BIG DATA - AULA - 04

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Big Data
Internet das Coisas e Big Data
Responsável pelo Conteúdo:
Prof. Dr. Alberto Messias
Revisão Textual:
Prof. Ms. Luciano Vieira Francisco
Nesta unidade, trabalharemos os seguintes tópicos:
• Introdução ao Tema 
• Orientações para Leitura Obrigatória
• Material Complementar Fonte: iStock/Getty Im
ages
Objetivos
• Compreender a relação entre a internet das coisas e Big Data, bem como o que é internet 
das coisas, o que são coisas e como será com IoT.
• Exemplificar aplicações para IoT e Big Data.
• Ilustrar uma arquitetura de IoT com processamento de dados com Big Data.
Caro Aluno(a)!
Nesta Unidade abordaremos as definições iniciais sobre a tecnologia de internet das coisas, 
estabeleceremos a relação desta com Big Data, bem como veremos que a tecnologia de 
Big Data é habilitadora para IoT e que este novo paradigma de comunicação máquina 
a máquina provará grande volume de dados em um processo que será altamente 
dependente do processamento em Big Data.
É importante que você leia atentamnte as propostas elencadas no conteúdo, que assista 
às videoaulas, que interaja com o seu tutor e outros alunos em nossa Disciplina e que 
explore todo o potencial do nosso ambiente virtual de aprendizagem e dos conteúdos à 
sua disposição.
Acesse o item Material didático para encontrar o conteúdo, as atividades e videoaulas 
presentes nesta Unidade.
Bons Estudos!
Internet das Coisas e Big Data
UNIDADE 
Internet das Coisas e Big Data
Introdução ao Tema
Conceitos Iniciais Sobre Internet das Coisas
Weiser (1999) menciona que as tecnologias mais profundas são aquelas que 
desaparecem. Lyytinen e Yoo (2002) discutem que o próximo passo da computação 
é tornar o computador embutido nas ações naturais e interações humanas. A 
essência da computação pervasiva reside na criação de ambientes saturados de 
computação e capacidade de comunicação que se integrem com a vida humana 
(SATYANARAYANAN, 2001).
Em abordagens preliminares, observa-se que deverão existir centenas de disposi-
tivos por pessoa, por ambientes, de todas as escalas, conectados às redes sem fio, 
tornando a computação onipresente; além da evolução das interfaces com os seres 
humanos, devendo ser mais transparentes e simples (WEISER, 1999).
Tal Revolução não influenciará somente a quantidade de informações, mas também 
a sua qualidade. Inúmeros e pequenos processadores embutidos em diversos objetos 
estarão integrados no dia a dia. Weiser (1999) diz que a tecnologia é somente um 
meio para o propósito, ou seja, é uma ferramenta. Nesse momento, definia-se o 
termo computação ubíqua, em uma forma mais acadêmica e idealista. Já a expressão 
computação pervasiva apareceu como uma tecnologia para o processamento 
onipresente e foi definida pela indústria (MATTERN; ZURICH, 2005), embora esses 
termos podem ser encarados como sinônimos.
IoT é definida como uma infraestrutura de rede global, interconectando física e 
virtualmente objetos, com o objetivo de explorar dados capturados e suas capacidades 
de comunicação. Tal infraestrutura inclui e envolve a internet e as redes de comunicação, 
necessitando de identificação única de objetos, sensores e capacidade de conexão, 
características que são bases para o desenvolvimento independente de serviços e 
aplicações. É caracterizada pelo alto grau de captura autônoma de dados, transferência 
de eventos de rede, conectividade e interoperabilidade (CASAGRAS, 2009).
A Figura 1 ilustra a interação existente em qualquer implementação para IoT, 
incluindo a interação entre as redes de comunicação, os mundos físico e virtual – este 
representado pela internet (CASAGRAS, 2009):
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MUNDO
FÍSICO
REDES E
APLICAÇÕES
INTERNET
Figura 1 – Interação entre as redes de comunicação, os mundos físico e virtual
Fonte: adaptada de Casagras (2009)
O que são coisas no contexto de IoT?
