Introdução a Internet das Coisas IoT

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INTRODUÇÃO A 
INTERNET DAS 
COIAS - IOT 
Apostila do aluno 
 
FIT-F.24.1.01-04 Rev. B 
 
Dr. Gabriel Fré – Pesquisador 
Autor da apostila 
 
 
Larissa Jessica Alves – Analista de Suporte Pedagógico 
Revisão da apostila 
 
 
Fit Instituto de Tecnologia 
Sorocaba, setembro de 2021 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
FIT-F.24.1.01-04 Rev. B 
Autor 
 
Gabriel é doutor em engenharia elétrica pela 
Universidade Federal de Itajubá, mestre em 
telecomunicações pelo Instituto Nacional de 
Telecomunicações, onde também cursou 
engenharia elétrica. Trabalha como Engenheiro de 
Pesquisa e Desenvolvimento no Flextronics Instituto 
de Tecnologia (FIT), onde é pesquisador sobre 
novas tecnologias em 5G voltadas para a indústria, 
incluindo conectividade wireless, IoT, Smart-devices 
e Engenharia de antenas e propagação. Além disso, é professor no Centro 
Universitário Facens, onde faz parte do corpo docente do curso de engenharia 
da computação. Possui experiência com processamento digital de sinais, 
engenharia de antenas, engenharia de micro-ondas, comunicações ópticas e 
fotônica do grafeno. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
FIT-F.24.1.01-04 Rev. B 
APRESENTAÇÃO 
 
A presente apostila é um instrumento teórico que complementa o curso 
de capacitação de Introdução a Internet das Cosias (IoT) – Nível Básico, 
executado pelo Fit- Instituto de Tecnologia. Nela, veremos uma breve história 
das redes de comunicação sem fio e como alcançamos o atual patamar de 
internet das coisas, além de verificarmos algumas das principais tecnologias 
recorrentes no mercado, suas principais características e exploraremos algumas 
possibilidades de casos de uso. Este material é baseado em artigos científicos, 
periódicos, revistas científicas e livros científicos. É extremamente recomendável 
ao aluno que, ao final da leitura de cada seção, realize os exercícios propostos 
e acesse os materiais indicados nas referências bibliográficas, para aprofundar 
a leitura desse material e complementar o que foi lido aqui. 
A apostila está dividida em quatro seções, iniciando com uma introdução 
aos princípios de comunicação, na seção 1. Entenderemos algumas das 
principais características pertinentes a todos os sistemas de comunicação na 
seção 2. Na seção 3, faremos uma revisão histórica para entender como surgiu 
a necessidade de interconectar coisas e qual a diferença que existe entre 
Internet de Coisas e Internet Humana. Na seção 4, estão apresentadas algumas 
das principais tecnologias de IoT e o modo como são capazes de atender a 
certos tipos de cenários e mercados. 
Desejo a você, prezado aluno, que tenha um excelente curso!! 
 
 
Boa Leitura !! 
 
 
 
 
 
Indicação de ícones 
 
 
FIT-F.24.1.01-04 Rev. B 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
FIT-F.24.1.01-04 Rev. B 
Lista de siglas: 
3GPPp Third Generation Public Private Partnership 
AMPS Advanced Mobile Phone System 
BSC Base Station Controller 
BTS Base Transceiver Station 
CAGR Compound Annual Growth Rate 
CAGR Compound Annual Growth Rate 
CDMA Code Division Multiple Access 
D-AMPS Digital - Advanced Mobile Phone System 
eMBB enhanced Mobile Broad Band 
eNB Enhanced Node-B (RBS em sistemas 4G) 
FDMA Frequency Division Multiple Access 
GPU Graphich Process Unity 
GSM Global System for Mobile 
HW Hardware 
IP Internet Protcol 
IoT Internet of Things 
LAN Local Area Network 
LPWAN Low Power Wide Area Network 
LTE Long Term Evolution 
M2M Machine-to-Machine 
mMTC massive Machine Type Communication 
MSC Mobile Switching center 
PAN Personal Area Network 
PTT Push to Talk 
RAM Random Access Memory 
RBS Radio Base Station 
SMS Short Message Service 
TDMA Time Division Multiple Access 
URLLC Ultra Reliable Low Latency Communication 
WAN Wide Area Network 
PC Personal Computer 
SW Software 
 
 
 
 
 
FIT-F.24.1.01-04 Rev. B 
 
Sumário 
1. Introdução às Telecomunicações ................................................... 6 
1.1 Definição de comunicação .......................................................... 6 
1.2 Desafios em sistemas de comunicação ...................................... 7 
1.3 Modelos de comunicação ............................................................ 7 
1.4 Topologias de redes .................................................................. 10 
2 Características dos sistemas de comunicação ............................. 12 
2.1 Frequência e Largura de Banda ................................................ 12 
2.2 Potência .................................................................................... 14 
2.3 Vazão e Latência ....................................................................... 17 
2.4 Exercícios .................................................................................. 18 
3 Comunicações Móveis .................................................................. 21 
3.1 A evolução ao longo das gerações – 0G ................................... 21 
3.2 1G – Introdução do conceito de Redes Móveis ......................... 22 
3.3 2G – A digitalização................................................................... 24 
3.4 3G – O mundo multimídia .......................................................... 26 
3.5 4G – Internet móvel para todos ................................................. 28 
3.6 5G – Introdução da ubiquidade ................................................. 31 
3.7 Exercícios .................................................................................. 33 
4 Tecnologias IoT ............................................................................ 37 
4.1 Cenários, requisitos e aplicações .............................................. 38 
4.2 Tecnologias aplicáveis .............................................................. 39 
4.2.1 WiFi ........................................................................................ 41 
4.2.2 BLE ........................................................................................ 44 
4.2.3 Zigbee .................................................................................... 47 
4.2.4 LoRa ...................................................................................... 48 
 
FIT-F.24.1.01-04 Rev. B 
4.2.5 Sigfox ..................................................................................... 51 
4.2.6 Mesh ...................................................................................... 52 
4.2.7 CAT-M .................................................................................... 55 
4.2.8 NB-IoT .................................................................................... 56 
4.3 Escolhendo uma rede IoT para o meu projeto. ......................... 59 
4.4 Exercícios .................................................................................. 61 
Conclusão .............................................................................................. 66 
Referências ............................................................................................ 67 
2. CONTROLE DE REVISÃO DO DOCUMENTO / DOCUMENT REVISION 
CONTROL 71 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
6 
 
FIT-F.24.1.01-04 Rev. B 
 
1. Introdução às Telecomunicações 
Muito embora este curso seja sobre Internet das Coisas, em que se 
espera um breve histórico sobre como as máquinas evoluíram, se miniaturizaram 
e se tornaram completamente conectadas, o tema como um todo, 
invariavelmente, se baseia nos princípios das telecomunicações. Por este 
motivo, antes que apresentemos como as redes IoT operam, e os seus princípios 
de funcionamento, precisamos primeiramente rever alguns conceitos sobre 
telecomunicações. 
 
1.1 Definição de comunicação 
Comunicar é a tarefa de entregar uma mensagem inequivocamente de um 
emissor para um receptor designado. Em linhas gerais estes são os principais 
agentes em qualquer modelo decomunicação [1-3]: 
➢ Emissor: é onde está a fonte da mensagem. 
➢ Mensagem: contém a informação originada no emissor. Devem-se observar 
característica como formato, tamanho e contexto. 
➢ Receptor: é o agente que não tem a informação e não necessariamente tem 
ciência de sua existência. 
➢ Canal: pode ser entendido como tudo aquilo que interage com a mensagem, 
usualmente causando desvanecimento ou distorção. 
 
Emissor Receptor 
Mensagem 
Canal 
Figura 1 - Modelo de comunicação envolvendo seus quatro componentes 
principais: Emissor, Receptor, Mensagem e Canal. Fonte: Autoria própria. 
7 
 
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1.2 Desafios em sistemas de comunicação 
Quando o emissor e o receptor estão geograficamente separados, essa 
entrega de mensagem é então denominada de “telecomunicação”, e é nessas 
circunstâncias em que os desafios para cumprir essa tarefa são evidenciados. 
Podemos citar alguns: 
➢ Perda de informação: ocorre quando a mensagem não consegue ser 
entregue, e o receptor não toma ciência de que houve uma tentativa de 
comunicação.[2] 
➢ Distorção da informação: neste caso o receptor entende que houve uma 
tentativa de comunicação, porém a mensagem não pode ser entendida. Com 
isso, caso o sistema permita, o destinatário pode solicitar ao emissor uma 
retransmissão.[4] 
➢ Destinatário errado: também pode ser entendida como falha na 
comunicação. Quando a mensagem tem um destinatário específico (nem 
sempre isso acontece), é importante que seja entregue para este 
destinatário, e somente este. 
➢ Intercepção: é similar ao caso anterior, porém ocorre quando uma 
informação consegue ser percebida e entendida por um agente alheio a 
comunicação em questão.[5] 
➢ Jamming: é quando a informação contida na mensagem é corrompida por 
um sinal intencional de grande intensidade, com o objetivo de evitar que o 
receptor compreenda o conteúdo mensagem.[6] 
Usualmente, quando se trata de casos reais em telecomunicações, a tarefa de 
comunicar pode ter que enfrentar todos estes desafios ao mesmo tempo. 
 
