Internet das coisas (IoT) melhorada/interoperável

Descrição

A Internet das Coisas (IoT) é uma inovação tecnológica contínua e em rápido crescimento, destinada a tornar as nossas actividades diárias mais ligadas digitalmente. Através de uma maior interligação e de uma melhor análise de dados, a IoT permite uma capacidade de tomada de decisões mais eficiente e mais bem informada.

Para tal, os objectos físicos do quotidiano são activados pela Internet, através da sua combinação com sensores, capacidades de processamento e outro software que permite a partilha e o intercâmbio de dados. Este processo promete "transformar a forma como trabalhamos, vivemos e nos divertimos" (Singhania, 2015). Esta fusão entre o físico e o virtual permite a apresentação de soluções mais inovadoras de cidades inteligentes para problemas urbanos do mundo real. Na vanguarda da transformação digital, a IoT pode ajudar em todo o tipo de cenários, desde o congestionamento do tráfego à monitorização de casas inteligentes, à eficiência energética e a uma vasta gama de questões de segurança.

Atualmente, no entanto, embora exista uma grande variedade de dispositivos compatíveis com a IoT no mercado, muitos dos quais foram implementados para ajudar a melhorar as infra-estruturas municipais, o potencial da tecnologia não é muitas vezes alcançado. Isto deve-se ao facto de existirem várias normas de rede e de dispositivos, que limitam a capacidade de os dispositivos que não partilham estas normas se interligarem, falarem uns com os outros e, assim, partilharem dados para otimizar a capacidade da rede. A resposta a esta questão é a IoT melhorada ou interoperável, que permite a integração e a interconectividade perfeitas dos dispositivos compatíveis com a IoT, expandindo enormemente o potencial de utilização desta tecnologia na resolução de problemas das cidades inteligentes.

Muitas soluções tecnológicas urbanas podem funcionar melhor e mais eficazmente quando trabalham em conjunto num sistema ligado. Por exemplo, os trabalhadores pendulares beneficiariam de saber qual o melhor caminho a seguir com informações de trânsito actualizadas, ao mesmo tempo que saberiam o estado atual dos lugares de estacionamento. Sem o feedback de dados de todos os dispositivos envolvidos, essas informações não podem ser fornecidas de forma fiável. No entanto, não existe uma norma universal para os dispositivos compatíveis com a IoT devido à relativa novidade da tecnologia. Isto reduz a capacidade dos dispositivos para se ligarem entre si e partilharem dados, limitando essencialmente a capacidade das soluções IoT. Este problema tem de ser resolvido para aproveitar o verdadeiro potencial das tecnologias ligadas à Internet.

Uma das vantagens da IdC é o controlo da utilização dos dispositivos através da análise de dados. Isto pode ajudar a limitar a ineficiência energética dos dispositivos utilizados numa grande variedade de actividades. Sem dispositivos ligados à Internet, ou sem aqueles que podem comunicar entre si, a partilha de dados importantes para a análise da infraestrutura da cidade é severamente limitada. Sem essa análise, não se saberá ao certo se as infra-estruturas urbanas e as soluções de cidades inteligentes estão a funcionar bem.

Fonte: Vasilov, L. (2021) Knowledge byte: Building blocks of IOT architecture, Cloud Credential Council. Disponível em: https://www.cloudcredential.org/blog/knowledge-byte-building-blocks-of-iot-architecture/ (Acedido em: 1 de novembro de 2022).

Modelo de Valor

Fonte: Bhayani, Malay & Patel, Mehul & Bhatt, Chintan. (2016). Internet das Coisas (IoT): In a Way of Smart World. 10.1007/978-981-10-0767-5_37.

Fonte: Rosil, M. e Muts, I. (2022) The Cost of IoT: Ready-to-use vs. Custom IoT Solutions, Euristiq. Disponível em: https://euristiq.com/cost-of-iot/.(Acedido em: 8 de novembro de 2022).

