Este documento descreve os principais protocolos de rede utilizados na Internet das Coisas, incluindo protocolos de enlace, roteamento, encapsulamento e sessão. Além disso, aborda os desafios do universo IoT, como mobilidade, confiabilidade, escalabilidade, gerenciamento, disponibilidade, interoperabilidade e segurança/privacidade.

1. Protocolos de rede para
Internet das coisas
Nathalia Sautchuk Patrício

2. Roadmap
• Introdução
• Ecossistema do universo IoT
• Protocolos da camada de enlace para IoT
• Protocolos da camada de roteamento para IoT
• Protocolos da camada de encapsulamento para IoT
• Protocolos da camada de sessão para IoT
• Protocolos de gerenciamento para IoT
• Desafios no universo IoT

3. Introdução
Camada Física
Camada de Enlace
Camada de Rede
Camada de Transporte
Camada de Sessão
Camada de Apresentação
Camada de Aplicação
Camada Física
Camada de Enlace
Camada de Rede
Camada de Transporte
Camada de Sessão
Camada de Apresentação
Camada de Aplicação
Camada Física
Camada de Enlace
Camada de Rede
Camada de Transporte
Camada de Aplicação
Camada Física
Camada de Rede
Camada de Transporte
Camada de Aplicação
Modelo OSI Modelo TCP/IP

4. Introdução
• Internet das Coisas: Conexão de diversos
dispositivos na rede mundial

5. Ecossistema no universo IoT
Serviços
Apps e SW
Analytics
Integração
Interconexão
Aquisição
Mercado
Energia, Entretenimento, Saúde, Educação, Transporte...
SDN, SOA, Colaboração, Apps, Cloud
Machine Learning, GIS, ...
Sensor data, Economia, População, GIS...
DECT/ULE, WiFi, Bluetooth, ZigBee, NFC...
Sensores, Câmeras, GPS, Medidores, ...
Smart Grid, Connected Home, Smart Cities...
Segurança
Gerenciamento
TIC

6. Ecossistema no universo IoT
Sessão
Rede
Encapsulamento
Roteamento
Enlace
MQTT, SMQTT, DDS,
AMQP, XMPP, CoAp
6LowPan, 6TiSCH, 6Lo,
Thread...
RPL, CORPL, CARP...
WiFi, Bluetooth Low Energy
Z-Wave, ZigBee Smart,
DECT/ULE, 3g/LTE, NFC,
Weightless, HomePlug GP,
802.11ah, 802.15.4e,
G.9959, Wireless Hart,
DASH 7, LTE-A, LoRaWan..
Segurança Gerenciamento
TCG,
Oath2.0,
SMACK,
SASL,
ISASecure,
Ace,
DTLS,
Dice,...
IEEE 1905,
IEEE 1451,
...

7. Protocolos de enlace
• IEEE 802.15.4e
• IEEE 802.11 AH
• Bluetooth Low Energy
• Zigbee Smart Energy
• G.9959
• LTE-A
• DECT/ULE

8. IEEE 802.15.4e
• Slotframe Structure
• Scheduling
• Sincronização
• Channel Hopping
• Formação da rede

9. IEEE 802.11 AH
• Frame de Sincronização
• Troca de pacotes bidirecionais eficientes
• Frame MAC pequeno
• Pacote de Dados Nulo
• Melhoria no Tempo de Sleep

10. Bluetooth Low Energy
• Pode ser 10 vezes mais econômico
energeticamente
• Latência pode ser até 15 vezes maior
• Arquitetura Master/Slave
• Dois tipos de frame: adverting e data
frame
• Tempo de Sleep

11. Zigbee Smart Energy
• Suporte a várias topologias: estrela,
P2P e cluster-tree
• Há um coordenador em cada topologia
• Dois perfis de stack: ZigBee and
ZigBee Pro
• ZigBee Pro oferece mais
funcionalidades, como segurança,
escalabilidade e melhor desempenho

12. G.9959
• Padronizado pela ITU
• Aplicações em tempo real (tempo é crítico,
confiabilidade e baixo consumo de
energia)
• Características: identificadores de rede
únicos, mecanismos para evitar colisões,
retransmissão automática, esquema para
sleep, etc

