A complete internet of things solution for real-time web monitoring

Abstract

The Internet of Things (IoT) is the new Internet. It does not just connect people, it connects everything and everyone. It can be seen as a new network where objects, people and services talk to one another, providing valuable information. This information and their relationship with the most variable objects brings everything together, providing us, humans, ultimately, a better quality of life. When we possess the ability to sense and process different types of information from the world around us, complex intelligent and autonomous systems can be developed to work together for a better end. However, to achieve such a thing, there is a lot of work to be done: standards and architectures are needed so that all these entities know how to exchange information, with each other, in an open way. As the IoT is a complex organism composed of, in a simplified manner, wireless sensor networks (), network-located services and applications, an architecture that fits all solutions is difficult to find. Therefore, this dissertation presents the related work done in this field, the typical current IoT systems described in the literature, and how such a system can be deployed using state-of-the-art open-source tools compliant to the most relevant standards. The developed system breaks down the current paradigm of vertical solutions, by adopting latest standards and protocols specifically designed for IoT. To demonstrate what kind of solutions can be build using this system architecture, a real-time fitness web monitoring testbed was set. The solution is composed of a low-cost node reporting, in real-time, the monitored heart rate to a Web page, while also possessing the ability to share this data with any other interested entity. To demonstrate the potential of IoT and how the adoption of proper standards and adequate protocols allow for the development of complex and richer applications, a complete solution was designed. With this solution, it was possible to demonstrate how one can share the sensed data, in a standardized way, to other potential interested parties (doctors or nursing facilities, for instance) and how such standardized architectures can be tweaked to meet specific requirements for special scenarios, like the real-time web monitoring here developed. To validate this solution, an experiment was set up, demonstrating that there is, indeed, a need to use adequate protocols for this type of monitoring. Ultimately, this work showcases what kind of impact the IoT will have in the health-sector, breaking the current paradigm of silo solutions, making way for new, smarter, scalable and interoperable solutions, when adopting this technology in a proper way.

A Internet das Coisas é o futuro da Internet. Não vai ligar apenas pessoas, mas sim tudo e todos. Pode ser visto como uma nova rede onde objetos, serviços e pessoas se interligam, fornecendo informação relevante. A coordenação inteligente do resultado desta informação é o que oferecerá qualidade de vida. Com a capacidade de monitorizar diferentes aspetos do dia-a-dia, processar diferentes tipos de informação, retirar conhecimento relevante de todo este processo e definir ações para determinados conhecimento, novos sistemas autonómicos, complexos e inteligentes podem ser criados que, juntos, trabalham para um propósito maior. Contudo, para que tudo isto seja possível, há ainda trabalho a fazer. Para coordenar e orientar todo este fluxo de informação, é necessária a criação de normas, protocolos apropriados e arquiteturas comuns, para que as diferentes entidades envolvidas saibam trocar a informação de forma tipificada. Além disso, uma arquitetura apenas pode não chegar, visto que a Internet das Coisas abrange diferentes áreas como redes de sensores sem fios (RSSF) e serviços a nível de rede (cloud) em diferentes sectores como, por exemplo, saúde, logísticas e aplicações domésticas, uma arquitetura apenas pode não ser a mais indicada para todas as soluções. Neste sentido, esta dissertação apresenta, inicialmente, o trabalho relacionado nesta área, os tipos de sistemas que são naturalmente encontrados na literatura, e quais os problemas presentes nestas soluções auto-apelidadas de Internet das Coisas. Como forma de solução, é apresentado como estes podem agora ser desenvolvidos, usando as mais recentes normas e arquiteturas, bem como as ferramentas grátis e de código aberto que são compatíveis com essas mesmas normas. Seguindo esta lógica, é apresentado o sistema desenvolvido que, de uma forma geral, quebra o paradigma atual de criação de soluções verticais, adotando as mesmas normas e protocolos mencionados anteriormente, e que foram concebidos especificamente para a Internet das Coisas. Tendo em conta que esta tecnologia terá um grande impacto na área da saúde, foi desenvolvida uma aplicação de teste. O sistema é composto por um nó, de baixo custo, que monitoriza o batimento cardíaco e envia os dados para uma entidade que os disponibiliza, tanto em tempo real, via Web, como a quaisquer outras entidades que estejam interessadas nestes dados. Esta solução tem como objetivo demonstrar o potencial máximo que está inerente à Internet das Coisas: soluções mais ubíquas, abertas e escaláveis que, conjuntamente, possibilitam a criação de serviços e aplicações mais ricas e inteligentes. Visto que a solução desenvolvida tem que ser capaz de oferecer uma monitorização Web em tempo-real dos dados recolhidos, foi desenvolvido um mecanismo especifico e mais adequado para a aplicação em causa. Ainda, tendo em conta que o conjunto de protocolos utilizados não estão incorporados na norma adotada para o sistema Internet das Coisas, foi feita uma experiência onde é demonstrada a necessidade destas normas incorporarem protocolos adequados para as diferentes soluções tipicamente encontradas em sistemas que recorrem a esta tecnologia. O objetivo desta dissertação é, portanto, demonstrar os problemas tipicamente encontrados nos atuais sistemas Internet das Coisas, como estes podem ser atualmente resolvidos utilizando as normas corretas e os protocolos adequados à solução em si, e o potencial que esta tecnologia apresenta, caso os sistemas sejam devidamente desenhados.