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Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Eletrónica Industrial e ComputadoresThe Internet of Everything (IoE) is enabling the connection of an infinity of
physical objects to the Internet, and has the potential to connect every single
existing object in the world. This empowers a market with endless opportunities
where the big players are forecasting, by 2020, more than 50 billion connected
devices, representing an 8 trillion USD market.
The IoE is a broad concept that comprises several technological areas and will
certainly, include more in the future. Some of those already existing fields are the
Internet of Energy related with the connectivity of electrical power grids, Internet
of Medical Things (IoMT), for instance, enables patient monitoring, Internet of
Industrial Things (IoIT), which is dedicated to industrial plants, and the Internet
of Things (IoT) that focus on the connection of everyday objects (e.g. home
appliances, wearables, transports, buildings, etc.) to the Internet.
The diversity of scenarios where IoT can be deployed, and consequently the
different constraints associated to each device, leads to a heterogeneous network
composed by several communication technologies and protocols co-existing on the
same physical space. Therefore, the key requirements of an IoT network are
the connectivity and the interoperability between devices. Such requirement is
achieved by the adoption of standard protocols and a well-defined lightweight network
stack. Due to the adoption of a standard network stack, the data processed
and transmitted between devices tends to increase. Because most of the devices
connected are resource constrained, i.e., low memory, low processing capabilities,
available energy, the communication can severally decrease the device’s performance.
Hereupon, to tackle such issues without sacrificing other important requirements,
this dissertation aims to deploy an operating system (OS) for IoT, the
RIOT-OS, while providing a study on how network-related tasks can benefit from
hardware accelerators (deployed on reconfigurable technology), specially designed
to process and filter packets received by an IoT device.O conceito Internet of Everything (IoE) permite a conexão de uma infinidade
de objetos à Internet e tem o potencial de conectar todos os objetos existentes no
mundo. Favorecendo assim o aparecimento de novos mercados e infinitas possibilidades,
em que os grandes intervenientes destes mercados preveem até 2020 a
conexão de mais de 50 mil milhões de dispositivos, representando um mercado de
8 mil milhões de dólares.
IoE é um amplo conceito que inclui várias áreas tecnológicas e irá certamente
incluir mais no futuro. Algumas das áreas já existentes são: a Internet of Energy
relacionada com a conexão de redes de transporte e distribuição de energia à
Internet; Internet of Medical Things (IoMT), que possibilita a monotorização de
pacientes; Internet of Industrial Things (IoIT), dedicada a instalações industriais
e a Internet of Things (IoT), que foca na conexão de objetos do dia-a-dia (e.g.
eletrodomésticos, wearables, transportes, edifícios, etc.) à Internet.
A diversidade de cenários à qual IoT pode ser aplicado, e consequentemente,
as diferentes restrições aplicadas a cada dispositivo, levam à criação de uma rede
heterogénea composto por diversas tecnologias de comunicação e protocolos a coexistir
no mesmo espaço físico. Desta forma, os requisitos chave aplicados às redes
IoT são a conectividade e interoperabilidade entre dispositivos. Estes requisitos
são atingidos com a adoção de protocolos standard e pilhas de comunicação bem
definidas. Com a adoção de pilhas de comunicação standard, a informação processada
e transmitida entre dispostos tende a aumentar. Visto que a maioria dos
dispositivos conectados possuem escaços recursos, i.e., memória reduzida, baixa
capacidade de processamento, pouca energia disponível, o aumento da capacidade
de comunicação pode degradar o desempenho destes dispositivos.
Posto isto, para lidar com estes problemas e sem sacrificar outros requisitos importantes,
esta dissertação pretende fazer o porting de um sistema operativo IoT,
o RIOT, para uma solução reconfigurável, o CUTE mote. O principal objetivo
consiste na realização de um estudo sobre os benefícios que as tarefas relacionadas
com as camadas de rede podem ter ao serem executadas em hardware via aceleradores
dedicados. Estes aceleradores são especialmente projetados para processar
e filtrar pacotes de dados provenientes de uma interface radio em redes IoT periféricas
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