Por que o 4G é a conectividade ideal para o campo hoje?

1.INTRODUÇÃO.

GSM: trata-se da mais difundida tecnologia para redes de comunicação de celulares. É especificada por um grupo grande de empresas de tecnologia, que formam a organização 3GPP. A evolução das redes GSM é especificada pelo 3GPP em versões (“Releases” em inglês). Quando as mudanças na rede têm avanços significativos a versão recebe a nomenclatura de geração (1G, 2G, 3G, etc.).

A rede 4G, como tecnologia de evolução de longo prazo (LTE, do inglês “Long-Term Evolution”), é uma tecnologia padrão aberta especificada pelo 3GPP, que provê velocidades aumentadas em 10Mbps, 100Mbps ou superior. É uma tecnologia de rede totalmente voltada aos protocolos de internet (IP, “Internet Protocol”), permitindo serviços de banda larga móvel, com perspectiva de evolução a longo prazo. Como evolução a longo prazo, é uma rede com arquitetura “à prova do futuro”, capaz de suportar os casos de uso atuais e pronta para evolução gradual.

A rede 5G, que também é definida e padronizada pelo 3GPP, é a evolução do 4G, promove uma sociedade totalmente móvel e conectada, por prover uma variedade grande de novos casos de uso e modelos de negócio, com enorme diversidade de requisitos. É esperado que a tecnologia 5G traga tremendo aumento na conectividade, na capacidade de tráfego móvel e melhor desempenho com maior taxa de transferência, menor latência e maior densidade de conectividade.

2.OBJETIVO.

Explicar as tecnologias 4G e 5G, com ênfase nas características técnicas de ambas, enfatizando que a rede 4G é adequada para aplicações rurais atualmente. Não é intenção prover descrições técnicas precisas e detalhadas com análise de protocolos, mas abordar as considerações práticas nas aplicações rurais.

3.CARACTERíSTICAS TÉCNICAS.

Dados técnicos

Taxa de dados: quantidade de dados que o terminal (celular ou dispositivo de telemetria) consegue transmitir por segundo, também conhecida como velocidade de conexão de dados. Em geral existem taxas diferentes, de acordo com o sentido do fluxo de dados, menor do terminal ou celular para a rede (upload ou uplink) e maior da rede para o terminal (download).

Latência: este parâmetro avalia o atraso que a rede causa nos dados transmitidos pelo terminal até o destino. Depende de características ambientais e locais que interferem (como reflexão e ruído de RF, entre outras), tipo de transmissão utilizada para os dados (cabos, rádio frequência, satélite), distância, entre outros itens. O limite da latência para a comunicação de voz é 0,2s (ou 200ms -mili segundo) e para aplicações de vídeo menos de 0,1s.

IoT: internet das coisas (Internet of Things) trata da conectividade de equipamentos, sejam operados por pessoas ou não. Em geral tem tráfego de dados com menor velocidade que para o acesso pessoal à internet. O foco IoT é automação, devido a comunicação direta entre dispositivos.

LPWA: tipo de tecnologia para conexão de dispositivos IoT de baixa energia em distâncias longas, muito adequado para sensores e telemetria equipamentos. O termo vem do inglês para rede de grande área e baixa energia (Low Power Wide Area Network). Várias tecnologias se enquadram como LPWA: Lora, NB-IoT e Sigfox, entre outras. O termo LPWAN é comum às redes de grande alcance com baixa energia e baixa velocidade.

Principais características do 4G:

Taxa de dados: num cenário ideal é capaz de fornecer 100Mbps para download e 50Mbps para upload. Como exemplo, em cenários limítrofes pode-se esperar 1Mbps para download e 500Kbps para upload.

Latência: em geral de 40ms a 80ms, que atende aplicações de sensores, voz e vídeo, atendendo perfeitamente todas as aplicações agrícolas atuais.

IoT: 4G LTE suporta a tecnologia NB-IoT (do inglês IoT com banda estreita – Narrow Band IoT), que atende perfeitamente todas as demandas de conexão de sensores e dispositivos que demandam baixa taxa de dados e de algumas informações de máquinas, inclusive no ambiente agrícola.

Exemplos de aplicações suportadas em 4G:

•Vídeo em tempo real: câmeras de vigilância, vídeo chamada e vídeo sob demanda (streaming).