Contexto da Cidade

As cidades inteligentes utilizam as tecnologias da informação para transformar de forma benéfica as operações, o trabalho e a vida dos cidadãos (Harmon et al., 2015). A integração de sistemas inteligentes com produtos e serviços inteligentes baseados na IoT num quadro de cidades inteligentes exige o cumprimento das seguintes condições:

• Sensores: Para os produtos inteligentes baseados na IoT, os sensores são componentes necessários. Estes sensores irão gerar uma enorme quantidade de dados.
• Segurança: Uma rede de cidade inteligente está sujeita a ciberataques. Ao autenticar os utilizadores, os utilizadores autorizados podem aceder de forma segura.
• Tolerância a falhas/segurança contra falhas: Em caso de falha de energia ou de catástrofe, a infraestrutura crítica dos componentes IoT tem de ser tolerante a falhas e à prova de falhas.
• Captação de energia: Os sensores inteligentes da IdC devem ser integrados em processos de recolha de energia para que os dispositivos possam funcionar durante 10, 15 ou 20 anos sem intervenção humana.
• Conectividade: Tanto os sensores lentos como os rápidos são suportados pela rede IoT. Por conseguinte, a conetividade dos dados pode ser conseguida através da visualização da rede e da transmissão em tempo real.
• Capacidade de gestão: A rede IoT deve incluir ferramentas que permitam a gestão remota destes dispositivos, porque um número significativo de dispositivos e sensores inteligentes pode estar geograficamente espalhado por longas distâncias.
• Dispositivos ligados em rede em malha: Os dispositivos IoT devem poder ligar-se uns aos outros sem utilizar um backend, distribuir dados pelos nós finais e falar com outros dispositivos próximos para processamento em grupo.
• APIs abertas para os cidadãos para permitir a criação de serviços: A rede para cidades inteligentes deve permitir o acesso a dados partilhados que são amplamente utilizados e servir de plataforma para a implementação de aplicações inovadoras.
• Backend ou armazenamento em nuvem: Os dados e as estatísticas são guardados, analisados e pós-processados no armazenamento, podendo ser utilizados para fazer escolhas em grande escala ao longo do tempo.
• Comunicação da rede de sensores: Os dispositivos IoT têm de comunicar através de uma variedade de canais.

A implementação bem sucedida da IdC pode conduzir a vários benefícios claros para as cidades, entre os quais a melhoria das infra-estruturas e dos serviços que prestam diariamente aos cidadãos e visitantes, bem como das suas próprias operações internas. Devido à grande e diversa variedade e aplicação da tecnologia IoT, o seu contexto a nível da cidade é frequentemente igualmente vasto.

Fonte: Harmon, Robert & Castro-Leon, Enrique & Bhide, Sandhiprakash. (2015). Cidades inteligentes e a Internet das coisas. 485-494. 10.1109/PICMET.2015.7273174.

Factores de Suporte

A implementação bem sucedida da IoT pode conduzir a vários benefícios claros para as cidades, entre os quais a melhoria das infra-estruturas e dos serviços que prestam diariamente aos cidadãos e visitantes, bem como das suas próprias operações internas. Devido à ampla e diversificada variedade e aplicação da tecnologia IoT, o contexto desta ao nível da cidade é frequentemente igualmente amplo.

No entanto, há uma série de factores que limitam este processo. Entre eles, inclui-se a questão já salientada das múltiplas normas dos dispositivos compatíveis com a IoT. Assim, depende parcialmente das cidades certificarem-se de que exigem uniformidade de normas aos seus fornecedores de tecnologia e de que utilizam plataformas que permitem a operacionalidade entre normas. Esta proactividade das cidades é importante para garantir que todas as tecnologias inovadoras e inteligentes das cidades possam comunicar entre si.