1.3 Modelos de comunicação 
Podemos agrupar alguns modelos de comunicação que distinguem a 
forma como a mensagem pode ser entregue de um emissor para um ou mais 
destinatários, e quando possível, de um ou mais destinatários para os seus 
respectivos emissores. Teremos: 
➢ Ponto a ponto: caracterizada pela troca de mensagens entre dois, e 
somente dois agentes envolvidos. Neste caso, o destinatário é de grande 
importância, em que o sistema deve garantir que as mensagens sejam 
8 
 
FIT-F.24.1.01-04 Rev. B 
entregues aos seus devidos interessados e, ao mesmo tempo, não sejam 
perceptíveis para qualquer outro agente alheio a comunicação ponto a ponto 
em questão.[2] 
➢ Ponto-multiponto: Neste caso, tem-se a entrega de mensagens de forma 
unidirecional de um agente emissor para diversos receptores interessados. 
Neste caso, também deve-se entender que a mensagem seja restrita a estes 
agentes interessados, não podendo ser percebida por outros que sejam 
alheios a esta comunicação.[2] 
➢ Broadcast: Similar ao caso anterior, tem-se a figura de um transmissor e 
diversos receptores. Mas neste caso, não há controle sobre para quem a 
mensagem será entregue, e neste caso, é concebível que qualquer um 
possa ser interessado na comunicação.[2] 
 
O último aspecto das telecomunicações que iremos apresentar se trata 
dos sentidos em que as mensagens podem ser enviadas entre os agentes 
envolvidos na comunicação. Em linhas gerais, temos: 
➢ Simplex: é o tipo de comunicação tipicamente adotado em aplicações de 
boradcast, em que a mensagem apenas pode fluir no sentido do emissor 
para os seus devidos receptores.[2,7] 
➢ Half-duplex: nesse caso é possível que as mensagens sejam trocadas em 
ambos os sentidos. Ou seja, emissor e receptor podem inverter seus papeis. 
Esta inversão precisa ser necessariamente orquestrada, pois a informação 
pode se perder quando dois agentes tentam transmitir ao mesmo tempo. 
Esta característica ocorre quando existe apenas um canal para os dois 
sentidos da mensagem. É comum que em aplicações de radiofonia half-
duplex, cada um dos interlocutores encerre suas transmissões dizendo 
“Câmbio”. Com isso o emissor está informando para todos aqueles que 
possam estar escutando que ele encerrou a mensagem, e a partir daquele 
momento ele deixa de ser emissor e passa a ser mais um receptor no meio 
de comunicação. Este tipo aplicação é conhecida como PTT, ou Push to 
Talk, em que os rádios por padrão são sempre receptores e, ao pressionar 
de um botão, o rádio é capaz de inverter o sentido para transmitir. [2,7] 
9 
 
FIT-F.24.1.01-04 Rev. B 
Curiosidade: a direção da informação é tão importante que 
descuidos com este aspecto já causaram grandes problemas. Um 
exemplo disso é o maior desastre aéreo de que se tem registro, o 
Desastre de Tenerife. Na ocasião dois aviões de passageiros 
colidiram na pista de pouso vitimando um total de 583 vidas humanas. Um dos 
motivos que contribuíram para este acidente foi a perda de uma mensagem do 
controle de tráfego por conta de duas transmissões simultâneas. [8] 
➢ Full-Duplex: é quando os agentes envolvidos na comunicação podem 
transmitir e receber ao mesmo tempo. É o modelo de comunicação 
predominante em diversos serviços de telecomunicações, como a própria 
telefonia. Apesar de haver a vantagens evidentes pelo fato de a troca de 
mensagens poder ocorrer em ambos os sentidos e em tempo real, destaca-
se que a maior das desvantagens é a necessidade de haverem dois canais 
de comunicação – entenda-se o dobro de recursos necessários. [2,7] 
Em se tratando de comunicações digitais, é possível conceber duas 
variações do modelo de comunicação full-duplex identificado como FDD e 
TDD. 
➢ FDD – Frequency Division Duplex: nesse caso existem de fato dois canais 
de frequência, um para cada sentido do fluxo de mensagens. Esta 
modalidade tende a ser ofertada para serviços que requeiram maior 
velocidade, uma vez que são esperados custos envolvidos mais elevados, 
afinal de contas, dois canais de frequências representam o dobro de 
recursos necessários.[7] 
➢ TDD – Time Division Duplex: é uma possibilidade que só é válida para 
comunicações digitais. Neste caso a troca de mensagens ocorre nos dois 
sentidos no mesmo canal, porém em intervalos de tempos diferentes. Esta 
concepção é muito parecida com o modelo Half-duplex. Porém, neste caso 
a troca nos papeis de emissor e receptor é feita de forma automática e 
transparente pelo sistema. [7] 
Cada uma destas características apresentadas pode ser mais adequada 
para modelos diferentes de tecnologias IoT. Como será apresentado nas 
próximas seções, o modelo de comunicação adotado pela Internet das Coisas é 
diferente ao que se vê na Internet das pessoas. Somente pelo entendimento de 
10 
 
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suas características fundamentais é que se pode compreender o real potencial 
do IoT, suas funcionalidades, motivadores e desafios. Na próxima seção, será 
contada a história da tecnologia “mãe” do que hoje entendemos como IoT, que 
são as comunicações móveis, ou simplesmente, telefonia celular. Iremos 
entender quais foram as necessidades socioeconômicas que fizeram esta 
tecnologia emergir, se estabelecer e ser disseminada para as grandes massas 
ao longo dos anos. Veremos também que a forma como as pessoas utilizavam 
os serviços de dados móveis sofreu algumas transformações ao longo das 
gerações e, com isso novos nichos de mercado surgiram. Nichos este que são 
preenchidos pela chamada Internet das Coisas. 
 
1.4 Topologias de redes 
Topologia é o parâmetro que estabelece como os dispositivos se 
conectam em uma rede de comunicação. Em se tratando de redes específicas 
para Internet das Coisas é comum que exista uma figura central a qual todos os 
outros dispositivos se conectam. Quando isso acontece, tem-se a topologia 
“estrela” ou “estrela estendida”.Nesta última é possível que um dispositivo possa 
se conectar a outros semelhantes (como se fosse uma ponte), 
consequentemente agindo como um concentrador secundário. Na realidade este 
concentrador é chamado de “Gateway”, e tem como principal função orquestrar 
a comunicação de todos os dispositivos a ele conectado, além de ser o canal 
para que haja conexão com a internet ou serviços de nuvem.[9] 
Quando os dispositivos conseguem se comunicar diretamente com 
outros, independentemente do gateway, configura-se aí uma rede do tipo mesh. 
Neste caso, é esperado que o alcance da rede seja maior, porém a complexidade 
para configurar e gerir a rede tende a ser mais elevada. [2,3] 
11 
 
FIT-F.24.1.01-04 Rev. B 
 
Figura 2 - Topologia aplicáveis nas Redes IoT e suas vantagens e desvantagens quanto 
aos parâmetros relevantes para a tecnologia. Fonte: autoria própria. [1-3] 
 
12 
 
FIT-F.24.1.01-04 Rev. B 
2 Características dos sistemas de comunicação 
 
Em linhas gerais, um dos objetivos deste curso é apresentar algumas das 
tecnologias de redes da Internet das coisas (IoT) e entender como podem ser 
aplicadas em certos tipos de contextos ou cenários. Por exemplo, a tecnologia 
conhecida como Bluetooth Low Energy é mais adequada para comunicações de 
curto alcance do que telefonia celular. Assim, em um contexto em que dois 
dispositivos convivem em proximidade um do outro, utilizar Bluetooth é mais 
vantajoso, ainda que seja possível utilizar a rede de telefonia móvel (4G, por 
exemplo) para fazer a mesma tarefa. 
Mas o que torna uma tecnologia mais adequada que as suas concorrentes 
para um certo tipo de serviço? 
Para responder este questionamento, é preciso primeiramente reunir as 
características que tornam essas tecnologias distintas, e entender o significado 
de cada uma delas. Nesta seção serão apresentados alguns destes parâmetros 
de modo a viabilizar esta compreensão de forma ampla e abrangente. Podemos 
citar: Frequência, Largura de Banda, Potência, Vazão e Latência. 
 
2.1 Frequência e Largura de Banda 
Apesar de o significado físico de frequência indicar a quantidade de ciclos 
que um corpo, partícula ou campo completa em uma unidade de tempo, no 
âmbito deste curso, podemos entender frequência como uma coleção de canais 
em que os dispositivos de comunicação sem fio operam. Tal como definimos 
anteriormente, a comunicação consiste na entrega de uma mensagem de um 
emissor para um receptor. Para cumprir esta entrega é preciso que a mensagem 
atravesse um canal, e por isto seja compatível com ele. Por exemplo, não é 
possível enviar um sinal de fumaça durante uma noite escura. Neste caso o canal 
obstrui ou filtra a mensagem. O mesmo ocorre com canais de frequência: 
mensagens que precisam ser entregues em alta velocidade (muitos bits por 
segundo) obrigatoriamente precisam ser enviadas por canais de frequências 
mais elevadas. Do mesmo modo, quando a preocupação é que a mensagem 
viaje por distâncias muito longas, é mais adequado que se utilize canais de 
frequências mais baixas. Além disso, a relação entre frequência e o comprimento 
13 
 
FIT-F.24.1.01-04 Rev. B 
de onda, exige que para baixas frequências os tamanhos das antenas sejam 
maiores do que seriam se operassem em altas frequências. 
Todo canal de frequência é definido entre uma frequência mínima, 𝑓𝑚í𝑛, e 
uma frequência máxima, 𝑓𝑚á𝑥. Por tanto, a faixa de frequências compreendida 
entre 𝑓𝑚í𝑛 e 𝑓𝑚á𝑥 é denominada largura de banda, ou 𝐵𝑊 (Bandwidth): [1] 
 
 𝐵𝑊 = 𝑓𝑚á𝑥 − 𝑓𝑚í𝑛 (1) 
 
Outro parâmetro importante nestes casos é a frequência central, 𝑓𝑐, que 
normalmente dá nome à sua faixa. Por exemplo, a faixa de 915 MHz, é definida 
entre as frequências de 868 e 928 MHz. Define-se por: [1] 
 
 𝑓𝑐 = 𝑓𝑚í𝑛 +
𝐵𝑊
2
= 𝑓𝑚á𝑥 −
𝐵𝑊
2
 (2) 
 
 
A Figura 3 mostra algumas das faixas de frequências disponíveis para 
tecnologias de IoT e outras comunicações sem-fio. Podemos agrupar essas 
faixas em três grandes grupos com características semelhantes: 
 
➢ ISM (Industrial, Scientific and Medical) sub-gigahertz: comumente 
referenciada pelas faixas de 433MHz e 915MHz. Estas faixas pertencem a 
categoria das chamadas “não-licenciadas”, ou seja, o usuário não precisa 
pagar pelo uso deste recurso. A faixa de 433 MHz já é amplamente utilizada 
em aplicações como controles remotos, RFID e outros serviços de mais 
longo alcance. [10] 
➢ Faixas de WiFi: faixas de 2,4, 5 e 6 GHz. Apesar da designação “WiFi” se 
referir a um padrão de tecnologia definido pelo IEEE, que normaliza as redes 
do tipo LAN (Local Area Network) e PAN (Personal Area Network), é comum 
utilizar o termo para se referir a estas faixas de frequência. Contudo, estas 
faixas também podem ser utilizadas por tecnologias semelhantes, como é o 
caso do Bluetooth. Estas faixas também se enquadram na categoria de não-
licenciadas. [11] 
14 
 
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➢ Comunicações móveis: são as frequências utilizadas por redes de telefonia 
móvel. Existe uma grande gama de frequências e que variam de um país 
para outro. São bandas licenciadas, ou seja, seu uso depende de 
autorizações governamentais, e pagamentos periódicos. Atualmente, para 
aplicações IoT e outros modelos de conexão de dados, é comum o uso das 
chamadas faixas GPRS (3G) Quad-Band, que correspondem a faixas de 
frequências em 850, 900, 1800 e 1900 MHz. Além disso, as redes 4G 
também utilizam uma faixa em 2,3 GHz e em 5G se discute o uso da faixa 
de 3,5 GHz. [12] 
 
 
Figura 3 - Faixas de frequência e suas aplicações no Brasil. Fonte: autoria própria. 
 
