API REST e Internet das Coisas: Conectando o mundo físico ao digital

Introdução

Neste artigo, tem-se por objetivo descrever brevemente a conexão entre a Internet das Coisas (IoT) e a tecnologia de API REST, demonstrando a sua importância para a conexão entre o mundo físico ao digital.

Além disso, visa também apresentar alguns exemplos e as aplicações práticas da IoT em diversas situações.

Tendo os objetivos em mente, dividiu-se este artigo em cinco seções. Na primeira seção, é apresentado o conceito de IoT, sua importância e também alguns exemplos.

Na segunda seção, tratará sobre os componentes essenciais da arquitetura, aonde também apresenta o funcionamento da API REST, explorando seu conceito, características e princípios.

A terceira seção traz uma discussão acerca como a conexão 5G facilita a comunicação entre dispositivos IoT e aplicativos.

Já na quarta seção apresenta-se um caso de estudo e seus resultados e benefícios obtidos. E, na última seção, tece-se as considerações finais.

Internet das Coisas (IoT)

Embora a Internet das Coisas (doravante IoT, acrônimo do inglês Internet of Things) seja uma realidade mais frequente na última década, a sua ideia remete à década de 1970.

Contudo, o termo só foi cunhado no final da década de 1990, e a sua popularização e o seu uso só se tornaram assíduos com a massificação da internet.

Em linhas gerais, a IoT pode ser descrita como uma rede de objetos físicos que podem ser incorporados a diversos sensores, softwares e também a diversas outras tecnologias cujo objetivo é o de conectar-se com outros dispositivos e sistemas pela internet para o intercâmbio de dados.

A IoT tem sido uma parte cada vez mais frequente na realidade do ser humano na última década.

Em sua definição mais simples, de acordo com uma publicação realizada pelo Ministério das Comunicações no site do Governo Federal, a IoT é “toda e qualquer tecnologia que possibilita diferentes objetos a se conectarem à internet e interagir com ela” (BRASIL, 2021, não paginado).

Historicamente, a centelha da ideia de IoT, segundo Mauro Faccioni Filho (2016), aparece no final da Segunda Guerra Mundial e é constantemente desenvolvida durante o período da Guerra Fria, com a utilização de radiofrequência para identificar aviões inimigos ou aliados.

Na década de 1970, assegura o autor, a tecnologia Radio Frequency Identification (RFID) passa a ser utilizada em inúmeras aplicações de etiquetas de identificação de caixas, roupas, etc.

A partir de 1999, ainda segundo Faccioni Filho (2016), com o objetivo de conectar a tecnologia RFID à internet, havia dois professores do centro de estudos Auto-ID Center, estabelecido em Massachussets Institute of Technology (MIT).

Eles chamaram a atenção de companhias que, com a ideia proposta, visavam conhecer, em tempo real, online, toda a movimentação de produtos e cargas. Aos poucos, pela utilização do RFID somado às conexões com a internet, fundamenta-se o que seria, logo após, denominado “internet das coisas”.

Kramp, Kranenburg e Lange (2013) pontuam que o termo IoT foi criado somente em 1999 pelo cofundador do Auto ID-Center Kevin Ashton, e desde então se tornou amplamente difundido pelas revistas e periódicos especializados e popularizado pela mídia.

Os autores ainda asseveram que a IoT “is not something you will experience as such itself” (KRAMP; KRANENBURG; LANGE, 2013, p. 2).

Segundo eles, a ideia subjacente é que cada vez mais objetos e dispositivos estejam conectados, caracterizando a IoT como a combinação de um empurrão tecnológico e um puxão humano para aumentar consideravelmente a conectividade, tanto no ambiente imediato quanto no mais amplo.

Para os autores, o aumento da conectividade nos ambientes é uma forma de transformá-lo em uma interface.

Em suma, pode-se dizer que a IoT não é uma tecnologia nova. Conforme pontua Faccioni Filho (2016), trata-se do avanço e da junção de muitas outras tecnologias já existentes juntamente com o surgimento de novos protocolos de comunicação.

Por exemplo do IPv6, que permitiu um maior contingente de dispositivos conectados à rede, e com a popularização da internet, a conexão entre diversos dispositivos se tornou possível.

Arquitetura da API REST para IoT

Com a integração de recursos computacionais e conectividade digital em quase todos os objetos no ambiente humano, uma nova iteração da Internet, conhecida como Internet das Coisas (IoT), está prestes a surgir.