Os factores de apoio à IdC incluem:

• Aliviar as preocupações do público em relação à utilização de tecnologias futuristas, tais como questões de segurança como a pirataria de dados pessoais e preocupações com a privacidade
• Garantir que todos esses dispositivos "falam a mesma língua" para que a IdC possa funcionar como deve e permitir uma verdadeira interconexão
• Evitar a questão das ilhas desconectadas de redes IoT

Iniciativas do Governo

As iniciativas governamentais e as acções a nível da UE que apoiam a implantação das tecnologias IoT incluem:

• Existem planos de estratégia digital à escala da UE, que procuram ativamente promover e desenvolver a cooperação com as principais partes interessadas do sector. Incluem-se aqui as empresas digitais, as organizações não governamentais relevantes e o meio académico (Comissão Europeia, Estratégia Digital 2020). Para além disso, a UE tem uma estratégia para os dados, que assegura que as propostas políticas e as soluções jurídicas para a racionalização das questões relacionadas com os dados possam ser levadas a cabo para além das fronteiras nacionais, no âmbito do mercado único.
• Outra iniciativa fundamental é a área de concentração Digitalização da Indústria Europeia (DEI), em que a UE atribui uma elevada prioridade à interoperabilidade das plataformas, à normalização partilhada e à criação de ecossistemas de inovação para a inovação tecnológica. Em simultâneo, como sinal claro de apoio e reconhecimento da importância do crescimento da Internet das coisas e das tecnologias conexas, a Comissão disponibilizou 400 milhões de euros através do projeto Horizonte 2020 para promover a criação de plataformas e esforços de pilotagem em grande escala.

Mapeamento de Stakeholders

Potencial de Mercado

A procura de produtos da Internet das Coisas (IoT) está a crescer em todo o mundo. Prevê-se a implantação de mais de 41 mil milhões de dispositivos IoT até 2025, de acordo com a International Data Corporation (IDC).

O crescimento do mercado da IoT tem sido particularmente notável no mercado europeu, com uma previsão de crescimento até 2023 de quase 10% ao ano. Além disso, espera-se que, até 2030, cerca de 23% de todos os dispositivos IoT estejam localizados na Europa. A adoção da IoT na Europa é atualmente liderada pela Alemanha, pelo Reino Unido e pelos Países Baixos, enquanto os países da Europa Oriental e os países nórdicos se aproximam de perto (CBI, 2022). Prevê-se que o mercado global da IdC cresça cerca de 60 mil milhões de euros em 2022, atingindo uma dimensão global de cerca de 400 mil milhões de euros. O mercado tem registado um crescimento contínuo e estável nos últimos anos, apesar da turbulência causada pela pandemia do coronavírus e pelo conflito russo na Ucrânia.

Modelos de Funcionamento

Fonte: Burkhalter, M. (2019) Smart city innovation: 3 models for IoT network ownership, Perle. Disponível em: https: //www.perle.com/articles/smart-city-innovation-3-models-for-iot-network-ownership-40186046.shtml (Acedido em: 4 de novembro de 2022).

Requisitos Legais

• As estratégias digitais e de dados da União Europeia ajudam a promover e a monitorizar a regulamentação jurídica da IdC. Isto é especialmente importante se considerarmos as preocupações do público em geral e dos meios de comunicação social, entre outras coisas, com a proteção da privacidade e da segurança dos dados. Esta maior segurança jurídica em torno dos produtos e serviços baseados na IdC facilitará o crescimento da tecnologia e a sua implementação generalizada.
• Além disso, a Comissão Europeia publicou um documento de trabalho dos seus serviços sobre a responsabilidade pelas tecnologias digitais emergentes, que ajuda a clarificar os casos de desafios em matéria de responsabilidade para essas tecnologias digitais.
• Em termos de RGPD, nas situações em que a IoT envolve a partilha de dados pessoais, o Regulamento Geral sobre a Proteção de Dados de 2018 é aplicável. Este é frequentemente o caso dos dispositivos IoT, que dependem da recolha e análise de dados do utilizador para funcionarem eficazmente. Os fornecedores de serviços IoT, ao abrigo da legislação da UE, devem tomar medidas abrangentes para garantir a proteção e a segurança desses dados.
• Para além da lei de 2018, está em curso um debate sobre a aplicação de um regulamento relativo à privacidade e às comunicações electrónicas. Esta lei específica diria respeito a todas as comunicações electrónicas, incluindo o diálogo máquina-a-máquina. Os fornecedores e utilizadores de tecnologia IoT devem estar cientes da probabilidade de esta lei entrar em vigor, para prepararem os seus produtos e redes para o futuro.