2.2 Potência 
A definição de Potência, assim como a Frequência, envolve um elaborado 
conjunto de conceitos da física. Formalidades à parte, para este curso 
poderemos entender “potência” como a intensidade do sinal que é lançado pelo 
emissor ou que é percebido pelo receptor da mensagem. O fato é que a potência, 
ou intensidade do sinal gerado, sempre sofrerá desvanecimento ao se propagar 
por qualquer que seja o canal. Um exemplo disso ocorre quando alguém fala 
alguma coisa que não entendemos, e instintivamente nos aproximamos do 
interlocutor pra ouvir melhor. Quando reduzimos a distância entre emissor e 
receptor, reduzimos também a atenuação que a mensagem vai sofrer no 
caminho. [4] 
15 
 
FIT-F.24.1.01-04 Rev. B 
A atenuação que a mensagem sofre no caminho entre emissor e receptor 
não está relacionada (somente) às perdas devido aos obstáculos, interferências 
ou dissipação. Apesar de todos estes fatores afetarem a propagação dos sinais, 
quando se trata de propagação no espaço livre o que majoritariamente 
desvanece a mensagem é a distância. Tanto é que mesmo transmissões no 
vácuo do espaço chegam à Terra com intensidade muito reduzida. Se não há 
matéria para dissipar a energia da mensagem, então como ela é atenuada 
apenas por se deslocar pelo espaço? 
Podemos responder esta questão ao analisar a Figura 4. A ilustração 
representa um ponto no espaço irradiando o que, no nosso entendimento, seria 
um sinal de mensagem. Primeiramente, consideramos que toda a potência 
originada no emissor é distribuída por todo o primeiro círculo, e conforme a onda 
(ou a mensagem) se propaga o círculo fica cada vez maior. A área do círculo 
aumenta conforme a distância aumenta, no entanto, a potência não aumenta. 
Então, quanto mais distante, maior é a área que aquela mesma potência que foi 
irradiada precisa cobrir, isso dá ao receptor a percepção de que a intensidade 
do sinal é reduzida ao longo da distância. [4] 
 
Figura 4 - Efeito do desvanecimento de um sinal de mensagem ao longo da distância. Fonte: 
autoria própria. 
A unidade de medida da potência, ou intensidade, do sinal é o Watt [W], 
que pode também ser representado na escala logarítmica como dBm. Apesar de 
parece complicado, esta medida apenas relaciona o valor observado com uma 
quantidade bem conhecida de potência elétrica,o milli-Watt, ou 1 × 10−3[W]. Ou 
16 
 
FIT-F.24.1.01-04 Rev. B 
seja, quando lemos que a potência recebida em um certo sistema é de 10 dBm, 
isso simplesmente indica que a potência a qual a leitura se refere é 10 vezes 
maior que 1mW. De forma genérica, escrevemos: 
 
 𝑃dBm = 10 log (
𝑃Watt
1mW
) (3) 
 
Se levarmos em conta o rigor matemático, o mais correto é: 
 
 𝑃dBm = 10 log (
𝑃Watt
1 × 10−3
) (4) 
 
À seguir, podemos verificar uma tabela de conversão com alguns valores 
de referência. 
. 
 𝑷𝐖𝐚𝐭𝐭 𝑷𝐝𝐁𝐦 𝑷𝐖𝐚𝐭𝐭 𝑷𝐝𝐁𝐦 𝑷𝐖𝐚𝐭𝐭 𝑷𝐝𝐁𝐦 𝑷𝐖𝐚𝐭𝐭 𝑷𝐝𝐁𝐦 
 
1nW -60.00 1uW -30.00 1mW 0.00 1W 30.00 
2nW -56.99 2uW -26.99 2mW 3.01 2W 33.01 
4nW -53.98 4uW -23.98 4mw 6.02 4W 36.02 
4nW -53.01 5uW -23.01 5mW 6.99 5W 36.99 
10nW -50.00 10uW -20.00 10mW 10.00 10W 40.00 
20nW -46.99 20uW -16.99 20mW 13.01 20W 43.01 
40nW -43.98 40uW -13.98 40mW 16.02 40W 46.02 
50nW -43.01 50uW -13.01 50mW 16.99 50W 46.99 
100nW -40.00 100uW -10.00 100mW 20.00 100W 50.00 
200nW -36.99 200uW -6.99 200mW 23.01 200W 53.01 
400nW -33.98 400uW -3.98 400mW 26.02 400W 56.02 
500nW -33.01 500uW -3.01 500mW 26.99 500W 56.99 
Tabela 1- Conversão de valores de Potência em Watt para dBom. Fonte: autoria própria. 
Além de representar a intensidade de um sinal transmitido ou recebido, 
este valor também está relacionado com a sensibilidade de um dispositivo de 
comunicação. Ou seja, quanto mais baixo for o valor da sensibilidade de um 
equipamento, menor será o nível necessário na sua entrada para que a 
mensagem seja entendida de forma inequívoca. Portanto, quanto mais sensível, 
mais longo será o alcance da comunicação. 
 
17 
 
FIT-F.24.1.01-04 Rev. B 
2.3 Vazão e Latência 
“De quanto é a internet na sua casa?” 
Quando se fala em redes comunicação, é muito usual que estes 
parâmetros sejam os primeiros a aparecer nas discussões, afinal de contas, é 
com base nestes parâmetros que as operadoras vendem os seus serviços. Toda 
vez que nos referimos a velocidade das nossas internets, seja móvel, discada, 
banda larga, fibra... estamos falando de vazão. Do inglês, throughput, que se me 
mede em bits por segundo, ou bps. Apesar de estarmos sempre relacionando a 
qualidade da nossa internet com a sua vazão, altas vazões não são 
necessariamente requisitos de um bom sistema de comunicação. [1-3] 
Em se tratando de comunicação do tipo máquina-máquina (M2M), este 
aspecto não é dominante na escolha das redes. Isto porque máquinas não estão 
“preocupadas” com telas de alta resolução, som de alta fidelidade para acessar 
seu serviço favorito de streaming dentro do metrô enquanto voltam do trabalho. 
O perfil de uso das redes por parte das máquinas ou das coisas (daí o termo IoT) 
é bem diferente do perfil de uso humano. Quando falamos de internet das coisas, 
é comum que as vazões sejam da ordem de dezenas à centenas quilo-bits por 
segundo (kbps), que são valores impensáveis para internet de interface humana 
nos dias de hoje, em que falamos de centenas de megabits por seguindo (Mbps). 
[13,14] 
Da mesma forma, temos a latência sendo muito mais crítica em aplicações 
de interface humana do que em comunicação máquina-máquina. Este parâmetro 
está relacionado com o atraso, ou tempo necessário para que uma mensagem 
parta de seu emissor e seja devidamente entregue ao seu destinatário. Algumas 
aplicações web como jogos, ou mesmo streaming de vídeo, demandam valores 
baixos de latência, na casa de algumas dezenas de milissegundos. Enquanto, 
que para alguns modelos de redes IoT são concebíveis segundos de atraso 
como aceitáveis para suprir certos tipos de serviço. 
Contudo, ainda existem algumas aplicações IoT que requerem 
baixíssimos níveis de latência. Como é o caso de operações críticas, por 
exemplo, quando uma válvula de segurança precisa ser acionada rapidamente 
se detectado uma alta temperatura. Neste caso, o tempo de decorrido até a 
18 
 
FIT-F.24.1.01-04 Rev. B 
mensagem partir do sensor de temperatura até a abertura da válvula é 
absolutamente dominante na escolha da tecnologia, e seus componentes. 
Veremos estes aspectos e a forma como estão relacionados mais adiante no 
curso. 
 
 
 
2.4 Exercícios 
1) Analise as imagens abaixo e identifique qual é o tipo de 
comunicação quanto ao modelo e direção. 
 
 
a) 
 
 
 
 
 
 
 
b) 
 
 
 
 
 
c) 
 
19 
 
FIT-F.24.1.01-04 Rev. B 
 
 
 
2) Cite ao menos um exemplo de jamming em comunicações do 
dia a dia, identificando os agentes envolvidos na troca de 
mensagem, o jammer e a forma pela qual a informação é perdida. 
(1 ponto) 
 
 
 
3) Explique q diferença entre perda de informação e distorção 
da informação sob o ponto de vista do agente receptor da 
mensagem. (1 ponto) 
 
 
4) Vimos que os agentes envolvidos em qualquer evento de 
comunicação são Emissor, Receptor, Mensagem e Canal. Sobre o 
Canal, identifique as alternativas corretas. (1 ponto) 
 
( ) O canal pode ser entendido como a gente responsável pela 
entrega inequívoca da mensagem. 
 
 ( ) Distorções e perdas de informação são propriedades do canal 
de comunicação. 
 
( ) A informação distorcida ao longo de um canal de comunicação 
real sempre deve ser retransmitida, pois uma mensagem 
distorcida é sempre uma mensagem perdida. 
 
( ) A forma como a distorção é imposta sobre as mensagens 
depende das características do canal. 
 
( ) Comunicações de curta distância não exigem um canal de 
comunicação. 
 
 
5) Sobre topologia de redes selecione a(s) alternativa(s) erradas. 
(4 pontos, um por acerto) 
 
[ ] Redes Mesh consomem mais energia. Como cada dispositivo 
está conectado a vários outros dispositivos, o consumo de 
energia tende a ser mais elevado que nas outras topologias. 
 
20 
 
FIT-F.24.1.01-04 Rev. B 
[ ] A configuração estrela é a mais simples, porém de difícil 
gerência, já que todos os dispositivos ficam conectados a um 
mesmo concentrador. 
 
[ ] A rede estrela estendida oferece maior alcance ao custo de uma 
complexidade mais elevada. 
 
[ ] Toda rede estrela pode ser configurada para operar como 
estrela estendida. 
 
 
6) Disserte sobre o que, no seu entendimento, seja uma rede 
com alta disponibilidade (Availability), e como as redes Mesh 
favorecem esta característica. (1 ponto) 
 
 
7) Abaixo estão listadas algumas especificações de um roteador 
WiFi doméstico. 
 
