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UNIDOCTUM T.O. CENTRO UNIVERSITÁRIO DOCTUM DE TEÓFILO OTONI MARIVAN SOUZA SALDANHA WESLEY SILVA NOGUEIRA 5G E IOT: ANÁLISE DOS IMPACTOS DA REDE MÓVEL DE 5° GERAÇÃO NA INTERNET DAS COISAS TEÓFILO OTONI 2021 UNIDOCTUM T.O. CENTRO UNIVERSITÁRIO DOCTUM DE TEÓFILO OTONI MARIVAN SOUZA SALDANHA WESLEY SILVA NOGUEIRA 5G E IOT: ANÁLISE DOS IMPACTOS DA REDE MÓVEL DE 5° GERAÇÃO NA INTERNET DAS COISAS Projeto de pesquisa apresentado ao Curso de Engenharia Elétrica do Centro Universitário Doctum de Teófilo Otoni, como requisito para a aprovação na disciplina TCC I, orientada pela Profª. MSc. Simone Soares Lima Jardim. Área de Concentração: Telecomunicação TEÓFILO OTONI 2021 SUMÁRIO 1 APRESENTAÇÃO.................................................................................................03 2 OBJETO DE ESTUDO...........................................................................................04 3 HIPÓTESES ......................................................................................................... 05 4 OBJETIVOS.......................................................................................................... 06 4.1 Objetivo geral.................................................................................................... 06 4.2 Objetivos específicos....................................................................................... 06 5 JUSTIFICATIVA.................................................................................................... 07 6 REFERENCIAL TEÓRICO.................................................................................... 08 6.1 Comunicação.................................................................................................... 08 6.2 Rede de Telefonia Móvel.................................................................................. 08 6.3 Quarta Geração de Telefonia Móvel............................................................... 10 6.3.1Quarta Geração de Telefonia Móvel Long Term Evolution (4G LTE)........ 10 6.4 Quinta Geração de Telefonia Móvel e Internet das Coisas (5G e IoT)......... 11 7 METODOLOGIA E PROCEDIMENTOS TÉCNICOS DA PESQUISA.................. 13 7.1 Classificação da pesquisa quanto aos fins................................................... 13 7.2 Classificação da pesquisa quanto aos meios............................................... 13 7.3 Tratamento de dados....................................................................................... 14 8 CRONOGRAMA DA PESQUISA.......................................................................... 15 REFERÊNCIAS............................................................................................................................. 16 3 1 APRESENTAÇÃO Desde o princípio da humanidade, comunicar-se é uma necessidade. Atualmente a comunicação está em plena evolução tecnológica, sendo que continuamente são adicionadas novas formas de linguagens, permitido assim descobrir novos meios de se comunicar. Após a criação do telefone sem fio, a evolução tecnológica passou a ser uma realidade, até então não pensada, foi quando surgiu a primeira geração de telefonia móvel, a chamada 1G, na década 1980, que utilizava sinal analógico. Daí em diante, outras surgiram até que se chegasse, em 2017, no Japão, ao início do uso da tecnologia 4G, que atualmente já é presente em várias cidades brasileiras. Mas como o mundo está em constante expansão, a tecnologia 5G já começou a se tornar realidade, a partir do final de 2018, em alguns países do mundo como Alemanha, China, Estados Unidos e Japão. No Brasil, espera-se que até junho de 2022 essa tecnologia já esteja funcionando em todas as capitais do país. Levando, então, em consideração o interesse dos autores em desenvolver um trabalho que pudesse lhes sanar dúvidas próprias, bem como as de outros aficionados, não só por tecnologia como por conhecimento em geral e, ainda, dúvidas daquela parcela da população que será, querendo ou não, afetada pela implementação da 5G, este trabalho tem como objetivo verificar quais melhorias a quinta geração de telefonia móvel (5G) agregará à internet das coisas, tomando como base as tecnologias de telefonia móvel anteriores, capazes de atender à IoT. Para o direcionamento da pesquisa, a pergunta gestora é: em relação às tecnologias de telefonia móvel anteriores, capazes de atender à IoT (4G), quais melhorias o 5G poderá agregar à internet das coisas? A metodologia utilizada para atender aos objetivos propostos, bem como buscar uma resposta satisfatória a problematização descrita se baseará, quanto aos fins, em uma análise exploratória e descritiva do tema, que buscará, quanto aos meios, desenvolver uma pesquisa bibliográfica aprofundada utilizando meios impressos e digitais, através de sites, livros, revistas, artigos, monografias, teses, dissertações, vídeos, documentários, dentre outros cientificamente confiáveis, encontrar as mais diversas informações sobre o tema de estudo. 