•Telemetria, telecomando e certa automação: a velocidade e estabilidade da rede 4G permite telemetria de máquinas, comando de dispositivos (como válvulas de irrigação) e automação de atividades. Alguns sistemas autônomos operam sobre rede 4G.

•Sensores: com a rede LPWAN NB-IoT as redes 4G LTE permitem a conexão de sensores no campo, para medição de clima, dados de solo, vegetação etc. Com grande alcance.

Principais características do 5G:

A rede 5G em geral traz os seguintes benefícios em relação ao 4G:

Taxa de dados: banda de frequências muito maior para transmissão de dados, que se traduz em velocidades de upload e download muito maiores (tecnicamente chamada de xMBB ou eMBB –extreme or enhanced Mobile Broadband – banda larga móvel extrema ou melhorada). Tem como objetivo fornecer 1Gbps para download e perto de 300Mbps para upload.

Latência: provê comunicação confiável com latência ultrabaixa (tecnicamente chamada de URLLC – Ultra Reliable Low Latency Communications), perto de 1ms.

Iot: permite a comunicação do tipo máquina massiva (tecnicamente chamada de mMTC – massive Machine Type Communications), permitindo a comunicação e automação entre dispositivos de forma melhorada, com capacidade 100 vezes maior de conectar sensores que o 4G.

Exemplos de aplicações suportadas em 5G:

As redes 5G suportam todas as aplicações de 4G e mais:

•Vídeo em tempo real pode ser utilizado com telemetria e telecomandos, por exemplo, para controlar uma cirurgia remotamente.

•Telemetria e telecomando para habilitar sistemas autônomos críticos, incluindo veículos.

•IoT: suporte a uso massivo de sensores em áreas rurais ou urbanas, para monitoramento e controle de sensores de solo, eletrodomésticos, leitura de gás, água, energia elétrica, etc.

O 5G foi desenvolvido considerando uma variedade grande de aplicações, com requisitos diferentes de desempenho e interação entre pessoas, entre máquinas e entre ambos. A figura abaixo ajuda a entender o potencial das redes 5G, nas dimensões eMBB, URLLC e mMTC; numa visão prática.

Comparação entre as redes 4G e 5G:

Parâmetro técnico      4G       5G

Velocidade      10-100Mbps DL / 200kpbs-50Mbps UL        ~1Gbps DL – ~300Mbs UL

Latência          40-80ms          ~1ms

IoT       Suportado       Capacidade 100x maior

Aplicações      Vídeo, telemetria, telecomando e IoT.          Vídeos em alta resolução, telemetria e telecomando de veículos autônomos e alta capacidade de IoT simultâneos.

4.CONCLUSÃO

A adoção de qualquer tecnologia deve ser baseada nos casos de uso e relação custo-benefício. Como mostrado neste documento, as redes 5G trarão alto desempenho e capacidade em comparação com as redes 4G, mas não há casos de uso para justificar o uso de 5G em aplicações rurais atualmente.

Além disto, a rede 4G LTE provê uma evolução sólida e padronizada das funcionalidades, à prova de futuro, atendendo perfeitamente as aplicações rurais atuais mais recentes.

As principais redes 5G instaladas comercialmente no mundo estão pondo foco na banda larga urbana, para complemento aos acessos fixos residenciais.

A liberação da especificação do 5G na versão 16 pelo 3GPP, uma das mais importantes, está prevista para liberação em julho de 2020 e somente haverá equipamentos disponíveis totalmente compatíveis em 2021.

Outro aspecto sobre o 5G é que no Brasil ainda está em discussão as frequências que serão utilizadas para o 5G, que serão leiloadas, ainda incerta a definição. Atual previsão da Anatel indica faixa de 3.5GHz com maior oferta de canalização ou faixa de frequência. A frequência de 3.5GHz devido a sua característica de propagação não é adequada para cobertura de grandes áreas, em ambientes rurais.

O comitê técnico do ConectarAgro está acompanhando todos estes aspectos, para promover o 5G nas aplicações rurais na época e da forma correta.

Pelos motivos expostos a utilização de redes 4G LTE em ambientes rurais no Brasil é a melhor alternativa hoje e num futuro próximo.