Frequência de operação: 
2.4GHz 
Potência de transmissão: 
+21 dBm 
Sensibilidade: 
500 fW 
Com base nestas informações, responda: 
a) Qual é a potência de transmissão em milli-Watts? 
 
b) Se a sensibilidade é de 500fW, qual será a maior atenuação 
possível, considerando a potência de transmissão de 
21dBm? (1 ponto) 
 
 
8) Estabeleça a diferença entre Vazão e Latência. (1 ponto) 
 
21 
 
FIT-F.24.1.01-04 Rev. B 
3 Comunicações Móveis 
 
O advento da telefonia móvel permitiu que as pessoas se comunicassem 
independentemente do lugar em que estivessem. Esta característica abriu um 
vasto horizonte de possibilidades de serviços e soluções que utilizamos 
corriqueiramente no dia a dia. Contudo, muitos desafios tiveram que ser 
superados para que fosse viável conectar a sua geladeira na internet. Antes de 
nos aprofundarmos nas tecnologias específicas para IoT, vamos entender as 
suas origens e seus habilitadores. 
 
3.1 A evolução ao longo das gerações – 0G 
A informação é um comódite valioso para a humanidade desde que 
começamos a pintar histórias nas paredes das cavernas. Quanto mais 
informação reunimos sobre um tema maior a nossa ciência sobre seus aspectos. 
Quanto mais ciência temos sobre algo, melhores são as decisões que tomamos. 
Por este motivo, ter informação sempre representou vantagens estratégicas no 
desenvolvimento dos povos e na sua expansão mundo a fora. O ato ou efeito de 
adquirir informação envolve o principal tema deste curso: comunicar. 
Quanto maior o alcance da comunicação, maior é a quantidadede 
informação que se pode obter sobre um dado assunto. E é por este motivo, que 
os maiores saltos nas tecnologias de telecomunicações se deram em guerras. 
Conhecer um inimigo e saber sobre suas linhas de defesa com a máxima 
antecedência representava uma vantagem valiosa nos campos de batalha. E foi 
nos campos de batalha da segunda guerra mundial que vimos nascer o que hoje 
chamamos de smartphones. Na época, eles não eram tão frágeis, sequer tinham 
telas. Suas baterias tinham autonomia para pouco mais de algumas horas, e 
pesavam o equivalente a duas melancias. A Figura 5 ilustra um dos sistemas 
pioneiros de radiocomunicação móvel, em que os equipamentos de rádio iam 
com o engenheiro e os equipamentos de fonia iam com o oficial. Quando 
precisavam realizar uma transmissão para informar a situação das tropas 
avançadas, era necessário conectar os equipamentos, sintonizar as frequências 
e enviar a mensagem correndo o risco de serem interceptados pelo inimigo.[15] 
22 
 
FIT-F.24.1.01-04 Rev. B 
Nesta tecnologia, que hoje é referenciada como 0G, só existiam dois 
rádios envolvidos na comunicação – um para o receptor e outro para o 
transmissor. Além disso, o êxito 
na tarefa de comunicar dependia 
inteiramente do desempenho 
apenas destes dois sistemas. 
Além disso, as frequências não 
podiam ser compartilhadas, uma 
vez que um agente ocupasse o 
canal, mais ninguém conseguiria 
transmitir. Para se comunicar com 
um agente específico era 
necessário acordar com 
antecedência quais frequências 
seriam utilizadas. 
 
3.2 1G – Introdução do conceito de Redes Móveis 
Findada a guerra e em tempos de paz, descobriram que aquela tecnologia 
de comunicação móvel – ou seja, que poderia ser feita em um ponto distante da 
estação de rádio – poderia ser muito útil na vida civil. E assim nascia a primeira 
geração de telefonia móvel, o 1G. Os engenheiros da época entenderam que 
para prover um serviço que fosse acessível para as pessoas ele teria que custar 
pouco e mesmo assim ter uma ampla cobertura. Os esforços para conceber esta 
solução resultaram na tecnologia de primeira geração, definida como AMPS 
(Advanced Mobile Phone System), que englobava padrões e protocolos para 
prover cobertura aos usuários assinantes de acordo com as premissas 
estabelecidas. [17] 
Esta concepção de redes móveis, Figura 6, em que o terminal 
(celular) era tão simples quanto possível, deixando a complexidade 
do sistema por conta do operador, foi o primeiro grande habilitador 
para as tecnologias de IoT. 
Figura 5 - Ilustração de um sistema pioneiro de 
radiocomunicação utilizado na segunda guerra 
mundial. [16] 
23 
 
FIT-F.24.1.01-04 Rev. B 
 
Figura 6 - Modelo de uma rede de telefonia móvel de primeira geração, 1G - AMPS. 
Fonte: Autoria Própria 
Com a complexidade do sistema sendo absorvida pela rede, os terminais 
poderiam ser mais baratos, e mesmo assim havia garantias de êxito nas 
comunicações, pois o sistema era robusto o suficiente para isto. Se a robustez 
do sistema fosse embarcada nos terminais móveis, o seu custo seria muito 
maior, e dificilmente este modelo de negócio teria atingido os mesmos níveis de 
sucesso. 
O primeiro celular foi apresentado pela 
Motorola em 1973 e seu criador foi um de 
seus engenheiros, Martin Cooper – 
Figura 7. [18] Tratava-se do Motorola 
Dynatac, com seus 1,1 Kg e dimensões 
de 23x13x4,5cm. Já utilizava circuitos 
digitais, ainda que a comunicação fosse 
analógica e tinha bateria com autonomia 
de 60 minutos (em chamada). O grande 
diferencial desta tecnologia era a 
possibilidade de alocar os usuários 
dinamicamente nos canais frequência, 
com os canais podendo ser reutilizados 
em células vizinhas, aumentando a Figura 7 - Martin Cooper, o criador do 
primeiro celular. Fonte:[18] 
24 
 
FIT-F.24.1.01-04 Rev. B 
capacidade do sistema se comparado com os rádios da tecnologia anterior. [19] 
Outro fato importante, é que na época apesar de ser muito avançado em 
termos eletrônicos, o celular nada mais era do que um rádio com fone e 
microfone, uma bateria e um circuito discador, como se vê na Figura 8. Nesta 
época, serviços como mensagem de texto ou e-mail ainda não tinham sido 
inventados. 
 
Figura 8 – Motorola Dynatac 8000x e seus componentes básicos de um celular de 
primeira geração. Fonte: Autoria Própria 
 
3.3 2G – A digitalização 
A segunda geração emergiu com a necessidade de digitalizar os sistemas 
de comunicação. Isso porque com a digitalização, era possível triplicar a 
capacidade das redes – ou seja, os operadores poderiam prover serviços para o 
três vezes mais usuários com os mesmos canais de frequências disponíveis da 
primeira geração. Além disso, em 3 de dezembro de 1992, o então engenheiro 
da Vodafone, Neil Papworth enviava a primeira mensagem de texto por meio de 
um telefone celular para o seu chefe. A famosa mensagem dizia “Merry 
Christmas”. Com o aumento da capacidade e o advento da digitalização, nascia 
a então denominada D-AMPS (Digital - Advanced Mobile Phone System), como 
ficaria conhecida a segunda geração das telefonias móveis. A possibilidade de 
alocar até 3 usuários na mesma frequência em time slots diferentes era 
possibilitada pela tecnologia definida como TDMA – (Time Division Multiple 
Access). A representação do seu funcionamento é vista na Figura 9. [20,21] 
25 
 
FIT-F.24.1.01-04 Rev. B 
 
Figura 9 - Representação do TDMA, em que até 3 usuários poderiam ocupar a mesma 
frequência, porém em times slots diferentes. Fonte: Autoria Própria 
 
Com a validação da hipótese de que a rede móvel serviria também 
para o envio de dados e não somente voz, novos mercados e 
serviços se abriam. Este seria um dos grandes passos rumo ao 
que conhecemos hoje como IoT. 
No início da era do 2G, era notável redução do tamanho dos terminais, e o 
aumento de sua capacidade. Mesmo assim, as funcionalidades dos terminais 
ainda eram praticamente as mesmas. A Figura 10 mostra um modelo típico de 
terminal móvel de segunda geração e seus principais blocos funcionais 
 
 
Figura 10 - Motorola MicroTAC de 1994, um dos mais populares terminais móveis de segunda 
geração e seus blocos funcionais, praticamente idênticos aos da primeira geração. Fonte: Autoria 
Própria 
 
26 
 
FIT-F.24.1.01-04 Rev. B 
3.4 3G – O mundo multimídia 
Quando a terceira geração surgiu, definida pela padronização GSM 
(Global System for Mobile), em meados de 2002, a internet já era uma realidade 
presente na maioria das casas dos norte-americanos e muitos brasileiros. A 
possibilidade de enviar mensagens de textos já não era mais um diferencial e 
sim uma necessidade trivial no dia a dia das pessoas. Sendo assim os 
diferenciais trazidos pela terceira geração das comunicações móveis tinham 
mais haver com o aumento da capacidade das redes e diversificação de serviços 
do que com a agregação de novas funcionalidades, como veremos no 4 e mais 
recentemente, no 5G. [22,23] 
É neste período, entre os anos 1990 e 2000 que observamos um grande 
salto tecnológico. A Figura 11 traz uma comparação entre os celulares do início 
da segunda geração com os celulares que viriam no início da terceira geração, 
revelando um enorme avanço em termos de miniaturização e desempenho. 
[22,23] 
 
Figura 11- Comparação entre os modelos de telefones móveis ao início e final da segunda 
geração de telefonia móvel. Fonte: Autoria Própria 
Até o final da terceira geração, os celulares deixariam de ser terminais de 
comunicação e se tornariam verdadeiras centrais multimidias, com telas 
coloridas, capacidades para armazenar centenas de músicas em formato de 
mp3, câmeras fotográficas e filmadoras digitais, calculadora, agenda, 
gravadores de voz, e até jogos, tal como se vê na Figura 12. 
27 
 
FIT-F.24.1.01-04 Rev. B 
 
Figura 12 - Motorola Razr V3 de 2004. Grande sucesso de vendas da marca e um 
representante de terminal móvel da terceira geração, 3G. Fonte:Autoria Própria 
No 3G a capacidade de alocar vários usuários nos mesmos canais de 
frequência era aprimorada por meio da tecnologia definida como WCDMA 
(Wideband Code Division Multiple Access). Neste caso os usuários 
compartilhavam a mesma frequência e ao mesmo tempo, sendo que a distinção 
de um para o outro era feita por meio da codificação inserida em cada mensagem 
trocada entre os usuários e a rede. [24] 
 