4 2 OBJETO DE ESTUDO Com o objetivo inicial de promover a interação entre pessoas e entre pessoas e máquinas a internet surgiu nos anos 60 permitindo uma nova visão sobre essas relações, com o crescimento acelerado a internet foi se expandido para área comercial, o surgimento da ferramenta de busca WEB (www) e das redes sociais, fez ser impossível pensar em viver atualmente sem essa ferramenta. Imagina-se que a forma como se vive, se trabalha, se interage, será completamente revolucionada através da internet das coisas ou IoT (Internet of Things). Visando a interligação de aparelhos do cotidiano, essa nova forma de utilização da internet propõe a comunicação entre coisas, objetos, aparelhos. Várias tecnologias de comunicação estão surgindo e evoluindo, visando atender à demanda de conectividade da internet das coisas. Com o surgimento da quinta geração de telefonia móvel o 5G, pode se tornar possível o que parecia distante, como indústrias conectadas onde máquinas poderão realizar substancial coleta de dados otimizando e transformando informações úteis para gestão da indústria. Assim também ocorrerá com cidades inteligentes, carros conectados, energia inteligente, dentre outros. Com o grande desafio de alavancar a internet das coisas, a quinta geração de telefonia móvel vem com a intenção de fornecer mais largura de banda, maior velocidade de dados e menor latência. Diante dos fatores expostos pode-se indagar: em relação às tecnologias de telefonia móvel anteriores, capazes de atender à IoT (4G), quais melhorias o 5G poderá agregar à internet das coisas? 5 3 HIPÓTESES H1: A quinta geração de telefonia móvel vai interferir diretamente no funcionamento da internet das coisas, fazendo com que todo seu potencial possa ser utilizado em carros inteligentes, indústrias conectadas, casas inteligentes e, de modo geral, cidades conectadas. H2: Com a implementação da quinta geração de telefonia móvel a forma através da qual as pessoas vão se comunicar com pessoas e com coisas será transformada fazendo com que a interação entre elas seja facilitada. H3: A baixa latência é a principal tecnologia ofertada pela quinta geração de telefonia móvel que tornará viável o funcionamento da internet das coisas na área da saúde, pois ela permite que equipamentos possam ser controlados remotamente, quase sem atraso. 6 4 OBJETIVOS 4.1 Objetivo Geral Verificar quais melhorias a quinta geração de telefonia móvel (5G) agregará à internet das coisas, tomando como base as tecnologias de telefoniamóvel anteriores, capazes de atender à IoT. 4.2 Objetivos específicos a) Mostrar quais impactos a quinta geração de telefonia móvel terá sobre a internet das coisas, se comparada às tecnologias de telefonia móvel anteriores. b) Analisar a importância que a quinta geração de telefonia móvel trará para a internet das coisas e quais as melhorias serão agregadas visando indústrias conectadas, cidades inteligentes, carros conectados. c) Avaliar se a internet das coisas fornecerá melhorias significativas ao ser implantada à quinta geração de telefonia móvel, já que tal tecnologia vem com a promessa de muito mais velocidade de banda, fazendo com que a interação seja quase em tempo real entre coisas e pessoas, coisas e coisas, pessoas e pessoas. 7 5 JUSTIFICATIVA Pensando em sanar dúvidas próprias e, ao mesmo tempo, contribuir para o entendimento dos leitores acerca do tema, foi que os autores pensaram no desenvolvimento de um trabalho que permitisse analisar quais melhorias essa tecnologia poderá trazer à população a curto e a longo prazo. Deseja-se entender quais impactos a rede de telefonia móvel de 5ª geração causará na utilização da internet das coisas (IoT). Diversas são as facilidades prometidas com o advento da tecnologia 5G: carros conduzidos sem necessidade de condutor humano, celulares conectados e controlando diversos aparelhos, etc. Imagina-se que este tema ainda promoverá muitas discussões acadêmicas, dada a gama de possibilidades prometidas pela nova tecnologia. No âmbito social, prevê-se uma facilitação em diversos aspectos, visto que uma população tende a receber benefícios diretos e indiretos através do 5G. Carros completamente automatizados são, sem dúvida, um benefício importantíssimo para a acessibilidade de condutores com deficiências físicas; medicina com avanços tecnológicos, em que um médico japonês poderá operar um cidadão brasileiro, sem