13. LTE-A

14. DECT/ULE
• Padrão europeu para telefones sem fio
• Baixo consumo de energia e baixo custo
• Não sofre com congestionamento e
interferência
• Supporta FDMA, TDMA e multiplexação
por divisão de tempo

15. Protocolos de roteamento
• RPL
• CORPL
• CARP

16. RPL
• Routing Protocol for Low-Power and
Lossy Networks
• Suporta vários protocolos de Enlace
• Possui uma única rota a partir de cada nó
para a raíz através da qual todo o tráfego
do nó será roteado
• Pode ser stateless ou stateful

17. CORPL
• Uma extensão do RPL
• Utiliza “encaminhamento oportuno” para
rotear um pacote através da melhor rota

18. CARP
• É um protocolo distribuído de roteamento
feito para comunicação embaixo da água
• Pode ser para IoT devido aos seus
pacotes leves
• Considera a qualidade do link para
selecionar os nós de encaminhamento

19. Protocolos de encapsulamento
• 6LoWPAN
• 6Lo
• IPv6 over G.9959
• IPv6 over Bluetooth Low Energy

20. 6LoWPAN
• Encapsula eficientemente os headers
grandes do IPv6 em pequenos pacotes
IEEE802.15.4
• Suporta diferentes tamanhos de
endereços, baixa largura de banda,
diferentes topologias incluindo estrela ou
mesh, consumo de energia, redes
escaláveis, baixo custo, mobilidade e long
tempo de sleep grande

21. 6Lo
• Working group do IETF que está
desenvolvendo uma série de padrões
para transmissão de pacotes IPv6 em
vários meios físicos
• As especificações estão em diferentes
estágios. Apenas IPv6 over G.9959 e IPv6
over Bluetooth Low Energy já tiverem as
RFCs aprovadas

22. IPv6 over G.9959
• RFC 7428 define o formato do frame
format para transmitir pacote IPv6 em
redes ITU-T G.9959
• A mesma compressão do header do
6lowPAN é usado para um pacote IPv6
em frames G.9959

23. IPv6 over Bluetooth Low Energy
• Reusa a maior parte das técnicas de
compressão do 6LoWPAN
• Bluetooth Low Energy não suporta
formação de redes multi-hop na camada
física. Um nó central atua como um
roteador entre os nós peiféricos

24. Protocolos de sessão
• MQTT
• SMQTT
• AMQP
• CoAP
• XMPP

25. MQTT

26. SMQTT
• Uma extensão do MQTT (Secure MQTT)
• Foi proposto para melhorar a segurança
do MQTT
• O algoritmo de criptografia consiste em 4
estágios principais: setup, cifração,
publicação e decifração

27. AMQP

28. CoAP

29. XMPP
• É um protocolo de envio de mensagem a que
foi desenvolvido originalmente para chat e
aplicações de troca de mensagens
• Seu reuso se deve ao uso de XML que o
torna facilmente extensível
• É desenvolvido para aplicações “quase” real-
time e suporta eficientemente mensagens
pequenas com baixa latência
• Não garante QoS

30. Protocolos de gerenciamento
• IEEE 1905.1
• IEEE 1451

31. IEEE 1905.1
O padrão IEEE 1905.1 oferece
interoperabilidade entre várias tecnologias
através de uma camada de abstração que
é construída no topo de todos os
protocolos heterogêneos de MAC

32. IEEE 1451
• É um conjunto de padrões desenvolvidos
para permitir gerenciamento de diferentes
sensores e transdutores
• Uso de identificação plug and play
• Cada transdutor tem um TEDS que incluí
toda informação necessária pelo sistema de
medição incluindo device ID, características
e interface por trás dos dados vindo dos
sensores

33. Desafios no universo IoT
• Mobilidade
• Confiabilidade
• Escalabilidade
• Gerenciamento
• Disponibilidade
• Interoperabilidade
• Segurança e privacidade

34. Bibliografia
Salman, T. Internet of Things Protocols
and Standards. Disponível em <
http://www.cse.wustl.edu/~jain/cse570-
15/ftp/iot_prot/ >. Acesso em: 14 out. 2016.

35. Obrigada!
nathalia.sautchuk@gmail.com
http://nathalia.patricio.eng.br