A aplicação do termo coisas inclui substâncias e produtos que são bases da 
sobrevivência humana e que existem em grandes quantidades e de diferentes tipos. 
Vai de encontro à definição de computação pervasiva – já aqui formulada.
Ecossistema de IoT proposto pelo Itu-T
De acordo com ITU-T (2005), o ecossistema de IoT é composto por uma variedade 
de atores de negócio. Cada um desses atores possui um papel – os papéis são ilustrados 
na Figura 2:
Plataform Provider
Network Provider
Aplication Customer
Aplication Provider
Device Provider
Figura 2 – Modelo de ecossistema para IoT proposto por ITU-T (2005)
Fonte: ITU-T (2005)
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A Figura 2 ilustra os papéis de negócios presentes no ecossistema de IoT e o 
relacionamento entre os quais.
Ademais, segue uma pequena descrição de cada um dos papéis:
 · Device provider – o provedor de dispositivo é responsável por fornecer os 
dados brutos e/ou o conteúdo para os provedores de rede e de aplicação, de 
acordo com a lógica de negócio;
 · Network provider – o provedor de rede possui o papel central no ecossistema 
de IoT, apresentando as seguintes funções principais:
• Acesso e integração de recursos providos por outros provedores;
• Suporte e controle das capacidades de infraestrutura de IoT;
• Oferecer capacidades de IoT, incluindo as de rede e exposição de recursos 
para outros provedores.
 · Platform provider – o provedor de plataforma provê capacidades de 
integração e interfaces abertas. Diferentes plataformas podem prover distintas 
capacidades para provedores de aplicação. Capacidades de plataforma 
incluem tipicamente as de integração como, por exemplo, armazenamento 
de dados, processamento de dados ou gerenciamento de dispositivos e 
suporte para diferentes tipos de aplicações de IoT;
 · Application provider – o provedor de aplicação provê e utiliza capacidades ou 
recursos fornecidos por provedores de rede, de dispositivos e de plataformas, 
de modo a prover aplicações de IoT para aplicações clientes;
 · Application customer – a aplicação cliente é o usuário das aplicações de IoT 
fornecidas pelos provedores de aplicação; neste caso, uma aplicação cliente 
pode representar múltiplas aplicações de usuário.
Conhecer esses serviços principais serão importantes para se fazer uma conexão 
com a tecnologia de Big Data, ou mesmo de como se desenvolver ou compreender 
uma plataforma para IoT.
Quais são os tipos de dispositivos para IoT
IoT se refere à próxima geração de internet (BAHGA; MADISETTI, 2014), que 
possuirá trilhões de nós, os quais representados por pequenos dispositivos ubíquos ou 
embutidos nos diversos ambientes, dotados de sensores, interconectados a servidores 
web, supercomputadores ou clusters. Tecnologias como as redes de sensores, a 
identificação única de objetos, a comunicação móvel, a localização em tempo real, 
a computação ubíqua e o protocolo IPv6 integram essa nova infraestrutura de 
computação e comunicação.
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Figura 3 – Modelo inclusivo para IoT
Fonte: adaptada de Souza (2015)
A Figura 3 representa o processo de captura e processamento de dados em IoT, 
que ocorre da seguinte maneira: os dados gerados pelos objetos físicos são lidos pelo 
dispositivo interrogador, designado também como gateway. Esses dados são enviados 
ao sistema de gerenciamento de informação, a partir do qual, usando a internet ou 
outras tecnologias de rede, são obtidos outros dados associados aos objetos ou aos 
próprios dados iniciais. O resultado do processamento por uma aplicação ou serviço é 
uma atuação no ambiente em que estão presentes os objetos e/ou uma atuação sobre 
os quais.