Mas o grande diferencial do 3G, que novamente representou um 
enorme salto rumo a Internet das Coisas foi a introdução do SIM-
Card (Subscriber Identity Module), que permitiu a diversificação de 
operadores e instigou a concorrência e assim derrubou os preços 
para o consumidor amplo. Dentre todas as gerações de telefonia móvel, o 3G 
apresenta o maior avanço em termos de disseminação da tecnologia, como se 
vê na Figura 13. [25] 
 
 
 
28 
 
FIT-F.24.1.01-04 Rev. B 
 
3.5 4G – Internet móvel para todos 
Quando o 3G foi proposto no início dos anos 90, a motivação por trás do 
seu desenvolvimento era de viabilizar a cobertura dos serviços móveis para o 
maior número de assinantes possível. A digitalização dos sistemas foi um grande 
avanço que permitiu reduzir muitos custos, desde a infraestrutura dos sistemas 
até o usuário final. Além disso, novas técnicas de múltiplo acesso permitiam aos 
operadores não só aumentar a carteira de clientes e serviços, como operar com 
muito mais eficiência de custos. A Figura 14 mostra como o preço dos terminais 
móveis havia reduzido no início da era do 3G, o que aumentava a procura pelos 
serviços. 
0
20
40
60
80
100
120
1
9
8
0
1
9
8
1
1
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0
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2
0
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0
0
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0
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0
0
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0
0
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0
1
7
2
0
1
8
2
0
1
9
Número de usuários de telefonia móvel (por 100 
habitantes)
3G 
 Figura 13 - Número de assinantes de telefonia móvel para cada 100 habitantes, destacando a 
disseminação das comunicações móveis ao redor do mundo, destacando o salto na taxa de 
crescimento acentuado após a introdução do 3G. [26] 
29 
 
FIT-F.24.1.01-04 Rev. B 
 
Figura 14 - Preço unitário dos terminais móveis ao longo dos anos. Fonte:[27] 
Então o que parecia ser a grande solução para todos os problemas dos 
operadores de telefonia móvel, foi abalado pelo avanço da eletrônica. No início 
dos anos 2000, os celulares passaram pela segunda grande transformação. 
Além das telas coloridas, e das câmeras (que ficavam cada vez mais potentes), 
a forma como os usuários passaram a interagir com os aparelhos sofria uma 
grande modificação: cada vez menos as pessoas utilizariam os telefones para 
falar com outras pessoas, a o troca de dados com a internet passaria a ser a 
principal modalidade de serviços. Em 2010, surgia com o 4G, o conceito de 
internet móvel. Neste caso eram ofertadas para os usuários generosas larguras 
de banda que permitiam taxas de dados de até 20Mbps. 
Além disso, os modelos de sistemas operacionais como iOS e Android 
funcionavam sobre celulares idênticos em muitos aspectos. Em suas 
funcionalidades, consideravam que os terminais teriam câmeras, acelerômetros, 
GPS, bussola, além de uma arquitetura muito similar a de computadores, com 
processadores de vários núcleos, grande quantidade de memória RAM, e mais 
recentemente, placas gráficas (GPUs). Com uma essa “universalização” dos 
terminais móveis, fabricantes de desenvolvedores poderiam agregar função aos 
dispositivos apenas com softwares diferentes. Ou seja, com aplicativo correto, o 
dispositivo poderia ir de um celular para um caixa eletrônico, um navegador, uma 
TV ou até mesmo uma estação de trabalho completa, com editores de texto, 
tabelas, imagem entre outras muitas funcionalidades. A Figura 15, mostra como 
as funcionalidades dos terminais móveis evoluiu ao longo das gerações. 
 
30 
 
FIT-F.24.1.01-04 Rev. B 
 
 
Figura 15 - Evolução da funcionalidade dos terminais móveis ao longo das gerações. Fonte: 
Autoria Própria. 
Então, a maioria dos problemas que o 3G pretendia solucionar deixavam 
de ser um problema para os operadores nesta era. Com a introdução do 4G, as 
chamadas telefônicas deixariam de ser feitas por circuitos de telefonia e 
passaram a ser tradas apenas como dados endereçados entre dois usuários. No 
entanto, a rápida evolução dos terminais móveis levou os usuários a consumirem 
cada vez mais dados, em alta velocidade, em alta mobilidade e em alta 
densidade. Quando foi proposta padronização do 4G, definida como Long Term 
Evolution, ou LTE, os órgãos reguladores tinham em mente que todos estes 
requisitos seriam atendidos dentro de um limiar tomado como aceitável. Porém, 
o modelo não se mostrou eficiente ao tentar atender todas as demandas com as 
31 
 
FIT-F.24.1.01-04 Rev. B 
mesmas soluções. Sendo este um dos principais motivadores do 
desenvolvimento da quinta geração de telefonia móvel, o 5G. 
 
3.6 5G – Introdução da ubiquidade 
Como visto, a quarta geração da telefonia móvel foi mercada pela inciativa 
de prover internet móvel de alta velocidade para os usuários. No entanto, esta 
solução não se mostrou eficaz para atuar em todos os cenários de telecom que 
emergiram na última década. Enquanto o aumento de assinantes e a constante 
evolução dos terminais móveis indicavam uma demanda certa por mais e mais 
vazão, outras tecnologias se popularizaram, como é o caso das comunicação do 
tipo máquina-máquina, que é um dos principais nichos de mercado ocupado 
pelas tecnologias de Internet das Coisas. De acordo com as estimativas feitas 
pela Cisco, já em 2015, a maior parte do tráfego de dados pelas redes ao redor 
do mundo seriam de natureza máquina-máquina, do inglês “Machine-to-Machine 
Communication”, ou M2M e, em algumas literaturas, MTC, “Machine Type 
Communication”. A Figura 16 , se trata de uma estimativa realizada em 2015, em 
que se tinha a expectativa de que o mercado de M2M avançaria em um ritmo 
mais acelerado que os seus concorrentes, tal como dados móveis para 
smartphones, laptops e tablets. Na ocasião, a era estimado que tecnologias M2M 
deteriam um market share de 28%. No entanto, mesma estimativa realizada em 
2019, Figura 17, revelou que a expectativa havia sido superada em 5%, 
computando um market share de 33% em 2019, com estimativa de atingir 50% 
até 2023.[28] 
 
Figura 16 - Crescimento estimado em 2015 pela Cisco, indicando avanço rápido na quantidade 
conexões do tipo máquina-máquina (M2M). Fonte: [29]. 
 
32 
 
FIT-F.24.1.01-04 Rev. B 
 
 
Figura 17 - Market share de tecnologias móveis. Fonte: [30] 
Estas estatísticas sugeriam que a quinta geração não poderia ser 
simplesmente uma evolução da quarta. Seria necessário repensar algumas 
premissas fundamentais das comunicações móveis, à começar pelo fato de que 
estas redes não mais atenderiam somente às comunicações entre humanos, na 
realidade a tendência é que cada vez mais as máquinas movimentem um volume 
muito maior de informações que os próprios usuários. 
Seguindo esta ideia, o 5G foi elaborado para atender a três cenários diferentes, 
cada um com suas próprias necessidades e soluções. São estes: 
eMBB (Enhanced Mobile Broad Band): destina-se a comunicação de alta 
velocidade para um grande número de usuários. Este cenário do 5G pode ser 
entendido como a evolução do 4G, LTE. [31] 
URLLC (Ultra Reliable Low Latency Communication): Comunicações de 
alta confiabilidade e baixa latência. Algumas aplicações de IoT apresentam estas 
mesmas características, principalmente quando há suporte de vida, ou outros 
sistemas de missão crítica envolvidos na aplicação. Em detrimento da alta 
confiabilidade e baixa latência esperadas, para este tipo de serviço não se 
podemesperar grandes quantidades de conexões, alta vazão ou 
necessariamente, baixo custo. [31] 
mMTC (Massive Machine Type Communication): Destina-se a 
comunicação entre máquinas, e por este motive se caracteriza principalmente 
pelas pequenas larguras de bandas, pequenas vazões e altíssimas 
concentrações de dispositivos conectados. Também há uma preocupação com 
a eficiência de energia dos dispositivos conectados, com expectativas de 
durabilidade de anos. Além disso, pelo fato de serem estimados bilhões de 
dispositivos de pequeno porte, coletando ou enviando informações 
33 
 
FIT-F.24.1.01-04 Rev. B 
continuamente, também é imprescindível que estes sejam dispositivos de 
baixíssimo custo, tanto para aquisição quanto manutenção. [31] 
 
Figura 18 - Cenários do 5G. Fonte:[31] 
Então, podemos concluir que a tecnologia de quinta geração foi pensada 
para prover conectividade para qualquer que seja a aplicação, para qualquer 
dispositivo em qualquer lugar à qualquer tempo. Este conceito que remete a 
onipresença contínua é que se define por ubiquidade, que no caso do 5G só é 
possível pois a tecnologia foi pensada forma a abarcar outras tecnologias 
orquestrando-as, como é o caso da aplicações de inteligência artificial, machine-
learning, computação quântica, entre outras. 
Como pudemos ver, ao longo da evolução das comunicações móveis, 
todas as vezes que uma geração atingia sua maturidade, as outras tecnologias 
concorrentes, como a eletrônica e a computação, as alcançava rapidamente 
fazendo com que atingissem seus limites muito antes do esperado. Quando o 
4G surgiu prometendo taxas de 20Mbps, alguns se perguntaram sobre a 
necessidade dessa velocidade toda para os usuários finais. Hoje, essa mesma 
vazão pode até parecer pouca coisa em algumas aplicações do dia a dia. O fato 
é que não sabemos quando o 5G vai atingir seu limite e ficar obsoleto, contudo, 
esta geração foi pensada para coexistir e se beneficiar das outras tecnologias 
coexistentes, ao invés de concorrer com elas. 
 
3.7 Exercícios 
1) Sobre as redes de primeira geração, assinalar a(s) 
alternativa(s) corretas. (1 ponto) 
34 
 
FIT-F.24.1.01-04 Rev. B 
[ ] O conceito de redes móveis está baseado na premissa de que 
os terminais móveis devem ser capazes de, por si só, garantir 
a comunicação inequívoca entre emissor e receptor. 
. 
[ ] Foram inventadas ainda na segunda guerra mundial. 
 
[ ] Foi impulsionada rapidamente devido a possibilidade de além 
de chamadas telefônicas, permitirem envio de mensagens de 
texto. 
. 
[ ] Martin Cooper foi responsável por enviar a primeira mensagem 
de texto em 1973. 
 
