Como funciona a Internet das Coisas

Muitos de nós sonhamos com casas inteligentes onde nossos eletrodomésticos fazem nossos lances automaticamente. O alarme soa e a cafeteira começa a ser preparada no momento em que você deseja começar o seu dia. As luzes se acendem enquanto você anda pela casa. Algum dispositivo de computação invisível responde aos seus comandos de voz para ler sua programação e mensagens para você enquanto você se prepara, então liga o noticiário da TV. Seu carro leva você para o trabalho pela rota menos congestionada, liberando você para ficar em dia com sua leitura ou se preparar para sua reunião matinal enquanto estiver em trânsito.

Nós lemos e vimos essas coisas na ficção científica por décadas, mas agora elas já são possíveis ou estão prestes a acontecer. E toda essa nova tecnologia está formando a base do que as pessoas estão chamando de Internet das Coisas.

A Internet das Coisas (IoT), também às vezes chamada de Internet de Todas as Coisas (IoE), consiste em todos os dispositivos habilitados para a Web que coletam, enviam e agem sobre os dados que adquirem de seus ambientes circundantes usando sensores, processadores e comunicação incorporados. hardware. Esses dispositivos, geralmente chamados de dispositivos "conectados" ou "inteligentes", às vezes podem se comunicar com outros dispositivos relacionados, um processo chamado máquina a máquina(M2M) e agem de acordo com as informações que recebem uns dos outros. Os humanos podem interagir com os gadgets para configurá-los, dar-lhes instruções ou acessar os dados, mas os dispositivos fazem a maior parte do trabalho por conta própria, sem intervenção humana. Sua existência foi possibilitada por todos os minúsculos componentes móveis que estão disponíveis hoje em dia, bem como pela natureza sempre online de nossas redes domésticas e comerciais.

Os dispositivos conectados também geram grandes quantidades de tráfego na Internet, incluindo cargas de dados que podem ser usadas para tornar os dispositivos úteis, mas também podem ser extraídos para outros fins. Todos esses novos dados e a natureza dos dispositivos acessíveis pela Internet levantam preocupações de privacidade e segurança.

Mas esta tecnologia permite um nível de informação em tempo real que nunca tivemos antes. Podemos monitorar nossas casas e famílias remotamente para mantê-los seguros. As empresas podem melhorar os processos para aumentar a produtividade e reduzir o desperdício de material e o tempo de inatividade imprevisto. Sensores na infraestrutura da cidade podem ajudar a reduzir o congestionamento nas estradas e nos alertar quando a infraestrutura corre o risco de desmoronar. Dispositivos ao ar livre podem monitorar as mudanças nas condições ambientais e nos alertar sobre desastres iminentes.

Esses dispositivos estão surgindo em todos os lugares, e essas habilidades podem ser usadas para aprimorar praticamente qualquer objeto físico.

1. O que é a Internet das Coisas?
2. A tecnologia por trás da IoT
3. Alguns problemas técnicos e soluções
4. Dispositivos da IoT
5. Preocupações de segurança e privacidade
6. Impactos econômicos da IoT

A expressão "Internet das Coisas" foi cunhada por Kevin Ashton, provavelmente em 1999, como título de uma apresentação corporativa que ele fez em seu local de trabalho, a Proctor & Gamble. Durante seu tempo lá, Ashton teve a ideia de colocar uma etiqueta RFID em cada batom e fazer com que eles se comunicassem com um receptor de rádio na prateleira para rastrear vendas e estoque e sinalizar quando era necessário reabastecer. Ele postula que tal coleta de dados pode ser usada para resolver muitos problemas no mundo real [fontes: Ashton , Gabbai , Simmonds ].

Bilhões de dispositivos conectados fazem parte da Internet das Coisas. Eles usam hardware e software integrados para enviar e receber dados por meio de vários protocolos de comunicação. Eles podem usar nossos smartphones como porta de entrada para a Internet, conectar-se a algum outro hardware em nossas casas que esteja atuando como um hub ou conectar-se diretamente por meio de nosso serviço de Internet doméstico. Eles geralmente enviam dados para servidores de computação em nuvem, onde são agregados e analisados. Geralmente, podemos acessar os resultados por meio de aplicativos ou navegadores em nossos dispositivos móveis ou computadores domésticos. Alguns podem até ser configurados para atualizar seu status em várias redes sociais.

