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5G e Cidades Inteligentes: soluções para um futuro hiperconectado
Os novos aplicativos de Internet das Coisas (IoT) estão permitindo iniciativas de Cidades Inteligentes em todo o mundo. Ele fornece a capacidade de monitorar, gerenciar e controlar dispositivos remotamente e criar novos insights e informações acionáveis a partir de fluxos massivos de dados em tempo real.
O que é uma cidade inteligente?
A Comissão Europeia define cidade inteligente como “um local onde as redes e serviços tradicionais tornam-se mais eficientes com o uso de tecnologias digitais e de telecomunicações em benefício dos seus habitantes e empresas”. A difusão e disponibilidade de novas tecnologias são necessárias para transformar uma cidade em uma cidade inteligente, contribuindo para atingir um alto nível de desenvolvimento urbano sustentável e melhorar a qualidade de vida dos seus cidadãos.
As cidades inteligentes usam a Internet das Coisas (IoT) para coletar dados em tempo real visando entender melhor como os padrões de demanda estão mudando e responder com soluções mais rápidas e de menor custo. Em termos gerais, os ecossistemas das cidades digitais são projetados para rodar em estruturas de TIC que conectam várias redes dedicadas de dispositivos móveis, sensores, carros conectados, eletrodomésticos, gateways de comunicação e data centers.
Em 2025, as tendências da IoT sugerem que o número de dispositivos conectados em todo o mundo aumentará para 75 bilhões. O número crescente de objetos que se interconectam gera um volume de dados sem precedentes que a cidade pode analisar localmente para tomar decisões mais fundamentadas sobre quais mudanças ou novos projetos beneficiarão mais os moradores. O termo “IoT Massiva” é uma descrição adequada do enorme número de sensores e dispositivos de IoT que se comunicarão.
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Para atingir uma visão na qual milhões de dispositivos estão conectados, o padrão da IoT deve garantir escalabilidade e versatilidade, oferecendo capacidade e eficiência de rede suficientes para conectar milhões de dispositivos, além de fornecer recursos avançados — como uma maior duração das baterias e uma área de cobertura mais ampla — para facilitar a expansão de novos casos de uso. A rede 4G existente foi projetada principalmente para aprimorar os serviços de dados móveis. No entanto, ela ainda enfrenta inúmeras limitações. Isso inclui suporte insuficiente para conexões simultâneas, alto consumo de energia e um alto preço por bit. Espera-se que o 5G desbloqueie o potencial da IoT e se torne uma força motriz para a cidade inteligente, abordando e superando esses problemas.
Impacto da densidade de dispositivos nas cidades inteligentes
A tecnologia 5G oferece vários recursos que afetarão positivamente as experiências digitais e as cidades inteligentes. Além de uma maior velocidade para fazer o upload e o download de dados, ela garante tempos de latência muito curtos e a capacidade de conectar vários dispositivos simultaneamente.
Uma menor latência significa diminuir o tempo entre o envio e o recebimento do sinal. O 5G leva esse tempo para menos 10 milissegundos (ou seja, metade do 4G mais avançado) e, na melhor das hipóteses, com atrasos de 1 milissegundo, o que significa que os dados serão transferidos em tempo real.
Além disso, com as novas redes, a velocidade e a latência não pioram, mesmo com dezenas de milhares de dispositivos conectados. Portanto, o 5G oferece maior densidade de dispositivos.
A combinação de alta densidade e baixa latência transformará profundamente as nossas cidades. Atualmente, em locais de férias lotados ou em estádios, algumas vezes a conexão piora. Com o 5G, isso não ocorrerá mais: será possível ter um grande número (até um milhão) de conexões simultaneamente para cada quilômetro quadrado.
Isso significa que, além de dispositivos pessoais, como smartphones, tablets, alto-falantes inteligentes e PCs, muitos outros dispositivos, objetos e sensores serão capazes de capturar informações e dialogar entre si. O foco estará na extrema simplicidade, no baixo consumo de energia para garantir um maior tempo de operação e na cobertura abrangente para alcançar locais desafiadores, além de uma maior densidade de conexões para que as redes possam aguentar o grande número de dispositivos implementados para aplicações de IoT.
Portanto, o 5G elimina essencialmente uma das barreiras para o desenvolvimento da Internet das Coisas, que, portanto, será capaz de demonstrar seu pleno potencial não apenas no ambiente residencial, mas também nas fábricas, nos edifícios públicos ou nas ruas.