[ ] Neil Papworth foi o responsável por enviar a primeira 
mensagem de texto em 1980 e seu conteúdo era “Feliz Natal” 
 
[ ] FDMA foi a tecnologia que definiu as redes de primeira geração 
e tinha como grande vantagem a possibilidade de alocar vários 
usuários na mesma faixa de frequências. 
[ ] Reuso de frequências foi um conceito estabelecido nas redes 
telefonia celular e seu fundamento era possibilitar que vários 
usuários reutilizassem as mesmas frequências em uma célula 
 
[ ] FDMA e AMPS foram padrões concorrentes que pretendiam 
definir as regras de uso das redes de primeira geração. 
 
2) Além da primeira geração, leve em conta também a segunda 
geração, assinalando a(s) alternativa(s) correta(s): (4 ponto, 1 
pontos para cada acerto). 
[ ] Introduziu o conceito GPRS que permitia que mais de um 
usuário utilizasse a mesma faixa de frequência. 
 
[ ] No GPRS até 6 usuários poderiam compartilhar a mesma faixa 
de frequências. 
. 
[ ] Na prática, os usuários podiam ocupar a mesma faixa de 
frequências, porém em intervalos de tempos bem definidos. 
 
[ ] O 2G foi marcado pela digitalização das redes, e por este 
motivo viabilizou o uso de SMS. 
 
[ ] Um dos fatores que mais contribuiu para a redução do tamanho 
dos celulares foi o consumo de energia reduzido. 
 
35 
 
FIT-F.24.1.01-04 Rev. B 
[ ] A redução no consumo de energia era uma consequência da 
invenção do transistor, utilizado na digitalização das redes. 
 
[ ] A internet surgiu antes da segunda geração e por este motivo 
todos os celulares 2G já vinham equipados para poder se 
conectar a internet. 
 
[ ] O fim da segunda geração foi marcado por um rápido avanço 
da eletrônica, que tornaram os celulares 2G obsoletos pois não 
tinham câmera ou telas coloridas. 
 
 
3) Dentre as diversas inovações trazidas pelas redes de terceira 
geração, o 3G, o SIM card foi um grande motor para a 
democratização definitiva da telefonia móvel. Disserte 
brevemente sobre os eventos que se sucederam com a 
introdução desta tecnologia. (1 ponto) 
 
4) A quarta geração de telefonia móvel surgiu com a proposta 
de internet em banda larga para todos. Mesmo assim, 
observa-se uma desaceleração na expansão das redes 
móveis ao longo desta geração. Teça comentários sobre 
buscando explorar as causas dessa característica que 
marcou esta geração. (1 ponto) 
5) Como vimos, o terminal 4G entrou para a vida das pessoas 
como um dispositivo marcado pela versatilidade. Esta 
características muito se deve ao modelo generalista de 
aplicativos que utilizam uma miscelânia de recursos 
disponíveis em qualquer smarphone. Cite ao menos e 
exemplos de aplicativos sem os quais o seu dia a dia seria 
completamente afetado. Discuta com os colegas e 
desenvolva comentários. (1 ponto) 
6) Quais são os três pilares fundamentais da tecnologia 5G, e 
quais as suas principais características? (1 ponto) 
7) Explique de que modo as tecnologias de comunicação 
móveis serviram como motor para o avanço e popularização 
das tecnologias de conectividade IoT. (1 ponto) 
8) Faça a conexão entre as características das redes 5G com 
seus pilares fundamentais. (7 pontos, um para cada resposta 
correta no dropdown) 
eMBB mMTC URLLC 
36 
 
FIT-F.24.1.01-04 Rev. B 
 Baixa latência 
 Alta concentração de dispositivos 
 Baixo custo 
 Alta confiabilidade 
 Eficiência de energia 
 Alta vazão 
 IoT 
 
9) Marque a(s) alternativa(s) incorreta(s). (2 pontos, um para 
cada acerto). 
[ ] Alta vazão e alta concentração de dispositivos devem coexistir 
no 5G. 
 
[ ] Confiabilidade e baixa latência são parâmetros similares e 
estão relacionados diretamente com a experiência do usuário 
em ambientes onde existem muitos usuários concentrados. 
 
[ ] A eficiência energética é uma condição de existência para 
comunicação de dispositivos de pequeno porte. 
 
[ ] A confiabilidade de uma rede móvel está diretamente 
relacionada com a sua velocidade. 
 
[ ] Em contexto de comunicação entre máquinas é imprescindível 
que as mensagens seja entregues de forma rápida e confiável. 
 
 
10) Nas suas palavras, o que podemos esperar do 5G? Quais 
problemas esta geração pretende resolver? (1 ponto) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
37 
 
FIT-F.24.1.01-04 Rev. B 
 
 
 
 
 
4 Tecnologias IoT 
Na seção anterior entendemos alguns aspectos sobre comunicações 
móveis, e principalmente, os motivos que fizeram com que estas tecnologias 
emergissem e tivessem o sucesso que observamos hoje em dia. Observamos 
que a necessidade das pessoas se transformou ao longo das primeiras quatro 
gerações, e o que antes era apenas voz, se tornou dados, que se tornou uma 
plataforma que concentra muitas das nossas necessidades diárias. Essa 
transformação no modo como utilizamos a tecnologia e interagimos com ela 
provocou grandes transformações na forma como as redes foram modernizadas 
e melhoradas. 
À medida que as redes móveis atingiram um patamar acessível em termos 
de custo e complexidade, o número de conexões foi aumentando em taxas 
exponenciais. E cada vez mais estas conexões eram para conectar coisas e não 
necessariamente pessoas. Este é um exemplo de transformação que levou a 
modificações na concepção das redes móveis. Como explicamos na última 
seção, o 5G foi elaboradode acordo com estas premissas. Porém, enquanto os 
engenheiros responsáveis por atualizar as redes móveis outras tecnologias de 
conectividade sem fio voltadas para MTC surgiram no mercado: as chamadas 
LPWAN, ou Low Power Wide Area Network. [32] Muito desta tecnologia foi 
desenvolvido com o aprendizado obtido com as cinco gerações de comunicação 
móvel, porém como já nasceram para conectar coisas, apresentam um menor 
custo e complexidade do que a sua antecessora. Como podemos ver na Figura 
19, as conexões LPWAN correspondem a uma grande fatia do mercado de IoT. 
38 
 
FIT-F.24.1.01-04 Rev. B 
 
Figura 19 - Crescimento das conexões do tipo máquina-máquina desde 2014: [30] 
4.1 Cenários, requisitos e aplicações 
Quanto maior a quantidade de informações maior assertividade nas 
decisões que tomamos. Este conceito leva ao que entendemos com “smart-
things”, “smart-cities”, “smart-buildings”, etc. A tecnologia para sensoriamento 
em tempo real, armazenamento e processamento dos dados colhidos já atingiu 
sua maturidade, todavia as tecnologias de conectividades, que é o que permitem 
a estas informações viajarem e serem entregues aos “tomadores de decisão” é 
exatamente do que consiste a chamada Internet das Coisas. [33] 
 
Figura 20 - Forma gráfica de representar as necessidades de cada serviço ou modelo de 
negócio no contexto de Internet das Coisas. Fonte: [33,34] 
Como existe uma grande oferta de tecnologias que podem ser aplicadas 
para resolver problemas semelhantes, algumas questões precisam ser 
entendidas antes que possamos tomar um modelo de rede IoT como mais (ou 
Monitoring 
Applications
Operational 
Systems 
Critical 
Systems
Smart home 
Waste management 
Garbage monitoring 
Pet smart care 
Environment Monitoring 
Tracking 
Smart weather 
Industry 4.0 
Emergency 
Surveillance 
Precision agriculture 
Logistics 
Smart Parking 
Smart Traffic 
Smart Lightning 
Traffic Lights 
39 
 
FIT-F.24.1.01-04 Rev. B 
menos) adequado para cada tipo de cenário ou necessidade. Diferentes cenários 
estão representados na Figura 20, ainda que na prática existem muitas outras 
possibilidades, e haverá ao menos um modelo de rede IoT que atenda a cada 
cenário de uma forma mais eficiente. Com o objetivo de compreendermos como 
cada tecnologia se adequa (ou não) a certos tipos de demandas, devemos ter 
mente as seguintes questões: [34] 
 
 
 ISM Sub-gigahertz 
 ISM 2,4 GHz 
 Licenciada 
 Baseada em IP 
 Ecossistema confiável 
 Longo alcance 
 Eficiência energética 
 Mobilidade 
 Topologia 
 Estrela 
 Estrela estendida 
 Mesh 
 
Neste capítulo estão apresentadas algumas tecnologias de redes 
IoT, e ao introduzir cada uma delas, veremos este breve 
questionário respondido de modo sumarizar nosso entendimento. 
 
4.2 Tecnologias aplicáveis 
“IP, or not IP?” 
Existe uma dualidade desconfortante nesta pergunta. Isso porque a 
Internet é uma rede que funciona sobre IP, que de fato significa “Internet 
Protocol”. Trata-se de uma ampla pilha de protocolos que é o que permite que 
conectemos nossos dispositivos, como notebooks, e celulares à internet 
diariamente, sem a necessidade de passemos horas configurando a conexão de 
cada um. O protocolo foi pensado pra simplificar o uso dos equipamentos na 
rede, além de trazer consigo alguma vantagens inerentes da sua existência, 
como por exemplo, a capacidade de gerar diagnósticos de falhas, o tempo 
reduzido no desenvolvimento de novas aplicações, e certas garantias de que 
não importa o que seja desenvolvido, isso vai funcionar em qualquer dispositivo 
40 
 
FIT-F.24.1.01-04 Rev. B 
capaz de implementar o protocolo IP. Essas características tornam o uso do IP 
atrativo mesmo quando não há necessidade de conexão direta com a internet. 
O maior problema disso tudo é que este protocolo é grande, complexo e 
está longe de ser adequado para redes de baixo consumo (de energia e dados). 
Ou seja, os pacotes trocados via IP são de grandes tamanhos e envolvem 
diversas camadas de codificação, criptografia, cabeçalhos e rodapés que 
acabam por aumentar muito a carga sobre as redes. Em se tratando de redes de 
banda larga isso não é um problema imediato, visto que estas redes foram 
projetadas para lidar com alta capacidade de dados. No entanto, quando o 
cenário pede por economia de energia em detrimento do tempo de vida das 
baterias e pequenas quantidades de dados trafegando, o protocolo IP se mostra 
tremendamente ineficaz. Este é exatamente o contexto de Internet das Coisas, 
e mesmo assim vemos muitas aplicações IoT que rodam diretamente sobre IP. 
Deve-se a isso o fato de os dipositivos de pequeno porte, cada vez mais trazem 
maior capacidade de processamento e memória, logo, lidar com protocolos 
complexos como IP acaba não sendo um problema tão grande. 
Contudo, quando a proposta é baixo custo e grande escalabilidade para 
dispositivos limitados em termos de processamento e memória (que 
representam uma enorme fatia do mercado de IoT), o uso do protocolo IP, 
invariavelmente eleva o custo final da solução. É por este motivo que vemos 
redes IoT que não são baseadas em IP. Neste caso a comunicação entre os 
dispositivos IoT ocorre por meio de protocolos mais simples e apropriados para 
dispositivos de baixo consumo, e haverá sempre a figura de um dispositivo 
concentrador ou âncora que faz a ponte entre a rede de coisas com a Internet. 
Este dispositivo é denominado Gateway. 
41 
 