Apesar do fato de que a maioria de nós ainda não possui casas inteligentes cheias de gadgets interativos, a IoT já é bastante grande. As estimativas estão em todo lugar, com pesquisadores provavelmente usando critérios diferentes para inclusão, mas, segundo algumas contas, já existem entre 15 e 25 bilhões de dispositivos conectados, com a expectativa de que a contagem cresça para algo entre 50 e 212 bilhões até 2020 [fontes : FTC , Intel , McLellan , OIC ]. Alguns analistas até estimam que haverá cerca de um trilhão de dispositivos conectados até 2025 [fonte: Wasik ].

Por maior que seja esse número, parece menos implausível quando você percebe que pode incorporar ou conectar sensores e pequenos equipamentos de computação a praticamente qualquer coisa. Muitos de nós temos um smartphone, um dispositivo usado como ponto de acesso para muitos gadgets conectados, que também é um dispositivo IoT por direito próprio. Os rastreadores de fitness vestíveis também são bastante comuns. E equipamentos integrados de processamento, detecção e comunicação estão sendo adicionados a praticamente qualquer dispositivo que você possa imaginar, de balanças de banheiro a geladeiras – até sapatos. Termostatos inteligentes, alarmes de fumaça e câmeras de segurança podem rastrear seus hábitos para ajudá-lo a economizar nas contas de energia, permitir que você veja remotamente as imagens da câmera de sua casa, enviar um aviso quando algo não estiver certo e facilitar o contato com serviços de emergência.

Muito mais dispositivos conectados já estão disponíveis ou chegando ao mercado em breve. No momento, é provável que tenhamos um punhado de dispositivos inteligentes com os quais podemos interagir individualmente (geralmente por meio de aplicativos de telefone separados), mas que na maioria das vezes não funcionam em conjunto. No entanto, empresas e grupos do setor estão trabalhando para criar padrões e plataformas para facilitar a programação de todos esses dispositivos para trabalharem juntos de forma mais integrada, bem como para melhorar a segurança. Fora de casa, muitas indústrias e cidades estão adotando, ou já adotaram, tecnologias que também agregam à Internet das Coisas.

Quando houver mais dispositivos que possam funcionar com outros dispositivos, mesmo aqueles de fabricantes diferentes, poderemos automatizar muitas tarefas mundanas. Nós essencialmente demos a objetos físicos comuns tanto poder de computação quanto sentidos. Eles podem fazer leituras do ambiente ao redor (até mesmo de nossos próprios corpos) e usar os dados para alterar suas próprias configurações, sinalizar a outros dispositivos para fazer isso e agregá-los para que possamos examinar. Muitos deles executam ações com base em algoritmos complexos, não apenas as simples instruções se-então da computação incorporada anterior, que ocorrem em seus próprios processadores ou em servidores em nuvem.

Ainda há muita inovação acontecendo, então todos esses gadgets inteligentes são obrigados a permitir coisas que nem estamos considerando agora.

A tecnologia por trás da Internet das Coisas está em construção há muito tempo, mesmo antes de termos computadores. A comunicação máquina a máquina (M2M) já existe há algum tempo, talvez começando com os sistemas telemétricos do início do século 20 que transmitiam leituras codificadas de instrumentos de medição por linhas telefônicas, ondas de rádio ou comunicações por satélite. O primeiro foi usado em 1912 para transmitir dados de uma usina de energia em Chicago para um escritório central por meio de linhas telefônicas. Desde então, a telemetria tem sido usada para monitorar o clima e rastrear a vida selvagem, e é usada até para monitorar os ocupantes e equipamentos na Estação Espacial Internacional (ISS) [fontes: Llewellyn , TechTarget ].