Conforme se observa em Souza (2015), são propostas três classes de dispositivos 
para IoT:
1. Objetos puramente passivos com identificação e dados fixos – são objetos 
presentes na physical interface zone, na parte superior da Figura 2;
2. Objetos dotados de moderado poder computacional e percepção de contexto 
que, por meio de sensores, podem gerar mensagens e variar a informação 
associada aos quais e de acordo com o tempo e lugar, elementos representados 
pelos objetos presentesna physical interface zone, mais ao centro da Figura 2;
3. Objetos que possuem conectividade em rede, sem a intervenção humana, 
possibilitando a emergência de inteligência nos sistemas de rede, os quais 
representados pelos objetos presentes na physical interface zone, na parte 
inferior da Figura 2.
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O modelo ilustrado pela Figura 3 pode ser exemplificado por meio de um processo 
baseado em IoT (HUANG; LI, 2010). No dado processo, um objeto do mundo real 
possui uma informação, por exemplo, dentro de uma tarja eletrônica. A informação 
é resgatada por meio de um interrogador, que pode estar conectado a uma aplicação 
ou serviço no qual usuários ou aplicações, que estão no mundo real, poderão ler ou 
compartilhar a informação do objeto em tempo real. Por fim, tal aplicação pode atuar 
no ambiente, por meio dos atuadores presentes em objetos (SOUZA, 2015).
Cabe ressaltar que a tarja eletrônica pode ser substituída por outras tecnologias de 
identificação única, ou seja, não se restringe à tecnologia de RFID.
Como Será e Como Desenvolver Aplicações para IoT
Segue um exemplo de como será a transmissão de dados com IoT, esta que envolve 
grande quantidade de nós, de modo que sua utilização produzirá enorme volume 
de dados.
Como exemplo, considere um processo de cadeia de suprimentos em um hiper-
mercado, onde necessitamos de alguns dados, tais como a identificação dos objetos, a 
informação de localização e o tempo em que cada objeto esteve à venda. Criando uma 
estrutura de dados simples, a fim de armazenar ou enviar esses dados, serão necessá-
rios 18 bytes de dados de um único objeto.
Caso esse hipermercado possua em torno de 700.000 produtos, para esses dados 
serão gerados 12,6 gigabytes (GB), caso a frequência de leitura dos dados seja a cada 
segundo. Ademais, serão gerados 544 terabytes (TB) a cada doze horas, um volume 
expressivo para a infraestrutura de rede local.
As informações geradas pelos diferentes dispositivos deverão ser processadas 
ou guardadas para posterior processamento. Observe que serão necessários novos 
mecanismos eficientes e políticas inerentes à própria infraestrutura de rede para o 
gerenciamento, armazenamento e processamento desses dados.
O modelo de redes para tráfego de dados e informação deverá se caracterizar como 
tráfego de dados fim a fim, porém, possuirá vários atores, tais como nós de origem 
de dados, coletores de dados e pontos intermediários de processamento. Os fluxos de 
dados poderão ser alterados nos nós finais ou intermediários ao longo do caminho. 
Trata-se notadamente de comunicação máquina a máquina.
De acordo com a literatura, observa-se que para suportar e dar escala às aplicações 
de IoT, torna-se importante haver uma camada de middleware. Nesse sentido, segue 
um exemplo:
Caso o dado de um único sensor de temperatura, com baixo poder computacional, 
seja importante em uma aplicação para dispositivos móveis e esta esteja instalada em 
dez mil dispositivos, se a frequência de leitura desse dado se der a cada segundo, o 
sensor específico não conseguirá atender às requisições, de modo que será necessária 
uma camada de middleware que possa dar escala à aplicação e responder a todas as 
requisições. A Figura 4 ilustra a arquitetura proposta:
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Aplicação e interface com usuário
Middleware para IoT (com diversos serviços)
Camada de sensores ou atuadores
Figura 4 – Arquitetura ilustrativa para o desenvolvimento 
de aplicações e serviços baseados em IoT
Fonte: elaborada pelo professor conteudista
Na Figura 4 se vê uma camada inferior que representa a camada física com 
sensores ou atuadores, que deve implementar ou ter um gateway de IoT que possa 
fazer a interface com o middleware. Na camada central se encontra o middleware 
que provê alguns serviços do modelo e, na camada superior, a aplicação que também 
deve implementar a comunicação com o middleware para receber os dados ou enviar 
comandos para o middleware. 