FIT-F.24.1.01-04 Rev. B 
Figura 21 - Diferenças entre protocolo IP e não-IP em redes IoT. Fonte: Autoria Propria 
 
As tecnologias de IoT, tiveram a sua origem nas redes móveis, ainda que 
tenham notáveis semelhanças com as redes de acesso sem fio. Nessa seção 
veremos algumas das padronizações e tecnologias mais relevantes neste 
mercado, e as suas características que as tornem mais adequadas em cada tipo 
de cenário e caso de uso. [11] 
4.2.1 WiFi 
 ISM Sub-gigahertz 
 ISM 2,4 GHz 
 Licenciada 
 Baseada em IP 
 Ecossistema confiável 
 Longo alcance 
 Eficiência energética 
 Mobilidade 
 Topologia 
 Estrela 
 Estrela estendida 
 Mesh 
 
Em 1999, as pessoas que quisessem ter acesso a internet, teriam que 
contratar um serviço de internet fixa (normalmente discada) que era 
disponibilizada nos seus lares pelos provedores por meio de modem. Então os 
42 
 
FIT-F.24.1.01-04 Rev. B 
usuários tinham que conectar os seus computadores por meio de cabos. Nesta 
época não existiam outros dispositivos que precisassem de conexão, a não ser 
os computadores. Ainda não existiam impressoras, geladeiras, videogames, 
smart-TVs, entre outros eletrônicos que precisassem de conexão. Somente 
quando as pessoas passaram a ter que conectar vários dispositivos à internet 
em suas casas é que as redes Wifi ganharam expressividade no mercado. E era 
basicamente este o seu principal propósito: facilitar as conexões domésticas, 
eliminando a necessidade de metros e metros de cabo. Atualmente, é a 
tecnologia que permite que conectemos nossos dispositivos à internet com alta 
vazão, robustez e confiabilidade, sendo que suas aplicações são 
predominantemente voltadas para uso indoor. 
 
Figura 22 - Evolução das redes Wifi. Inicialmente propostas para facilitar a conexão de 
dispositivos locais à internet, esta tecnologia ganhou robustez e se tornou o principal meio de 
acesso em ambientes indoor. Fonte: [35] 
Pela definição a tecnologia de WiFi, não pode ser enquadrada como IoT. 
Como vimos anteriormente, o que hoje se entende como sendo Internet das 
Coisas, surgiu quando o ser humano começou a conectar dispositivos de 
pequeno porte, ou de baixa capacidade computacional à internet. Ao passo que 
os dispositivos foram ficando cada vez mais compactos e inteligentes, observou-
se que utilizar a internet de interface humana para comunicação destes 
dispositivos, além de um desperdício de recurso e subutilização dos sistemas, 
poderia ser significativamenteotimizada se a estrutura de comunicação (rede) 
fosse voltada para suas características de baixo consumo, e pequeno volume de 
dados. 
43 
 
FIT-F.24.1.01-04 Rev. B 
Mesmo assim, os eletrônicos capazes de se conectar em redes Wifi 
também foram ficando cada vez mais acessíveis e abundantes nas prateleiras, 
ao passo que mais e mais aplicações de comunicação M2M eram criadas para 
operar sobre sistemas Wifi. Por este motivo, mesmo sem se encaixar nos 
requisitos de baixo consumo (LPWAN), dispositivos de pequeno porte que 
utilizam Wifi como forma de transmissão de dados garantiram a participação 
desta tecnologia no grande mercado de IoT. Pesam contra o alcance limitado e 
o custo (cada vez menos) elevado. Porém, existe uma ampla oferta de kits de 
desenvolvimento e outros dispositivos que embarcam Wifi em suas versões mais 
simples. 
Atualmente a padronização Wifi encontra-se na sexta geração, a 
chamada WiFi-6, cuja padronização é IEEE 802.11/ax. Esta padronização 
mostra que a proposta do WiFi segue sendo conectar dispositivos à internet sem 
a dependência de cabos, porém de forma confiável e com alta vazão. Ainda 
assim, foram associados alguns protocolos para viabilizar a utilização de 
dispositivos de baixo consumo e banda estreita. Destaca-se como grande 
vantagem do Wifi o fato de operar sobre uma banda de frequência não 
licenciada, ou seja, o usuário não paga nada pelo uso das frequências. Contudo 
esta, que é uma grande vantagem para quem paga, é uma grande desvantagem 
para quem desenvolve: a característica que garante liberdade de espectro 
resulta em uma faixa extremamente congestionada. Isto deteriora o desempenho 
dos dispositivos, e torna mais complexas algumas operações nas etapas de 
desenvolvimento. A Figura 23 mostra como o espectro é dividido em várias 
bandas de operação. 
44 
 
FIT-F.24.1.01-04 Rev. B 
 
Figura 23 - Canalização do Wifi em 2,4 GHz. Detalhe para as bandas em sobreposição, e a 
eficiência espectral, 𝜌, que corresponde a 2,7 bits por segundo por Hertz. Fonte: [36] 
 
4.2.2 BLE 
 ISM Sub-gigahertz 
 ISM 2,4 GHz 
 Licenciada 
 Baseada em IP 
 Ecossistema confiável 
 Longo alcance 
 Eficiência energética 
 Mobilidade 
 Topologia 
 Estrela 
 Estrela estendida 
 Mesh 
 
Inventando pela Ericsson em 1994 para ser uma padronização de 
comunicação sem fio com o objetivo de conectar periféricos aos computadores 
sem a necessidade de cabos. Semelhante ao que vimos no WiFi, o Bluetooth 
também opera em 2,4GHz, contudo com velocidade limitada de até 2Mbps. As 
suas especificações são descritas pela norma IEEE 802.15. Justamente por se 
tratar de uma padronização, diversos fabricantes puderam embarcar seu uso em 
novas aplicações, sendo que uma das que mais alavancou o sucesso da 
tecnologia foram os chamados headsets para chamadas telefônicas “hands-free” 
45 
 
FIT-F.24.1.01-04 Rev. B 
(Figura 24). Além disso, também sistemas de áudio que permitiam streaming à 
partir do celular, principalmente em automóveis foram e ainda são um dos 
principais usos pra esta tecnologia. 
[38] 
As redes Bluetooth 
dependem de uma âncora que 
pode se conectar simultaneamente 
a até 8 dispositivos, logo apenas a 
topologia estrela é permitida nesta 
padronização. Além disso, devido 
ao curto alcance e ao tipo de 
dispositivos que a utilizam, esta é 
tecnologia de conectividade se 
define por PAN – Personal Area 
Network. [39] 
Em 2010, foi introduzido pela Nokia o chamado Bluetooth Low Energy, 
com padrão incorporado no 4° release de sua norma, ou Bluetooth 4.0. Neste 
caso algumas melhorias foram feitas e algumas particularidades foram 
conferidas às conexões, priorizando o consumo de energia em detrimento da 
taxa de bits, justamente para viabilizar a comunicação entre dispositivos de 
pequeno porte em ambientes de curto alcance. Deste modo, a padronização se 
divide entre Classic Bluetooth, que abrange aos modelos de conectividades que 
não são orientados ao contexto de IoT, e BLE, ou Bluetooth Low Energy. Entre 
outras funcionalidades agregadas, os dispositivos BLE podiam ser utilizados 
como beacons, entre outras aplicações de geolocalização. 
Em 2013, a tecnologia chega ao seu release 4.1, e agregou 
funcionalidades interessantes que resultaram em melhorias no consumo de 
energia. Podemos citar como exemplo, a possibilidade de configurar o tempo de 
reconexão com mais liberdade, assim cada dispositivo pode “hibernar” por 
longos períodos e se reconectar rapidamente com a sua âncora. Nas versões 
anteriores, quando um dispositivo era colocado em modo de baixo consumo, e 
se desconectava, havia uma janela de tempo limitada para que ele pudesse 
reestabelecer contato com a âncora. Caso este tempo esgotasse, era necessário 
reconfigurar a conexão. Além disso, o os dispositivos passaram a poder operar 
Figura 24 - Uma das funcionalidades mais 
exploradas do bluetooth: chamdas hand-free, que 
se popularizaram cada vez mais conforme os novos 
celulares passaram a incluir cnectividade bluetooth. 
Fonte: [37] 
46 
 
FIT-F.24.1.01-04 Rev. B 
como âncora, hub ou endpoint ao mesmo tempo. Com isso se tornou possível 
redes em topologia estrela estendida. Isto aumentava o alcance das redes e o 
número de dispositivos que poderiam se conectar. 
Em 2014, com a introdução do Bluetooth 4.2, algumas melhorias foram 
notadas principalmente sob os pontos de vista de segurança e privacidade de 
dados, além de uma melhoria na vazão, que poderia atingir até 800 kbps. 
Finalmente, foi dado aos dispositivos a capacidade de se conectar à internet por 
meio apenas da rede Bluetooth, era o chamado IP Support. [40] 
Em 2016, veio o quinto release, Bluetooth 5. Entre suas principais 
diferenças para as versões anteriores destacam-se o alcance quatro vezes 
maior, e a vazão que mais que dobrou, podendo atingir 2 Mbps. Além disso, o 
Bluetooth 5, permite configurar taxas de dados menores e assim priorizar o 
consumo energético para certos tipos de cenários. Em 2017, foi incorporada a 
funcionalidade que permitiu configurar redes mesh, e isso viabilizou inúmeras 
funcionalidades no campo de Home Automation, redes de sensores, inúmeras 
aplicações industriais, além de comunicação de longo alcance (se considerar a 
possibilidade das mensagens saltarem entre os dispositivos). [40] 
 