Vivemos na era do computador desde meados do século 20, e estamos na era da Internet desde que a ARPANET foi criada pela Agência de Projetos de Pesquisa Avançada dos EUA em 1969. Não foi até Tim Berners-Lee revelou a World Wide Web em 1991 que muitas pessoas começaram a pular on-line, e agora é mais incomum não estar conectado à Internet. A web cresceu, a Internet de alta velocidade entrou em casa e as redes sem fio tornaram-se onipresentes. E todo esse tempo, microchips e outros equipamentos de computação foram ficando cada vez menores até que finalmente começamos a colocá-los em dispositivos móveis. Nossos smartphones de hoje podem acessar a rede por meio de sinais de celular ou WiFi e conversar com outros dispositivos por meio de Bluetooth e outros métodos de comunicação local. E graças à mesma tecnologia,

O processamento de dados em servidores conectados à web em grandes data centers, o que chamamos de nuvem , também contribuiu muito para que os gadgets do dia a dia se tornassem parte da IoT. Esses dispositivos podem se conectar à Internet enviando dados para seu telefone ou algum outro hardware dedicado em sua casa que atue como um hub em um método de comunicação local, como:

Essa conexão pode ser feita diretamente através de seu roteador ou modem via Wi-Fi ou métodos com fio como Ethernet, cabo ou rede elétrica (sinais enviados diretamente pelas linhas elétricas de sua casa). Também pode ignorar sua rede doméstica inteiramente por meio de comunicação celular. Eles também podem se comunicar com outros dispositivos inteligentes nas proximidades.

Os gadgets conectados da IoT contêm hardware de computação, incluindo processadores com programação embutida informando o que fazer, sensores que reúnem vários tipos de leituras (como temperatura, umidade, luz, movimento, níveis químicos, frequência cardíaca e movimento do corpo) e comunicação hardware que pode enviar e receber sinais.

Alguns sistemas conectados podem usar outros dispositivos próximos para coletar dados, como sistemas de estradas urbanas que sinalizam smartphones para ajudar a monitorar as condições de tráfego. Os dispositivos inteligentes podem trabalhar em conjunto com a tecnologia de marcação, incluindo etiquetas RFID, códigos QR, códigos de barras e similares para obter dados sobre itens. Os dispositivos também precisam de uma fonte de energia, que pode incluir uma conexão a uma tomada elétrica, um painel solar ou até mesmo baterias substituíveis ou recarregáveis, desde que o hardware incorporado seja do tipo de baixo consumo. As empresas também estão trabalhando em energia sem fio para uma possível futura fonte de energia.

Os dispositivos podem ser executados principalmente por meio de seu próprio software ou firmware incorporado, mas também podem transferir grande parte do processamento para software baseado em nuvem pela Internet, onde podem processar mais dados. Alguns usam algoritmos avançados que os permitem aprender e se ajustar a vários estímulos e padrões (deixando-os se programar, até certo ponto). Esse envio e processamento dos dados do sensor geralmente é quase instantâneo (graças às velocidades geralmente rápidas da comunicação pela Internet), permitindo que os dispositivos reajam em tempo real.

No momento, muitos dispositivos conectados podem se comunicar com a Internet e com nossos telefones, e talvez até alguns produtos relacionados, mas a maioria deles não pode se comunicar entre si por causa de hardware e software proprietários com diferentes padrões, idiomas e comunicação protocolos. Para a maioria dos atuais itens domésticos inteligentes controlados remotamente, você precisará usar um aplicativo ou site diferente para interagir com o dispositivo ou examinar os dados, a menos que eles tenham sido projetados especificamente pelo fabricante para funcionarem juntos. Em outras palavras, o despertador falando com a cafeteira ainda não é facilmente alcançável, a menos que você seja um entusiasta da eletrônica ou a mesma empresa faça versões inteligentes deles.

Não existem padrões ou plataformas universais para permitir a interação perfeita entre todos os dispositivos inteligentes e permitir que você os controle a partir de um aplicativo central, mas vários grupos estão trabalhando na criação de protocolos e software padrão para tornar a interoperabilidade de vários dispositivos de diferentes fabricantes uma realidade . A AllSeen Alliance, criada pela Qualcomm e acompanhada por outras empresas, está trabalhando em uma estrutura de software de código aberto e independente de plataforma chamada AllJoyn. Cisco, Samsung, Intel e outros também estão trabalhando em sua própria plataforma de código aberto chamada IoTivity. O Thread Group, liderado pela Nest, ARM e Samsung, mas composto por mais de 160 membros, incluindo a Qualcomm, lançou as especificações e a documentação de seu protocolo baseado em IP para dispositivos conectados de baixa potência em julho de 2015.