Como exemplos de middleware específico para IoT temos o LinkSmart Middleware 
(SARNOVSKY et al., 2008) e a plataforma UbiDots (2017), ambos disponíveis 
na web para utilização. Destaca-se ainda o uso dos middlewares ou plataformas 
para integração de dispositivos na internet dos grandes provedores de serviços de 
computação em nuvem como, por exemplo:
IBM Bluemix para IoT – https://goo.gl/MzqDur
Amazon AWS para IoT – https://goo.gl/OTSnyp entre outras alternativas.
Como aplicações para IoT, são sugeridas diversas áreas, tais como:
Casas inteligentes; Compras automatizadas;
Vida assistida; Logística inteligente;
Aplicações médicas; Monitoramento de vida animal;
Indústrias inteligentes; Cenários para estimação, alertas e recuperação de desastres naturais;
Segurança e controle de acesso; Uso de energia elétrica, água e/ou gás;
Carros inteligentes; Ambientes inteligentes com monitoramento e controle de gasto de energia;
Tráfego inteligente; Sistemas de entretenimento inteligente;
Cidades inteligentes; Sistemas para agricultura inteligente.
Note que essas áreas são as mais diretas ao se pensar em aplicações para IoT; 
contudo, não se restringem em si.
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Arquitetura de IoT e Big Data
Como seria uma arquitetura que suportasse tal integração?
Note que a integração entre as diversas camadas do modelo de IoT deverão ser 
altamente integradas às plataformas de IoT, computação em nuvem, Big Data e 
algoritmos ou plataformas para reconhecimento de padrões.
Segue a Figura 5, que ilustra uma arquitetura de exemplo que integra o middleware 
para IoT LinkSmart, algoritmos de reconhecimento de padrões nas camadas do 
modelo de IoT, computação em nuvem e processamento em Big Data.
Figura 5 – Arquitetura para IoT com o middleware e a integração com processamento em Big Data.
Fonte: Souza (2015)
O aspecto mais importante dessa implementação é o novo módulo para reconheci-
mento de padrões, inserido no LinkSmart Middleware. Essa implementação segue a 
arquitetura e possui as seguintes camadas:
 · Physical layer ou camada física – esta camada de recursos físicos ou resource 
layer é representada por sensores e dispositivos inteligentes, neste caso, que 
possuam ou não poder computacional;
 · Middleware layer ou camada de middleware – esta camada é representada 
pelo LinkSmart Middleware, com a inclusão dos serviços de reconhecimen-
to de padrões e a gestão de configuração dos algoritmos de reconhecimen-
to de padrões, seja nessa própria camada ou na camada física ou ainda 
de dispositivos;
 · Application layer ou camada de aplicação – esta camada representa as 
aplicações clientes, as quais recebem sempre as notificações de atualização de 
dados ou suas ações de configuração para as camadas inferiores ao modelo.
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No Material complementar será adicionada a referência que descreve por completo 
a arquitetura proposta.
Essa arquitetura pode ser implementada usando middleware de IoT e a plataforma 
de processamento em Big Data Hadoop (WHITE, 2015) e Mahout (GIACOMELLI, 
2013), amplamente presente nas principais plataformas de computação em nuvem 
das grandes empresas.