Esse desenvolvimento transformador abrirá caminho para uma variedade de aplicativos abrangentes que antes eram inconcebíveis. [1]

A base da arquitetura está enraizada principalmente em ferramentas de comunicação de dados, especificamente etiquetas de itens RFID. [2] Por meio da utilização da IoT, é possível rastrear e acessar facilmente informações sobre a localização, condição e dados de um objeto.

A tendência predominante na indústria parece favorecer fortemente SOAP, WSDL e toda a estrutura WS-* para serviços da web. No entanto, um grupo ainda minoritário afirma que existe uma alternativa superior: REST.

REST é uma abordagem particular para organizar e estruturar a arquitetura de software que é utilizada para a entrega de sistemas hipermídia, incluindo a plataforma globalmente acessível conhecida como World Wide Web.

Um serviço da Web descomplicado que adere aos princípios HTTP e REST é chamado de serviço da Web RESTful.

Este conceito é um amálgama de vários recursos, englobando três dimensões distintas: [3]

• o URI base para o serviço web, como http://my.com/resources/xxx
• o tipo MIME dos dados suportados pelo serviço web. Geralmente é JSON, XML ou YAML, mas pode ser qualquer outro tipo MIME válido.
• o conjunto de operações suportadas pelo serviço web usando Métodos HTTP (por exemplo, POST, GET, PUT ou DELETE).

Os serviços da Web RESTful não aderem a um "padrão oficial" definido como os serviços da Web baseados em SOAP.

Em vez disso, um cliente acessa um recurso da Web usando uma URL. Como resultado, uma representação do recurso é fornecida. A representação é um processo que coloca o aplicativo cliente em um estado específico.

No contexto de uma plataforma IoT, a coleta de dados por sensores é facilitada pela utilização de RFIDs acoplados a diversos objetos. Essas informações coletadas são posteriormente transmitidas em um formato que se assemelha ao MIME.

Consequentemente, torna-se conveniente considerar tanto os sensores quanto as informações que eles fornecem como recursos acessíveis via internet.

Para obter acesso ao recurso, é imperativo selecionar um método de conexão. Conforme demonstrado anteriormente, a abordagem mais ideal para integrar HTTP e serviço da Web é por meio de um serviço da Web RESTful.

A cada recurso é atribuído um URL exclusivo, que permite fácil acesso à informação ou conteúdo desejado.

Atualmente, tornou-se cada vez mais comum utilizar um feed de recursos que engloba vários tipos de informações, incluindo URLs, locais e estados.

Normalmente, esses feeds servem como representações de nós sensores, e um conjunto completo de detalhes de recursos pode ser acessado por meio de uma URL única e distinta, como http://my.com/resources/xxx.

Em cada feed, há no mínimo um DataStream que oferece dados e informações instantâneas, incluindo detalhes sobre a unidade e o tag. Além disso, o REST oferece uma variedade de métodos de cliente HTTP (POST, GET, PUT e DELETE) que permitem a manipulação do recurso.

Depois que o método GET é chamado, as informações de recurso solicitadas são retornadas em um formato de tipo MIME. Os tipos comuns incluem xml e json.

Aqui estão as informações do formato XML:

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<ns2:environment xmlns:ns2="http://www.eeml.org/xsd/005" id="1">
 <ns2:title>test manual feed</ns2:title>
<ns2:feed>http://localhost:8080/MDWAS/api/feeds/1</ns2:feed>
<ns2:status>frozen</ns2:status>
<ns2:data id="0">
<ns2:value minValue="10" maxValue="10">10</ns2:value>
<ns2:unit symbol=""/>
</ns2:data>
<ns2:data id="1">
<ns2:value minValue="2" maxValue="20">20</ns2:value>
<ns2:unit symbol=""/>
</ns2:data>
</ns2:environment>

Para transmitir ou enviar um feed de dados para o servidor, o método POST é empregado. Consequentemente, o método PUT é usado para trocar os dados provenientes do DataStream e o método DELETE serve para eliminar as informações.

Cada plataforma suportará um banco de dados para armazenar o histórico de dados, bem como seu histórico de data/hora, então você poderá ofertar estas informações apenas para clientes autorizados ou para todos os usuários registrados, a depender da situação. 

Então, você deve certificar-se de que os dados do DataStream estejam atualizados em tempo real. No momento, existem duas maneiras de fazê-la, uma delas é você obter os dados da url do feed de tempos em tempos e o outro é o cliente enviar os novos dados durante a duração especificada.