There are a number of other smart device platforms out or coming out, including Apple's HomeKit, Google's Project Brillo, SmartThings, Ninja Blocks, Evrythng, Samsung Artik and Wink. Some of these are hardware hubs and software, and others are just software applications or platforms (either to be set up by a user or implemented by the manufacturers themselves). Some require licensing, and others are open-source. For the most part, they are compatible with multiple types and brands of devices, but none are all encompassing. Having a variety of equipment accessible from a central point of entry would add ease, convenience and security to automating your smart home.

Another major issue for the Internet of Things is a conundrum for the Internet itself, too. The standard identifier used to route Internet traffic to and from networked devices is the IP (Internet protocol) address . In its first and still-prevalent form (the IPv4 32-bit standard created in 1981), an IP address consists of four numbers separated by periods, each between zero and 255 (that's 256 possibilities for each of the four slots). Because of those limitations, the maximum number of available addresses on this standard is capped at around 4.295 billion. The Wall Street Journal reported that the U.S. will run out of IPv4 addresses in 2015, and that some other countries already have, making companies scramble to buy up unused addresses from others or move to the new IPv6 system [source: McMillan].

IPv6, a 128-bit standard, could allow for more than 340 undecillion addresses (that's 340 followed by 36 zeros). Its format consists of eight sets of four-character hexadecimal values separated by colons. In the cases of IPv4 and IPv6, fewer addresses than the maximum number are publicly available because of related rules and set-aside blocks, but in the latter case, the available number will still far exceed the number of devices that will be available in the years to come (or maybe ever). This means each device could be assigned a unique IP address. Organizations need to put money and effort into making their hardware, software and networks compatible with the new IP addresses, although lots of newer equipment, operating systems and browsers can already handle IPv6 [sources: Fiveash, Hardiman, McMillan].

An interim solution that a lot of entities already use is network address translation (NAT). NAT allows you to map whole networks of devices to a single IP address, which allows the Internet to see the network as its destination device. Then the network servers differentiate between the devices within that network to get data to and from the right places. This scheme is better for computing equipment within organizations than for gadgets in peoples' homes, however.

The devices that contribute to the Internet of Things span personal, household, public, business and industrial spaces, and any area that's not affected by them now likely will be in the future. The smart gadgets that many of us see and interact with daily are our Internet-connected smartphones, which have sensors including accelerometers , gyroscopes, GPS and sometimes heart-rate monitors, but those are just the tip of the iceberg.

In the personal-item sphere, we have wearable devices like fitness trackers and heart monitors that use our phones to send and receive data. Smartwatches, like Apple Watch and Pebble, perform those tasks and many more in conjunction with our phones. Sensors and microprocessors on clothing aren't far behind (and are possible to create now with sewable boards and sensors from Arduino and other companies). Even pets can be added to the list of "things" we can add sensors to for tracking purposes. We also already have cameras that send pictures to the Internet, scales that can share our weight on social media, toothbrushes that monitor our brushing habits and gaming systems that listen for verbal commands.

A lot of household appliances, including thermostats, water heaters, security cameras and lights, can gather data, be accessed remotely and communicate via the Internet when there's a problem. Some even learn your patterns over time to change their settings or alert you when something suspicious happens. Connected garage doors and digital door locks can let you into your home with data from your phone instead of a traditional key. WiFi-enabled stoves and ovens can be monitored or turned off or on remotely. One theoretical appliance that people bring up a lot is a refrigerator that can track its contents and let you know what you're out of or what you could make for dinner with your current ingredients. Be assured, someone is working on it.

We're in the early stages of smart cities, where entire metros are being covered in sensors and other tech. Devices that can take sensor readings and transmit them are ideal for things like utility usage monitoring; in most areas this still requires workers taking meter readings from individual houses. Smart devices could enable monitoring for hazardous road conditions, pollution levels, and water and energy consumption. Roads will (and in some cases do) have sensors to detect potential headaches like traffic and road conditions. Smart cars or smartphones in the vicinity can be alerted to traffic delays. Other potential uses include adjusting traffic lights to suit real-time conditions, monitoring garbage cans to know when they need pickup and providing information on available parking. Scientists are working on tiny sensors to place in cement and other materials so the physical condition of the infrastructure itself can be detected before structural issues lead to disasters such as bridge collapses.

