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Como lidar com a arquitetura de rede de dispositivos IoT

Há muitos casos de uso e dispositivos individuais de IoT aos quais os arquitetos de rede têm que prestar atenção, considerando a combinação de variáveis ​​de comunicação, energia, largura de banda, confiabilidade, custo e muito mais

Lee Doyle, NetworkWorld/EUA

Publicada em 09 de março de 2018 às 07h56

Os dispositivos de Internet das Coisas podem ser desafiadores para os gerentes de TI, porque os requisitos de comunicação podem ser muito diferentes daqueles para PCs, tablets e smartphones conectados hoje às redes corporativas.

Além disso, existe uma incrível diversidade de dispositivos IoT e de formas de uso de cada um deles. Por exemplo:

  • Uma viatura da polícia é agora um escritório móvel com uso intensivo de TI. Possui vários sistemas (PCs, rastreamento local, câmeras, sensores), que precisam de conectividade bidirecional de alta velocidade, segura e confiável.
  • Fábricas contam com uma ampla gama de sensores e câmeras de vídeo para monitorar os processos de fabricação e garantir operações seguras e contínuas. Esses sensores geralmente estão em locais difíceis de alcançar e exigem comunicações confiáveis ​​e seguras.
  • A implantação de câmeras de vigilância em ambientes públicos é generalizada agora devido a preocupações de segurança. Essas câmeras precisam de comunicações confiáveis, de alta velocidade, ​​para retransmitir vídeos  para uma localização central.
  • Muitos hospitais dependem de dispositivos médicos conectados para rastrear sua localização e encontrar rapidamente o dispositivo mais próximo. Este caso de uso requer conexões confiáveis ​​de baixa velocidade para uma ampla gama de dispositivos.
Requisitos de conectividade variáveis

Além da gama de casos de uso de IoT, existem centenas de diferentes tipos de dispositivos e sensores IoT. Cada um tem seus requisitos únicos, incluindo o número de conexões, o custo por conexão, a disponibilidade de energia e a quantidade de transferência de dados necessária.

Dependendo da aplicação, as redes de dispositivos IoT precisarão conectividade escalável, confiável e segura para dispositivos remotos e sensores. Talvez o maior desafio seja fornecer conexões de baixo custo para dispositivos remotos - alguns dos quais sem fonte de alimentação CA, dependendo de baterias.

Requisitos das rede de Internet das Coisas

Dependendo dos dispositivos e aplicativos específicos envolvidos, uma rede IoT pode exigir:

  • - A capacidade de conectar um grande número de elementos de IoT heterogêneos
  • - Alta confiabilidade
  • - Sensibilização em tempo real com baixa latência
  • - A capacidade de garantir todos os fluxos de tráfego
  • - Programação para personalização de aplicativos
  • - Monitoramento e gerenciamento de tráfego no nível do dispositivo
  • - Conectividade de baixo custo para grande número de dispositivos/sensores

Esta lista de requisitos é desafiadora e pode exigir que os gerentes de TI implementem várias conexões de rede dependendo da aplicação de IoT.

Impacto do SDN e do NFV no design da rede IoT

O advento das redes baseadas em software, como SDNNFV e SD-WAN, oferece aos novos arquitetos de rede novas ferramentas para projetar redes flexíveis. NFV e SDN fornecem tecnologia para personalizar a rede para os requisitos do IoT. O NFV oferece muitas funções de rede virtual (VNFs), incluindo roteamento, segurança, gateways e gerenciamento de tráfego que podem ser combinados para oferecer os serviços de rede personalizados exigidos pela IoT. Já o modelo SDN fornece as capacidades gerenciadas centralizadas para orquestrar e gerenciar os fluxos de dados em redes IoT altamente distribuídas.

Desafios do Big Data

As redes de dispositivos IoT podem gerar uma enorme quantidade de dados - alguns dos quais precisam ser analisados ​​em tempo quase real. Devido à latência e limitações de largura de banda, nem toda análise de dados pode ou deve ocorrer em uma localização centralizada. As redes IoT precisarão de análises distribuídas e business intelligence, muitas vezes em ou perto da borda da rede.   

Considerações de design para redes IoT

Há uma série de fatores que os gerentes de TI devem considerar ao planejar as redes de IoT. O primeiro nível de perguntas é: que tipo de dispositivo ou sensor será conectado? Quantos dispositivos existem? Qual é a quantidade esperada de tráfego? As respostas a essas perguntas direcionarão as opções de conectividade, juntamente com os orçamentos gerais da rede para CAPEX e OPEX.

Outras questões-chave incluem:

  • - O dispositivo/sensor está fixo ou móvel?

