modelo IoT em Nuvem funciona de maneira eficiente, enquanto a quantidade de dados transmitidos não é muito alta a ponto de não causar gargalos na comunicação. 

Uma variação desse modelo é a utilização do uso da Internet em conjunto com as redes locais. Os dispositivos se conectam a uma rede local, por meio de conexões Ethernet ou wi-fi, que por sua vez fornecem a conexão com a Internet para a comunicação com o servidor remoto hospedado num serviço de nuvem, como visto na Figura 4. 

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No entanto, com o aumento da quantidade de dispositivos e o aumento no tamanho da informação enviada e ou recebida, o fluxo de dados pode aumentar consideravelmente causando atrasos e perda de conexão, o que para algumas aplicações pode não ser admitida. 

Neste caso, uma opção pode ser o modelo de IoT denominada de “Neblina”(Fog), já que pode ser entendida, como sendo um nível intermediário entre o modelo Local e o modelo em Nuvem, ou para uma melhor compreensão do termo, uma “Nuvem”mais próxima dos dispositivos. 

IoT na Neblina (Fog IoT) 

Nos novos cenários da IoT, criados por muitos sensores e dispositivos menores, foi introduzido uma noção de computação onipresente e abrangente. A maneira mais simples é coletar e processar todos esses dados conectando os dispositivos a um servidor hospedado em Nuvem, isso porém, exige redes e interconexões de alta velocidade. 

Um outro aspecto observado é o que não importa o quão rápido seja os dispositivos e as redes de transmissão, a quantidade de dados tem se mostrado cada vez maior. Também foi ficando evidente que nem sempre é necessário transferir todos os dados para o servidor de dados hospedado na Nuvem. 

Um modelo proposto, consiste em distribuir servidores menores entre o servidor de dados na Nuvem e os dispositivos. O servidor localizado entre os sensores e o servidor na Nuvem, é a ideia central do modelo de computação IoT denominado de Neblina (Figura 5). 

fonte: embarcados ( https://embarcados.com.br/)

O modelo de computação a ser adotado num sistema IoT, vai depender muito do tipo da aplicação para a qual o sistema está sendo desenvolvido. Não existe necessariamente, um modelo “melhor” ou “pior”, e sim um modelo mais adequado as necessidades e características da aplicação em particular. Conhecer vários modelos de computação para a IoT, pode auxiliar ao desenvolvedor na escolha que seja mais adequada para a aplicação, auxiliando para que aumente o sucesso do sistema desenvolvido.

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