A evolução da IoT massiva
A 3GPP adotou o termo “Comunicação Tipo Máquina” (MTC) para indicar a ampla área de comunicação sem fio com sensores, atuadores, objetos físicos e outros dispositivos não operados diretamente por seres humanos. Além disso, a MTC foi diferenciada de acordo com os dois principais desafios: “Comunicação Tipo Máquina massiva” (mMTC) e “Comunicação Tipo Máquina ultraconfiável” (uMTC). Como o nome sugere, a mMTC envolve o fornecimento de conectividade escalável para um número crescente de dispositivos, com foco na ampla cobertura de área e penetração indoor profunda. Um exemplo típico é a coleta de medições de um grande número de sensores de baixa potência, como a medição inteligente. Por outro lado, a uMTC envolve o fornecimento de links sem fio adequados para serviços de rede com requisitos muito rigorosos de disponibilidade, latência e confiabilidade. Dois exemplos importantes são as comunicações Vehicle‐to‐everything (V2X) e os aplicativos de controle industrial.
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O acervo de padrões 3GPP fez várias melhorias na arquitetura de rede 5G e nas especificações NR (New Radio) para melhorar o suporte a dispositivos de IoT usados por consumidores e empresas, além de adicionar novos recursos para permitir casos de uso mais amplos. Os dois principais desafios a serem enfrentados são: conectar muitos dispositivos em uma área ampla de maneira econômica e gerenciá-los de maneira eficiente ao longo de todo o seu ciclo de vida.
A IoT Massiva não faz parte da onda inicial das redes 5G e será incluída na Versão 16. Supondo que ela seja implementada em junho de 2020, as aplicações de IoT Massiva poderão ser lançadas no final de 2020 ou 2021, dependendo do desenvolvimento e do lançamento dos módulos de suporte.
Até que os módulos 5G para a IoT Massiva sejam lançados no mercado, a IoT de banda estreita (NB-IoT) baseada em 4G e o LTE para o padrão de comunicação de tipo de máquina (LTE-M) serão os padrões mais avançados para aplicações de IoT massiva.
Como os casos de uso da IoT envolvem sensores e dispositivos com um ciclo de vida longo, é importante assegurar uma transição suave para o 5G e estabilidade nas opções tecnológicas.
Cidades inteligentes: As soluções digitais para um futuro mais habitável
Em última análise, o 5G move a construção de cidades inteligentes da teoria para a prática e abre caminho para o desenvolvimento e implementação de novas aplicações, que vão do monitoramento da qualidade do ar, uso de energia e padrões de tráfego à iluminação pública, estacionamentos inteligentes, gerenciamento de multidões e resposta de emergência. A cidade inteligente usa soluções digitais, tecnologia e dados para melhorar significativamente vários indicadores-chave de qualidade de vida. Isso se traduz em melhoria do tempo de trânsito e deslocamento, rápido tempo de resposta a emergências, custos de assistência médica reduzidos, menor consumo de água, redução do desperdício à partir da reciclagem, diminuição de emissões nocivas, além de um enorme potencial de economia
Isso apresenta novas oportunidades de negócios para as empresas que fornecem serviços e aplicações para gerenciar ecossistemas de IoT complexos e transformar dados em insights inteligentes. Várias iniciativas no âmbito europeu, nacional e regional contribuem para enfrentar os desafios relacionados às cidades. A União Europeia iniciou o programa Horizon 2020 e a estratégia de Mercado Único Digital.
Reply expertise
A Reply conta com uma ampla experiência na área da IoT e está envolvida em várias atividades de pesquisa, bem como em propostas técnicas e comerciais para o contexto das cidades inteligentes. Por exemplo, uma sala de controle de dados permitiu a exposição, correlação, filtragem e visualização de dados, fornecendo um painel multivisão e multioperador para acessá-los e gerenciá-los. Como integradores de sistemas muito inovadores, podemos facilitar a adoção da tecnologia 5G depois de testá-la primeiro com nossos parceiros de telecomunicações.
A Reply também participou de vários projetos de pesquisa, contribuindo para os diferentes casos de uso de cidades inteligentes. Eles vão de uma solução integrada de estacionamentos inteligentes, utilizando diferentes tipos de sensores e veículos, passando pela comunicação da infraestrutura, aplicações para monitoramento remoto e atendimento de idosos que exploram vários dispositivos domésticos pessoais e inteligentes, a gêmeos digitais (digital twins) de fábricas para otimização de processos.
Todos esses exemplos envolvem o uso de vários sensores inteligentes, atuadores e outros tipos de objetos. Os demonstradores de provas de conceito foram implementados no 4G ou Wi-Fi para mostrar a viabilidade da solução em uma pequena escala. A adoção do 5G fornecerá a melhoria de desempenho necessária para integrar um grande número de dispositivos de maneira econômica e passar da pesquisa para os serviços comerciais.