  • - Qual é o nível de segurança exigido no nível do dispositivo?

  • - Os dados gerados pela solução de IoT precisam ser analisados ​​em tempo real?

  • A rede e o sistema de TI precisam controlar a atividade no dispositivo ou é são passivos?

  • O dispositivo ou sensor tem acesso à energia CA?

Tecnologias de conectividade IoT

Os gerentes de TI possuem uma ampla gama de opções para conectar dispositivos e sensores IoT. Cada opção possui vantagens e desvantagens específicas, dependendo da aplicação.

Quatro tecnologias de rede que têm uma adoção comercial generalizada são candidatas hoje para as redes de IoT:

  • - O Bluetooth fornece comunicações sem fio para muitos dispositivos, como smartphones, mas tem um alcance limitado e desafios de confiabilidade.

  • - O WiFi está universalmente disponível para PCs, telefones e tablets, mas requer muito poder para conectividade contínua.

  • - O padrão 4G LTE é penetrante e rápido, mas pode ser caro para o alto uso de dados.

  • - Ethernet permite conexões de LAN de alta velocidade em quase todos os locais de campus e ramificações, mas requer um cabo físico para se conectar a dispositivos IoT.

Além disso, o setor de comunicações inventou uma série de novas tecnologias de rede projetadas especificamente para conectar dispositivos IoT. Elas incluem:

  • - IoT celular, para o qual existem vários padrões, como LTE-M, NB LTE-M e NB-IOT.

  •  - WAN de baixa potência, como SigFox e LoRa, que são construídas especificamente para atender aos requisitos de dispositivos IoT de baixa energia (somente bateria).

  • - O ZigBee,  padrão sem fio projetado para conectar redes máquina a máquina com baixo custo e baixos requisitos de energia.

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Impacto do IoT nas redes existentes

Uma consideração significativa para muitas organizações de TI é o impacto de novas redes IoT em redes existentes de campus e áreas abrangentes. Os dispositivos IoT podem criar novos padrões de tráfego, ter grandes fluxos de dados e requisitos de latência únicos.

Rede de filiais

As redes de filiais normalmente possuem um número moderado de dispositivos conectados via Ethernet e WiFi. A maioria das filiais não possui pessoal de TI treinado e deve ser administrado remotamente. As organizações de TI estão migrando para as tecnologias SD-WAN e SD-Branch para atender de forma econômica a crescente necessidade de largura de banda WAN e simplificar a instalação e administração remota de rede. A conexão de dispositivos IoT em filiais pode significar nova tecnologia de rede para gerenciamento, desafios para resolução remota de problemas, problemas de gerenciamento de dispositivo e requisitos para aumentar a largura de banda da WAN. Certos tipos de aplicativos IoT podem exigir uma capacidade de armazenamento local significativa. Rede de Campus

A rede do campus pode ter um grande número de dispositivos (PC, tablets, smartphones, impressoras, etc.) conectados via WiFi e Ethernet com um backbone Ethernet de alta capacidade para conexões de alta velocidade para o data center da organização. A rede do campus geralmente exige pessoal treinado no local para resolver problemas de rede - congestionamentos, interrupções no serviço, etc. Para a rede do campus, as implementações do IoT podem significar novas redes para vincular sensores remotos, grandes aumentos no número de dispositivos conectados, desafios para gerenciamento de dispositivos e autenticação e congestionamento na rede WiFi existente.

A inteligência de TI habilitada pela conexão de dispositivos e sensores IoT está permitindo que as organizações ofereçam um melhor atendimento ao cliente, entreguem bens mais rapidamente e reduzam custos através de operações mais eficientes. A rede, local ou não, é um elemento crítico na implementação de sistemas IoT seguros, confiáveis ​​e responsivos. Os requisitos únicos dos tipos individuais de sistemas IoT requerem novas formas de conectividade de rede e impacta as redes existentes. Muitos departamentos de TI descobriram que era desafiador implementar plataformas IoT que atendessem aos requisitos de alta confiabilidade, baixa latência, segurança e controle centralizado.

A arquitetura para conectividade IoT requer que a área de TI examine uma grande variedade de opções de rede. Os líderes de TI devem avaliar cuidadosamente seus atuais requisitos de rede IoT em termos de largura de banda (upstream e down), confiabilidade, segurança e orçamento (custos). Os requisitos de uma rede IoT e a tecnologia para conectar-se a dispositivos e coisas continuarão a evoluir. As arquiteturas de rede devem ser projetadas com flexibilidade e adaptabilidade para atender aos requisitos das mudanças de negócios.


(*) Lee Doyle é analista principal da Doyle Research



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