Pesquisa acadêmica do protocolo MQTT

A Internet of Things (IoT) surgiu em 1999 através do Massachusetts Institute of Techno- logy (MIT) e foi conceituado para comunicação Machine to Machine (M2M), ou seja, máquinas se comunicando entre si (sensores, conexão de eletrônicos, controladores, etc) por meio de Bluetooth, Radio-Frequency Identification (RFID), Wireless Fidelity (WIFI) e/ou rede cabeada. Estes dispositivos se comunicam em cima de uma camada de rede, utilizando diversos protoco- los e servidores na nuvem que hospedam e disseminam as informações publicadas. Somando a quantidade de conexões suportadas e o baixo consumo de energia dos sensores, a rede IoT cresceu de uma maneira exponencial nos desenvolvimentos de projetos de mobilidade urbana, automação residencial e industrial.

Segundo a Telecommunication Union (ITU) (12), a internet das coisas é “Uma infra- estrutura global para a sociedade da informação, permitindo serviços avançados através da interconexão (física e virtual) de coisas baseadas em tecnologias interoperáveis de informação e comunicação, existentes e em evolução ". Em uma análise estimativa, a IoT tem probabilidade de crescer com ganhos de 25 a 50 bilhões de dispositivos conectados até 2025. De acordo com Manyika (15), as principais áreas de potencial investimento são a saúde, agricultura e fabricantes que utilizam sensores para otimizar a manutenção de equipamentos e proteger a segurança dos trabalhadores. Em sua análise ascendente, é dimensionado um impacto econômico com poten- cial total de U$3,9 trilhões a U$11,1 trilhões por ano até 2025, o que seria aproximadamente 11% da economia mundial.

Para que haja a possibilidade de uma comunicação neste modelo, é necessário que exista uma arquitetura de rede que permita o envio e o recebimento de todas essas informações. Os pacotes de dados necessitam de identificação para serem entregues em seus destinos, essa comunicação é feita através de protocolos, como Transmission Control Protocol (TCP), User Datagram Protocol (UDP), entre outros. Silva (23) documenta, que tanto o TCP quanto o UDP funcionam em cima do Internet Protocol (IP), o IP é responsável pelo endereçamento das máquinas, garantindo que estas estejam identificadas na rede. Outros protocolos comumente visto em rede IoT, são: protocolo Message Queue Telemetry Transport (MQTT), aplicado em cima do TCP/IP, que utiliza de agentes mensageiros nomeados como publisher e subscriber, estes se comunicam mediante um broker atuante como um servidor; Constrained Application Protocol (CoAP), que é um protocolo de padrão Request For Comments (RFC), normalmente utilizado em aplicação de sensores vide sua simplicidade; Extensible Messaging and Presence Protocol (XMPP), um protocolo aberto baseado em Extensible Markup Language (XML), com padrão Internet Engineering Task Force (IETF), projetado para uso de aplicações de mensagens instantâneas em tempo real.

Completando o cenário da comunicação M2M, na maioria dos casos é fundamental a existência de um gateway, onde atua como responsável pela distribuição dos pacotes de mensagens lançados por cada sensor, podendo também ser nomeado como um tradutor de protocolos nesta mediação. O gateway no IoT está agregado ao conceito de Fog Computing (Computação de borda ou computação em névoa), pois se encontra exatamente entre os sensores e a Cloud (nuvem) e permitem que mais coisas sejam introduzidas em operações de conexão em escala industrial, isto por suportarem diversos protocolos, ou serem implementados como multiprotocolos devido a aplicação em cenários difíceis da indústria 4.0 e cidades inteligentes. Entretanto, Silva (23) comenta em sua monografia, que existem desafios para o futuro da IoT nos próximos anos, como a regulamentação, padronização e segurança, isto por motivo de ter muitos protocolos implementados para rede IoT, onde cada protocolo tende a resolver somente um problema, se mantendo restrito quanto à utilização geral. Ele também fomenta, que a estimativa da inclusão do IoT em quase todos os dispositivos móveis ocorra em um curto espaço de tempo, sendo os dispositivos: medidores de estacionamento, pneus, estradas, monitores cardiovasculares, termostatos, sensores de presença, prateleiras de supermercados, assim dizendo, uma imensa quantia de dispositivos conectados com a internet das coisas, gerando uma propensa exploração das vulnerabilidade, problemas de privacidade com a disseminação dos dados sensíveis e segurança com possíveis cenários de ataques. Por estas circunstâncias são necessários regulamentos adequados, que evitem arriscar a segurança dos dispositivos e a validade da IoT do futuro.

Enfim, a partir da análise do crescimento da internet das coisas, surge a proposta visando explorar alguns destes exemplos citados, em principal o protocolo MQTT. O cenário selecionado é definido por um dispositivo Raspberry Pi 4 como servidor/broker e um computador fazendo disparos de publicações e/ou assinaturas, para então explorar o gargalo do dispositivo, com intuito de analisar custos de processamento, o índice de utilização de memória, tráfego da rede e as taxas de envio/entrega das mensagens.

Para ler os resultados desta pesquisa, acesse TCCII .