O Impacto do 5G na conexão entre a IoT e API REST

O 5G é o nome dado à quinta geração de redes móveis, pelas quais smartphones e dispositivos inteligentes terão acesso à internet e estabelecerão comunicações entre eles.

Segundo o relatório “Road to 5G Introduction and Migration” (2018) produzido pela GSMA, a quinta geração das redes de comunicação móvel terá alguns objetivos chave, sendo eles:

• fornecer vinte vezes a taxa de dados de pico
• dez vezes menor latência
• três vezes mais eficiência espectral do que a última geração

Consequentemente, esse avanço nas redes móveis trará um mundo mais conectado, fazendo com que a IoT cresça exponencialmente nos próximos anos.

De acordo com Guilherme Francisco Farias (2019), a quinta geração da internet móvel será uma facilitadora fundamental ao aprimoramento da IoT, pois será responsável por fornecer comunicações máquina para máquina (M2M) e de máquina para pessoa em grande escala.

É possível afirmar que as principais aplicações que vão ser beneficiadas com a quinta geração serão os carros conectados e carros autônomos, automação industrial, casas inteligentes e realidades virtuais.

Além disso, como já foi dito anteriormente, essa rede tem uma infraestrutura para suprir a necessidade de atender a um grande número de dispositivos conectados e fornece comunicação com alta confiabilidade e com baixo atraso.

Além disso, o 5G será importante para expandir o conceito de cidades inteligentes. Entre outras mudanças, permitirá a digitalização massiva de alguns serviços públicos.

Segundo Ricardo Tombi (2022), os projetos de cidades inteligentes, em conjunto com sistemas de análise de dados, podem se beneficiar com a possibilidade de bilhões de dispositivos conectados, fornecendo em tempo real, informações úteis aos sistemas de tomadas de decisões nas operações do cotidiano.

Com o advento do 5G, o potencial de maior escalabilidade nas APIs REST tornou-se aparente. A largura de banda aprimorada e a latência reduzida do 5G permitirão que as APIs REST acomodem perfeitamente um volume maior de solicitações por segundo.

Essa escalabilidade recém-descoberta será inestimável para aplicativos que exigem o gerenciamento de extensas bases de usuários ou vários dispositivos.

Os recursos aprimorados do 5G também contribuirão para o desempenho aprimorado das APIs REST, um aspecto crucial para aplicativos que precisam de acesso imediato a dados em tempo real.

O advento das redes 5G trouxe a incorporação de medidas de segurança avançadas que visam proteger as APIs REST de ameaças cibernéticas. Esses recursos de segurança abrangem criptografia e autenticação, que servem como dissuasores eficazes contra possíveis ataques cibernéticos.

O advento da tecnologia 5G abrirá novas possibilidades para a utilização de APIs REST. Essas possibilidades incluem a capacidade de controlar dispositivos remotamente, transmitir dados em tempo real e experimentar a realidade aumentada.

Aplicação prática da API REST na IoT

Em determinada situação, a empresa comercial If This Then That (IFTTT), fundada no meio do contexto da IoT, desenvolveu um software como serviço (SaaS) que conecta diversos programas e aplicativos por meio de comandos de tipo “receita”.

Ela aplica regras se-então para serviços externos que desempenham o papel de gatilho (se) ou uma ação (então, faça) (MINERAUD et al., 2016, p. 10).

Atualmente os serviços da empresa focam principalmente na IoT doméstica, ao permitir que usuários gerenciem seus dispositivos utilizando comandos de voz ou pelo próprio aplicativo (KIM; HWANGBO, 2018, p. 3).

O IFTTT usa a API REST para permitir que os desenvolvedores criem integrações com outros serviços. A API REST do IFTTT é um conjunto de endpoints que podem ser usados ​​para criar, atualizar e excluir Applets, bem como para enviar e receber dados de outros serviços.

A API REST do IFTTT é baseada no estilo arquitetônico REST, o que significa que usa métodos HTTP (como GET, POST, PUT e DELETE) para executar operações em recursos.

Graças a esta tecnologia, a plataforma tornou-se acessível a um grupo diversificado de desenvolvedores. Isso inclui indivíduos que estão desenvolvendo soluções para automação residencial, ferramentas de produtividade e integrações de mídia social.

Para ilustrar, suponha que o usuário deseje que quando o sensor de movimento identificar a presença de um indivíduo em uma seção específica da residência, as luzes sejam ativadas automaticamente.