Cars are getting smarter, too. GPS in cars has been a thing for years, and we've had attachable toll tags that pay automatically as we pass through toll stations, but we're starting to add more sensors and computing functions to automobiles. Smartcars can act as entertainment and information hubs, provide WiFi to other devices and track driving metrics (including speed and fuel efficiency). And one day soon, we'll likely have self-driving cars that allow hands- and eyes-free driving, all the while monitoring the road and nearby vehicles to prevent accidents. Already there are cars and services that allow you to start or locate your car and unlock doors remotely, as well as contact emergency services and roadside assistance.

There are already a lot of connected devices in use in the healthcare industry, and many more are in the works. Doctors and other caregivers will be able to monitor patients' vital signs, activity and other important metrics remotely, saving lives and perhaps allowing elderly people to live independently longer. Embedded sensors in hospital beds and garments can also gather important data about patients, and researchers are working on things like carpets that can detect falls and tiny computing equipment that can be injected into the human body.

There are even more smart devices in manufacturing and other businesses where unmanned monitoring can save a lot of time and money. GE experimented with various sensors in the ceramic mixing process for battery manufacturing. The researchers analyzed the data to determine what they needed to monitor to know when the ceramic mix was just right, which has allowed them to get predictably even consistency and greatly reduced defect rates [source: Wasik]. The status and condition of products can be monitored from initial materials all the way to the end of production. Similar monitoring can apply to just about any business. In retail, inventory can be tracked and alerts can be sent when items need restocking. In agriculture, soil and crops can be monitored for irrigation and other needs, and livestock can be tagged and located. In office buildings, environmental controls can be automated to reduce energy waste and cut costs. The possibilities are endless.

A lot of us perform monetary transactions and place loads of information about ourselves online, so we're probably aware that there's data about us floating around in the cloud. But now our inanimate objects are starting to generate and transmit even more information about our daily lives, raising both privacy and security concerns.

Already the analysis of big data is used to target us with appropriate ads, and connected devices like our phones enable the ads to follow us around, alerting us to deals as we're nearing a particular store, for instance. Data is also used to discover things about us, like our purchasing and traveling patterns, our income levels and our health status.

The retail chain Target once angered the dad of a teenager for targeting baby related ads at his daughter. He confronted a store manager, asking whether they were trying to encourage her to get pregnant, only to later discover that she already was. Target had used data analysis to target ads at people they could tell were likely pregnant because of their purchases [source: Hill]. Such data can also be used for things like detecting and stopping fraudulent use of credit cards and bank accounts. But most good things can also be used for ill, and data analysis might enable hard-to-detect biases in awarding credit, jobs, housing and other needs. The amount of surveillance made possible by systems that can recognize faces or identify us by our phones, cars or other smart technology is also a tad frightening.

There's also the danger of connected devices being hacked. That familiar sci-fi plot of our machines gaining sentience and turning against us is unlikely to play out in the near future, but outside entities are another matter. Our machines are gathering and transmitting a great deal of information about us, such as video from inside our homes, our location and activities, health measurements and the like, and ill-intentioned people can potentially break in and steal data, spy on us or wreak havoc on our systems. Imagine people being able to see into your home, turn your stove on all day while you're at work, or shut down or divert your smartcar while you're in it. There have even been some really creepy cases of people using a software vulnerability to hack into web-enabled baby monitors to shout obscenities at small children [source: Hill].

Security flaws have been found in smart devices like security cameras , light bulbs and health monitors. Some security breaches might be minor annoyances, but others could be unsettling or downright dangerous. If personally identifying information is involved, security gaps could lead to identity theft or other financial loss. Security issues can also be costly to manufacturers if they get sued or fined over breaches, or if customers lose faith in the brand.

Heavily testing devices' security, frequently updating firmware and software, and using lots of data encryption will be paramount. Adopting industry standards across manufacturers and devices could also help reduce security issues. Industry businesses can shore up their own internal IT security and put safeguards on who has access to collected data. They can also give consumers options on how much data is collected and kept, and how it's allowed to be used. Some experts also suggest limiting the amount of collected data to only what's necessary to run the devices, deleting old data frequently, programming gadgets to automatically update software, and even programming them to eventually die, especially when they are no longer supported and are likely to get more vulnerable.