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Orientações para Leitura Obrigatória
Seguem indicações de leituras relacionadas aos assuntos tratados nesta Unidade:
Leia os itens 1.1, 1.1.1 e 1.1.2 do RedBook da IBM, disponível em: https://goo.gl/E5q0zC, 
quanto às definições sobre internet das coisas.
Leia o artigo intitulado Sistemas cyber-físicos e cidades inteligentes, disponível em: 
https://goo.gl/0IK3KI.
E leia o estudo de caso que possui interface entre plataformas de computação em 
nuvem e middleware de IoT, intitulado Estudo de caso da AWS: Zazcar, disponível em: 
https://goo.gl/9uzM0T.
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Material Complementar
Indicações para saber mais sobre os assuntos abordados nesta Unidade:
 Sites
Tutorial da IBM para a criação de aplicações iniciais usando a plataforma BlueMix e IoT
https://goo.gl/TVlY8V
 Livros
Livro sobre programação e arduino,que possui um capítulo de conexão de rede com 
o controlador
https://goo.gl/kGXL4P
 Leitura
Amazon AWS
Artigo da Amazon AWS que ilustra as características e serviços existentes na plataforma.
https://goo.gl/orSMqN
Uma nova arquitetura para Internet das Coisas com análise e reconhecimento de padrões e 
processamento com Big Data
Tese de Doutorado que descreve por completo a pesquisa quanto à introdução de 
algoritmos de reconhecimento de padrões e processamento em Big Data na arquitetura 
de IoT.
https://goo.gl/QZMjZO
Estação de medição de temperatura Open-Source com Arduino e IoT - Comunicação
Artigo que mostra como criar uma estação de medição de temperatura com arduino.
https://goo.gl/SPLfU0
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Referências
BAHGA, A.; MADISETTI, V. Internet of things: a hands-on approach. [S.l.]: Vijay 
Madisetti, 2014. 
CASAGRAS, E. F. P. Casagras final report: RFID and the inclusive model for the 
internet of things. [S.l.: s.n.], 2009.
GIACOMELLI, P. Apache mahout cookbook. [S.l.]: Packt, 2013.
HUANG, Y.; LI, G. Descriptive models for internet of things. In: INTERNATIONAL 
CONFERENCE ON INTELLIGENT CONTROL AND INFORMATION PROCESSING, 
aug. 2010.
ITU. ITU – Internet of Things 2005: executive summary. 2005. Disponível em: 
<https://www.itu.int/osg/spu/publications/internetofthings/InternetofThings_
summary.pdf>. Acesso em: 20 abr. 2017.
LYYTINEN, K.; YOO, Y. Issues and challenges in ubiquitous computing. 
Communications of the ACM, v. 45, n. 12, p. 63-65, 2002.
MATTERN, F.; ZURICH, E. Ubiquitous computing: scenarios for an informatized 
world, communication and the media economy of the future. Springer-Verlag, p. 
145-163, 2005.
SARNOVSKY, M. et al. First demonstrator of hydra middleware architecture for 
building automation. Hydra Project, jun. 2008.
SATYANARAYANAN, M. Pervasive computing: vision and challenges. IEEE Personal 
Communications, 2001.
SOUZA, A. M. da C. Uma nova arquitetura para internet das coisas com análise e 
reconhecimento de padrões e processamento com Big Data. 2015. Tese (Doutorado 
em Sistemas Eletrônicos) - Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, São Paulo, 
2015. Disponível em: <http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3142/tde-
20062016-105809>. Acesso em: 5 mar. 2017.
UBIDOTS, C. UbiDots about. 2017. Disponível em: <https://ubidots.com/about>. 
Acesso em: 8 abr. 2017.
WEISER, M. The computer for the 21st century. Sigmobile Mob. Comput. Commun. 
Rev., New York, v. 3, n. 3, p. 3-11, jul. 1999.
WHITE, T. Hadoop: the definitive guide. 4th ed. [S.l.]: O’Reilly Media, 2015. 
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