Dados e Normas

Está disponível uma vasta gama de tecnologias inovadoras para apoiar a IdC:

• Bluetooth e Bluetooth Low Energy (BLE): O protocolo Bluetooth é seguro, económico, tem um alcance limitado e é eficiente em termos de energia quando comparado com outros protocolos sem fios. Aumenta a conetividade dos dispositivos IoT e ajuda a reduzir o consumo de energia.
• ZigBee: O protocolo ZigBee permite que os objectos inteligentes falem uns com os outros. Um conjunto de requisitos do protocolo ZigBee para controlo remoto e rádios de baixa potência está definido na norma IEEE 802.15.4-2003.
• ZigBee IP: A primeira norma aberta é uma rede sem fios de malha completa baseada em IPv6 e no ZigBee IP. Sem comprometer a potência ou o custo, a tecnologia permite o controlo simples de milhares de dispositivos para oferecer conetividade à Internet sem descontinuidades.
• Rede de área alargada de longo alcance (LoRaWAN): É um protocolo concebido para funcionar com o Media Access Control (MAC) para gerir redes públicas maciças com um único operador. Redistribui dados numa gama de canais de rádio e taxas de transmissão utilizando mensagens codificadas, em oposição à transmissão em banda estreita.
• 6LoWPAN: Entre os protocolos IoT mais importantes estão os protocolos 6LoWPAN. Os sensores e os pequenos dispositivos IoT podem ligar-se entre si de forma segura e protegida com módulos 6LoWPAN sem fios. O IEEE 802.15.4 foi inicialmente concebido para servir de base ao 6LoWPAN, que especifica como as redes sem fios de baixa potência devem funcionar a 2,4 GHz.
• LTE Advanced (LTE-A): A norma de rede Long-Term Evolution (LTE), que representa a mais recente tecnologia de rede 4G, foi desenvolvida em 2008. O LTE-A (avançado) melhora a arquitetura do LTE. Isto implica o aumento da capacidade da rede, a eficiência do espetro, a eficiência energética e a redução dos custos do operador.
• Z-Wave: Na tecnologia sem fios Z-Wave, são utilizadas ondas de rádio de baixa energia. O sistema é largamente utilizado para operar equipamentos domésticos ligados sem fios, incluindo iluminação, segurança, termóstatos, abertura de portas de garagem, etc.
• RPL, RPL Enhancements e CORPL: A IETF (Internet Engineering Task Force) lançou um novo protocolo em 2012 chamado Distance Vetor Routing Protocol for Low Power and Lossy Networks (RPL). Ao usar o RPL, um DODAG (Destination Oriented Directed Acyclic Graph), há apenas uma maneira de ir de qualquer nó folha a qualquer nó raiz. Para melhorar a funcionalidade do protocolo RPL fundamental, foram propostas várias melhorias. O protocolo CORPL baseia-se no DODAG. Ao selecionar vários reencaminhadores de forma oportuna, os nós actualizam-se mutuamente de acordo com a informação actualizada.
• CARP e E-CARP: O Channel Aware Routing System (CARP) é um protocolo de encaminhamento distribuído não normalizado utilizado em redes de sensores subaquáticas sem fios (UWSN). Este método utiliza menos energia e entrega os pacotes num período de tempo razoável.
• Transporte de telemetria de filas de mensagens: O protocolo de mensagens conhecido como Messaging Queue Telemetry Transport (MQTT), que apareceu pela primeira vez em 2003, liga dispositivos incorporados a middleware e aplicações.
• Protocolo de aplicação restrita (CoAP): O grupo CoRE (Constrained Resource Environments) criou a norma IETF conhecida como Constrained Application Protocol. Semelhante ao HTTP, o CoAP tem uma arquitetura de interação cliente-servidor. As soluções CoAP que podem servir tanto como clientes como servidores são normalmente utilizadas na comunicação máquina-a-máquina.

Fonte: Vaigandla, Karthik & Radha, Krishna & Allanki, Sanyasi Rao. (2021). Um estudo sobre tecnologias, normas e protocolos IoT. 10.17697/ibmrd/2021/v10i2/166798.