There are lots of ways the devices of the Internet of Things may affect the economy. Connected mobile devices have already caused some disruption by allowing small businesses and individuals to easily take payments without expensive registers or credit card processing equipment; rather, all they need is an app on a typical tablet or smartphone, a simple card reader and an Internet connection. Services from companies such Square and Paypal process these payments, taking a small cut of each transaction. The IoT is also poised to disrupt other industries, such as insurance, where the ability to have sensors on just about anything can mean early detection of all kinds of risks and dangers, and could allow them to reward customers for adopting these devices, or penalize them for what they consider risky behavior (like speeding).

The IoT will further automate processes and increase efficiency, which will affect companies' bottom lines. With embedded technology that can communicate conditions immediately, there can be great reductions in waste of perishable goods, materials lost to manufacturing issues, time lost to unexpected machine or system breakdowns, and energy consumption, resulting in cost savings. The increased access to data that can be gathered in real time can also lead to better and more timely business decisions. Companies have been known to monetize data, and now they'll have even more.

These new disruptions, efficiencies and automated systems could potentially reduce jobs, such as the manual labor required to take and stock inventory, monitor manufacturing processes, read utility meters and the like. All industries will be affected as more devices become connected. But although automating tasks has caused job losses in manufacturing in the past, often when automation takes over a mundane task, the skills required for a job just shift to more complex tasks. And sometimes jobs even increase because of product demand. Despite the ubiquity of ATMs, which first came online in the mid-1970s and do a lot of tasks formerly performed by bank tellers, the Bureau of Labor Statics discovered that there was an increase in teller jobs from 1999 to 2009. This is in part because banks opened more branches to reach more customers once lower staffing requirements made each one cheaper to operate [source: Bessen].

The IoT should greatly increase other types of jobs, especially those related to the gadgets themselves and the data they gather. This includes sales and maintenance of the related hardware, development of devices and analytics software, and data analysis (although some are working on programs to do a lot of the analytical heavy lifting). More IT staff and customer service representatives might be needed for monitoring services connected to a lot of these devices. The data centers necessary for cloud computing may also have to expand or increase in number. Cisco estimates that the data created annually by IOT devices will rise from 113.4 zettabytes (ZB) in 2013 to 403 ZB in 2018 [sources: Cisco, McLellan].

Machina Research reported in April 2015 that the value of the Internet of Things was around $900 billion in 2014, and they predicted it will rise to $4.3 trillion by 2024, an amount greater than the economies of many countries. Some other analysts put the potential value at $6.2 trillion by 2025 [source: Intel]. Getting on board with the Internet of Things may take large IT investments from companies and require changes to business processes, new equipment, and lots more Internet bandwidth, storage capability and staff to deal with the new technology. But hopefully the return on investment will be just as great, if not greater.

Custos à parte, cidades inteligentes, edifícios e casas habilitados pela Internet das Coisas também podem ajudar bastante a reduzir resíduos, poluentes e emissões de gases do efeito estufa, tornando nossa vida moderna mais sustentável a longo prazo. Os dispositivos da IoT também podem nos fornecer muitas conveniências que economizam nossos esforços para tarefas mais gratificantes profissionalmente e pessoalmente. Ou mais tempo de soneca. Quem não está a bordo com isso?

Nota do autor: Como funciona a Internet das Coisas

A pesquisa deste artigo foi esclarecedora em termos de todas as coisas que podemos fazer por causa da Internet das Coisas – não no futuro, mas agora! Sendo um viciado em gadgets, já conheço alguns deles. Ainda hoje comecei a usar meu rastreador de fitness para controlar a música no meu telefone, que transmito para um alto-falante externo Bluetooth próximo. Não é muito mais fácil do que pegar meu telefone, abrir minha música e folhear as músicas. Mas pode ser uma dádiva de Deus enquanto estiver na esteira. Ou seja, quando não estou assistindo a programas lançados do meu telefone para o Chromecast conectado à minha pequena TV voltada para esteira.

Há uma série de itens domésticos que os especialistas em tecnologia ou carregados de dinheiro já estão usando para automatizar suas vidas. Você pode comprar ecossistemas existentes de dispositivos que funcionam juntos ou comprar sensores e pequenos dispositivos de computação e fazer alguns dos seus próprios. Se há uma coisa que eu sempre posso usar, é mais tempo para escrever, trabalhar ou se divertir. Todas essas máquinas inteligentes e tagarelas podem ajudar a conseguir isso.

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