Ao utilizar a API REST, o IFTTT tem a capacidade de estabelecer uma conexão com sistemas de iluminação domésticos inteligentes e transmitir as instruções para ativar as luminárias.

A interação entre o sensor de movimento, a plataforma IFTTT e os dispositivos de iluminação ocorre de forma transparente e automatizada, graças à integração facilitada pela API REST.

Considerações finais

A interação entre a Internet das Coisas (IoT) e a tecnologia REST API é fundamental para preencher a lacuna entre os domínios físico e digital.

A IoT possibilita a conectividade de objetos tangíveis à internet, facilitando a troca de informações com outros dispositivos e sistemas.

Por outro lado, as APIs REST oferecem um meio eficaz de comunicação entre esses dispositivos, permitindo acesso simplificado e manipulação de dados de maneira padronizada.

Essa conexão é muito influenciada pelo surgimento do 5G. A introdução da quinta geração de redes móveis apresenta uma infinidade de vantagens, incluindo maior velocidade de dados, latência reduzida e maior eficiência espectral.

Essas melhorias têm impacto direto na expansão da Internet das Coisas (IoT).

Com o 5G, a comunicação entre máquinas e entre máquinas e indivíduos pode ocorrer em uma escala muito maior. Esse desenvolvimento beneficia diversas aplicações, como carros conectados, automação industrial, casas inteligentes e realidade virtual.

A base da API REST para IoT é construída sobre os conceitos de recursos, URLs e métodos HTTP. Cada recurso recebe uma URL distinta, que permite a recuperação e modificação de dados.

Os dados do sensor são transmitidos em formatos como JSON ou XML, e os recursos interagem com o uso de métodos HTTP como POST, GET, PUT e DELETE.

Outros serviços oferecidos incluem a facilitação da automação residencial, o fornecimento de várias ferramentas de produtividade e a integração de plataformas de mídia social.

Em resumo, a relação entre a IoT e a tecnologia REST API serve como um componente vital para preencher a lacuna entre os domínios físico e digital.

À medida que o 5G continua a progredir e a utilização de APIs REST se expande, podemos antecipar uma expansão substancial no domínio da IoT, resultando em uma infinidade de aplicações práticas que aprimoram a conectividade e simplificam a eficiência em nossas vidas diárias.

Referências

[1] CHENG, Bo; ZHAO, Shuai; QIAN, Junyan; et al. Lightweight Service Mashup Middleware With REST Style Architecture for IoT Applications. IEEE Transactions on Network and Service Management, v. 15, n. 3, p. 1063–1075, 2018. Disponível em: <https://ieeexplore.ieee.org/document/8340176/>. Acesso em: 13 jul. 2023.

[2] WEBER, Rolf H. Internet of things – Need for a new legal environment? Computer Law & Security Review, v. 25, n. 6, p. 522–527, 2009. Disponível em: <https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0267364909001514>. Acesso em: 13 jul. 2023.

[3] 深入浅出REST_SOA_Stefan Tilkov_InfoQ精选文章. Disponível em: <https://www.infoq.cn/article/rest-introduction>. Acesso em: 13 jul. 2023.

BRASIL. (2021) Ministério das Comunicações. “Internet das Coisas: um passeio pelo futuro que já é realidade no dia a dia das pessoas”. Disponível em: <https://www.gov.br/mcom/pt-br/noticias/2021/marco/internet-das-coisas-um-passeio-pelo-futuro-que-ja-e-real-no-dia-a-dia-das-pessoas>. Acesso em: 13 jul. 2023.

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KRAMP, T.; KRANENBURG, R, V.; LANGE, S. (2013) “Introduction to the Internet of Things”. In: BASSI, A. et al. (Eds.). Enabling Things to Talk: Designing IoT solutions with the IoT architectural reference model. Heidelberg: Springer.

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MINERAUD, J. et al. (2016) “A gap analysis of Internet-of-Things platforms”. Computer Communications, v. 89–90, p. 5–16, set. https://doi.org/10.1016/j.comcom.2016.03.015

FARIAS, G. F. “5G Redes de comunicações móveis de quinta geração: evolução, tecnologia, aplicações e mercado”. Trabalho de conclusão de curso – Engenharia Elétrica, Universidade do sul de Santa Catarina. Palhoça. 2019.

GSMA. (2018) “Road to 5G: Introduction and Migration”. Disponível em: <ttps://www.gsma.com/futurenetworks/wp-content/uploads/2018/04/Road-to-5G-Introduction-and-Migration_FINAL.pdf>. Acesso em: 13 jul. 2023.