Figura 25 - Casos de uso para cada padronização do Bluetooth.Fonte: [41] 
O fato é que o Bluetooth foi criado para simplificar o uso de alguns 
periféricos de computadores pessoais, e desde que isso aconteceu inúmeras 
outras funcionalidades foram encontradas para esta tecnologia. Ao passo que a 
tecnologia evoluiu, um número ainda maior de possibilidades de uso surgiu, e 
hoje em dia, esta tecnologia de conectividade atende perfeitamente diversos 
cenários IoT. 
47 
 
FIT-F.24.1.01-04 Rev. B 
 
4.2.3 Zigbee 
 ISM Sub-gigahertz 
 ISM 2,4 GHz 
 Licenciada 
 Baseada em IP 
 Ecossistema confiável 
 Longo alcance 
 Eficiência energética 
 Mobilidade 
 Topologia 
 Estrela 
 Estrela estendida 
 Mesh 
 
Apesar de compartilhar a faixa de frequências (2,4 GHz) com Bluetooth e 
Wifi, Zigbee é uma tecnologia de conectividade que foi concebida para lidar com 
conectividades do tipo LPWAN. Diferentemente do que se viu nas duas 
tecnologias anteriores, que surgiram como meio de facilitar a conexão de 
periféricos, o Zigbee já incorpora 
funcionalidades de conectividade 
que vão muito além do que a própria 
conexão. Em seus protocolos são 
estabelecidas funções não só para 
gerenciar a troca de mensagens e 
configuração dos dispositivos na 
rede, mas também para garantir 
acessibilidade e interoperabilidade 
de um ecossistema completo em 
nuvem. Sua padronização encontra-
se definida pela norma IEEE 
802.15.4. [42] 
Basicamente trata-se de uma pilha de protocolos necessárias para a certificação 
de um dispositivo Zigbee, em que é necessário cumprir requisitos de parâmetros 
do rádio, protocolosde comunicação, e as biblioteca de aplicações. Uma vez 
respeitados estes parâmetros, qualquer fabricante poderá produzir sua própria 
Figura 26 - Concepção de produto Zigbee. 
Fonte:[42] 
48 
 
FIT-F.24.1.01-04 Rev. B 
solução em Zigbee, sendo esta uma das suas maiores vantagens: o ecossistema 
tecnológico que essas características propiciam. [42-44] 
Outra diferença notória entre estas tecnologias, é que o Zigbee 
implementa de forma nativa a topologia mesh. Esta característica garante maior 
cobertura, maior confiabilidade, pois a mensagem tem diversas possibilidades 
de caminhos dentro da rede. Sobre esta topologia trafegam pacotes de 
pequenos tamanhos, o que diminui a latência de comunicação e também o 
consumo de energia. As taxas de dados são limitadas em 250kbps, tanto para o 
fluxo de mensagens quanto para as interfaces de configuração dos dispositivos. 
Esta vazão limita o uso de Zigbee para algumas aplicações, e por este motivo 
seu uso tem sido mais predominante no contexto de smart-home, smart-building, 
principalmente com foco em sistemas de controle de iluminação domésticos e 
sistemas de segurança e controle de acesso. 
Se por um lado, Zigbee limita as aplicações por uma limitada vazão de 
dados, por outro lado esta tecnologia apresenta níveis baixíssimo de consumo 
energético, que podem ser consideravelmente otimizados quando incorparadas 
as funcionalidades do Zigebee Green Power, que permitem até mesmo o 
emprego dispositivos sem baterias (batery-less devices). Neste caso, falam-se 
em aplicações de tão baixo consumo que os dispositivos dispensam a 
necessidade de serem alimentados, pois são capazes de capturar energia 
disponível do ambiente (luminosa, térmica, mecânica, etc...). 
 
4.2.4 LoRa 
 ISM Sub-gigahertz 
 ISM 2,4 GHz 
 Licenciada 
 Baseada em IP 
 Ecossistema confiável 
 Longo alcance 
 Eficiência energética 
 Mobilidade 
 Topologia 
 Estrela 
 Estrela estendida 
 Mesh 
 
49 
 
FIT-F.24.1.01-04 Rev. B 
Desenvolvida pela empresa norte-americana Semtech, é uma das 
tecnologias mais abrangentes no mercado de IoT de espectro não licenciado (do 
inglês “license-free”), que opera na banda ISM sub-gigahertz. Enquadra-se na 
categoria de redes LPWAN, que sua padronização estão definidos protocolos 
próprios de comunicação e (LoRaWAN) e o hardware proprietário fornecido sob 
licença da Semtech. [45-47] 
O termo “LoRa” é um acrônimo para “Long-Range”, ou longo alcance, 
sendo esta a característica mais marcante do protocolo. Estão reportados na 
literatura experimentos com enlaces LoRaWAN com mais de dez quilômetros de 
alcance. Esse potencial de cobertura não se deve a uma modulação robusta que 
permite que sinal na recepção seja recuperado de forma inequívoca mesmo que 
recebido a baixíssimos níveis de intensidade. Para o LoRaWAN, são aceitáveis 
níveis de recepção na ordem de −120 dBm, ou seja, algo em torno de 1 fW, ou 
1 × 10−15 W. A isto se devem elaboradas técnicas de espalhamento espectral, 
que podem ser entendidas como a “diluição” da informação em uma grande 
faixas de frequências. [45-47] 
 
 Europa América 
Faixas de frequência 867 ~ 869 MHz 902 ~ 928 MHz 
Canais 10 64 
BW Up-link 125 kHz 125 ou 250 kHz 
BW Down-link 125 kHz 500 kHz 
Potência TX (device) 14 dBm Até 30 dBm 
Potência TX (gateway) 14 dBm 27 dBm 
Taxa de bits 0,25 ~ 50 kbps 0,98 ~ 21,9 kbps 
Link Budget UP 155 dB 154 dB 
Link Budget DOWN 155 dB 157 dB 
Tabela 1 - Alguns parâmetros relevantes para LoRaWAN. Fonte: [46] 
Como a faixa de frequências ocupada pela mensagem transmitida é muito 
maior do que a faixa efetivamente requerida pela mensagem, a aplicação fica 
limitada a taxas de comunicação muito baixas, entre 250 bps e 50 Kbps, 
aproximadamente. 
Redes LoRa são necessariamente estabelecidas em topologia estrela. Ou 
seja, há um concentrador que conversa com todos os dispositivos conectados 
separadamente. Ou seja, num dispositivo nunca conversa diretamente com 
50 
 
FIT-F.24.1.01-04 Rev. B 
outro. Isto é bem parecido com a arquitetura das redes móveis, apresentadas na 
seção anterior. 
Outra característica que marca esta tecnologia são as classes dos 
dispositivos, que limitam as possibilidades de uso. Podem ser: 
➢ Classe A: Neste caso é permitido que os dispositivos ligados à rede iniciem 
uma comunicação com o concentrador a qualquer momento. E neste caso, o 
concentrador poderá responder a requisição em somente janelas de tempo 
bem definidas após esta requisição. [46] 
➢ Classe B: Os dispositivos implementam as funções da Classe A, porém 
existem mais janelas de recepção em que o concentrador pode enviar 
mensagens aos dispositivos da rede. [46] 
➢ Classe C: Neste caso não existe a ideia de janela de recepção, pois os 
dispositivos podem receber mensagens a qualquer momento. Na prática é 
como se a janela de recepção fosse contínua e nunca fechasse. A vantagem 
disso é que a latência é reduzia em detrimento do consumo de energia, que 
aumenta expressivamente, pois esta configuração exige que o dispositivo 
fique alerta o tempo todo. [46] 
A Figura 27, permite a visualização de como cada classe pode ser mais 
adequada na relação de compromisso entre latência e autonomia de baterias. 
 
Figura 27 – Relação de compromisso entre as diferentes classes de dispositovos LoRa e os 
seus desempenhos quanto autonomia de bateria e latência. Fonte:[46] 
 
 
51 
 
FIT-F.24.1.01-04 Rev. B 
4.2.5 Sigfox 
 ISM Sub-gigahertz 
 ISM 2,4 GHz 
 Licenciada 
 Baseada em IP 
 Ecossistema confiável 
 Longo alcance 
 Eficiência energética 
 Mobilidade 
 Topologia 
 Estrela 
 Estrela estendida 
 Mesh 
 
Diferentemente do que se vê em redes como WiFi e Zigbee, por exemplo, 
em que a âncora ou gateway fazem parte da rede de um cliente, no Sigfox esta 
função é desempenhada por um operador, tal como ocorre nas redes de telefonia 
móvel. Deste modo, a cobertura da rede depende dos provedores de serviço e 
não do investimento de um cliente interessado. Inclusive, é de se esperar que o 
cliente opte por uma rede Sigfox por causa da ampla cobertura, principalmente 
em grandes centros urbanos. É principalmente por conta de uma figura central 
que administra e coordena a rede, que seu uso é extremamente simples, 
tornando ágeis os desenvolvimentos e integração. [48,49] 
Mas, se por um lado a tecnologia Sigfox traz o que há de melhor dos dois 
mundos, que seria a garantia de serviço e disponibilidade das redes móveis, com 
os baixos custos e consumo das redes IoT, esta tecnologia também traz consigo 
as desvantagens. Ou seja, para um perfil de uso em áreas rurais ou remotas, a 
provisão de serviços pode ser precária ou inexistente. Além disso, há a tarifação 
sob mensagens trocadas. Neste modelo de negócio, os clientes compram uma 
quantidade de mensagens que cada dispositivo pode trocar com a nuvem por 
mês, tal como é feito com planos de dados móveis ofertados pelas operadoras 
de telefonia. Em se tratando de um contexto em que são previstas quantidades 
massivas de dispositivos em cada rede, o custo pode acabar ficando igualmente 
massivo. 
52 
 
FIT-F.24.1.01-04 Rev. B 
 
Figura 28 - Cobertura Sigfox na região de São Paulo. As cores azuis representam as áreas 
com disponibilidade da rede Sigfox. Fonte: [48,49] 
Em 2019, seguindo a tendência das redes privadas de IoT, a empresa que 
administra e coordena a tecnologia, a Sigfox SA, liberou a possibilidade para 
redes privadas. Ou seja, até então um usuário Sigfox apenas precisava de 
dispositivos capazes de se conectar à rede, pagar pelo serviço e utilizá-lo da 
forma como for mais conveniente. Neste contexto a maior parte dos custos 
envolvidos são de natureza OPEX. À partir desta atualização, grandes 
corporações, prefeituras e outros organismos governamentais passaram a poder 
adquirir as suas próprias redes Sigfox, e com isso, ao invés de pagar pelo 
serviço, os equipamentos podem ser adquiridos e com isso tem-se