Arquitetura de Sistemas

IoT - Internet of Things

Requisitos Básicos

Cloud Computing
Protocolo de Comunicação de Rede
Processamento e armazenamento de dados

Introdução

Por que conectar as coisas?

Embutir sensores em objetos do dia-a-dia
Coletar dados dos sensores
Usar os dados para tomar decisão

Três fases:

Things: Embutir sensores nas coisas para obter dados.
Cloud: Armazenar e processar os dados coletados.
Intelligence: Usar os dados para tomar decisões, resolver problemas, facilitar ações.

Onde implementar?

Smart Building
Smart Home
Wearables (Vestiveis)
Agriculture
Smart Transportation
RFID Supply Chain (Cadeia de Suprimento)
Energy Efficiency

Desáfios

Privacidade
Segurança
Quantidade exponencial de dispositivos conectadas na rede
Capacidade de processamento e armazenamento de dados
Gerar valor a partir dos dados coletados

Computação Ubíqua (A terceira onda da tecnologia)

A primeira onda foram os Mainframes compartilhado por várias pessoas.
A segunda onda é a que estamos agora, a era da computação pessoal com pessoas e máquinas estranhando umas às outras.
A terceira onda está apenas começando, a Computação Ubíqua, é a era da tecnologia "calma", quando a tecnologia recua para o pano de fundo de nossas vidas. As tecnologias mais importantes são aquelas que desaparecem, elas se integram a vida do dia a dia, ao nosso cotidiano até serem indistinguíveis dele.

Arquitetura

Atributos a considerar na escolha da arquitetura

Baixo consumo de energia
Rede de dados limitado
Resiliência
Segurança
Customização
Baixo Custo

Arduíno

É uma plataforma de Prototipagem, um microcontrolador com entradas e saídas digitais, geralmente programável em C/C++, com conexões de interface serial ou USB. Não tem uma conexão com a internet, mas tem os Shields, que são componentes que podem ser agregados para dar conectividade, como blooth, wirelles, etc.

MCUs

É um sistema embarcado, um microcontrolador de chip único contendo um sistema operacional real time (sistema que fala diretamente com o hardware e com tempo de resposta mais rápido). Uma das grandes vantagens é a segurança, porque se tem mais controle.
Uso industrial, médico, militar, transporte, etc.

Raspberry PI

É um minicomputador completo, com hardware integrado em uma única placa, roda SO Linux ou Windows.
Uso doméstico e comercial.

Protocolos de Comunicação

MQTT - Message Queue Telemetry Transport

É o protocolo mais conhecido e mais usado em IoT. Também denominado de M2M (Machine-To-Machine).
O MQTT é um protocolo de rede leve de publicação-assinatura que transporta mensagens entre dispositivos. O protocolo geralmente é executado em TCP/IP, no entanto, qualquer protocolo de rede que forneça conexões bidirecionais ordenadas, sem perdas, pode suportar MQTT. Usa mensagem assíncrona, envia e não fica aguardando resposta.
Criado pela IBM para conectar sensores de pipelines da industria de petróleo e transmitir os dados via satélites, ou seja, criado para ambientes hostis, para ser confiável, para trabalhar com grande quantidades de dados. Depois foi padronizado pela OASIS e suportado pelas linguagens de programação mais populares.
OBS: Um sistema embarcado com SO Real time pode usar o protocolo HTTP para se comunicar com a nuvem.

Relembrando o Modelo Cliente/Servidor

Stateless Server: Não tem estado (Não conhece cliente, mas pode armazenar algumas informações).
Síncrono: Porque o cliente sempre aguarda a resposta do servidor.

Modelo de Comunicação do MQTT - Modelo de Publish/Subscribe

Há uma separação (desacoplamento) do cliente em fornecedor (Publish) e consumidor (Subscribe).
MQTT Broker é um Middleware cuja função é ser um distribuídor/roteador, receber e entregar as mensagens.
Esse modelo tem um poder de escabilidade em lidar com dados muito maior que o modelo cliente/servidor.
O Broker nada mais é que um software, então ele possui um endereço público.


                                // Broker
                                mqtt://my-tracker.com
    
                                // Publish
                                pub mqtt://broker/user/gps/position {'lat:-23.64644, lon:-46.6544'}
                                pub mqtt://my-tracker.com/d7k901/gps/position {'lat:-23.64644, lon:-46.6544'}
    
                                // Subscribe
                                sub mqtt://broker/user/gps/position
                                sub mqtt://my-tracker.com/d7k901/gps/position

Flexibilidade dos Tópicos

Os tópicos são definidos pelo usuário, é a parte que vem depois do endereço do Broker mqtt://my-tracker.com
A flexibilidade do MQTT para compor os tópicos, permite modelar o sistema conforme a necessidade de produzir e receber os dados.
Exemplo de Topicos

QoS - Quality of service

O protocolo MQTT fornece o QoS com três níveis diferentes de qualidade de serviço.
Qualidade de serviço é a descrição ou medição do desempenho geral de um serviço, como uma rede telefônica ou de computadores ou um serviço de computação em nuvem, particularmente o desempenho visto pelos usuários da rede.