que estejam fisicamente no mesmo lugar; acesso a aparelhos domésticos cada vez mais conectados, que permitem, por exemplo, ao proprietário desenvolver funções sem a necessidade de estar em sua residência; bem como diversos outros que, até então, só existiam nos filmes de ficção científica. É a ciência evoluindo em favor da população. Espera-se que ganhos substanciais advenham deste trabalho, já que o tema é inovador, muito comentado, mas fomentador de grandes discussões em função do pouco conhecimento sobre o que realmente a tecnologia 5G promoverá de ganhos e, ainda, se haverá perdas em algum sentido quando for implantada. Portanto, este trabalho busca verificar quais melhorias a quinta geração de telefonia móvel (5G) agregará à internet das coisas, tomando como base as tecnologias de telefonia móvel anteriores, capazes de atender à IoT. 8 6 REFERENCIAL TEÓRICO 6.1 Comunicação Segundo Fernandes (2016), a comunicação está em plena evolução tecnológica, a todo tempo é adicionada à comunicação novas formas de linguagens, permitido assim descobrir novos meios de se comunicar. Desde sua existência, o homem vem aprimorando as maneiras de se comunicar, na antiguidade o povo sumério se comunicava através de sistema pictográfico, os egípcios com hieróglifos escritos nas paredes e em papiros, os povos indígenas americanos adotaram o sinal de fumaça para se comunicar mais rapidamente, o uso do telegrafo permitia enviar mensagem de um ponto para outro com segurança, os correios ate pouco tempo eram chamados de carteiros, porque tinha como função principal levar cartas de um lado para o outro. Antes as mensagens demoravam muito tempo pra chegar a seu destino, o que hoje pode ser feito ate de maneira instantânea, através das redes sociais utilizando a internet. Dependendo de cada pessoa se comunicar pode ser um processo natural ou até mesmo complicado, a forma na qual a pessoa está disposta a receber e interpretar a mensagem faz toda diferença (SOUZA et al., 2009). Segundo Silva (2016), “a comunicação é um fator indispensável para o convívio em sociedade. 6.2 Rede de Telefonia Móvel Após a criação do telefone sem fio mudanças significativas aconteceram na forma de se comunicar, ao longo dos estudos surgiram tecnologias conhecidas com gerações 1G, 2G, 3G, 4G, 5G (SILVA, 2016). Em 1987 o italiano Guglielmo Marconi, demostrou de forma rudimentar uma transmissão utilizando sinal de radiofrequência que atravessou o Oceano Atlântico, essa foi considerada a primeira comunicação sem fio de telefonia móvel, por definição comunicação de telefonia móvel, “consiste em uma infraestrutura de telecomunicações que atende usuários que em tese estão em movimento, ou seja, móveis, mas não necessariamente”. Visando tornar mais robusto e confiável o sistema de telefonia móvel, surgiram novas tecnologias, vários componentes físicos e virtuais (FARIAS, 2019). 9 De acordo com Farias (2019), a primeira geração de telefonia móvel, surgiu na década 1980 utilizando sinal analógico. Xavier et al (2006), expõe que o sistema de primeira geração tem como sua principal característica operar numa faixa de 800MHz. Farias (2019) diz que as tecnologias diferentes adotadas por cada país (NMT (Nordic Mobile Telephony) introduzindo países nórdicos, AMPS analógico (Advanced Mobile Phone Service) adotados pelos norte americano, TACS (Total Access Communications System) no Reino Unido, JTACS (Japan Total Access Communications Systems) no Japão) tornava impossível o Roaming Internacional devido a FM (modulação em frequência). As comunicações podiam sofrer violação ou grampo pela ausência de criptografia, não havendo autenticação do acesso móvel, fraudes como clonagem do usuário se tornaram constante. Toda capacidade espectral foi se exaurindo devido o aumento e popularização da tecnologia da telefonia móvel, diante desses problemas expostos se abril espaço para primeira revolução da telefonia móvel. De acordo com Xavier et al. (2006), a segunda geração opera com três tecnologias principais, TDMA (Time Division Multiple Access) a frequência é dividida em seis canais diferentes de tempo, operando numa frequência de 850 e1900MHz,CDMA-ONE (Code Division Multiple Access) opera em uma frequência de 800 e 1900MHz, utiliza um código para receber o sinal especifico de um usuário ,GSM(Global System Mobile), operando em uma faixa de frequência de 800 e 1800MHz, contem um cartão onde fica guardado as informações do assinante, dificultando a clonagem de telefones conseguindo assim trazer mais segurança se comparada a tecnologia de primeira geração. A partir do momento que o uso de dados ficou mais importante do que a comunicação por voz, surgir uma terceira geração de telefonia móvel que suportasse a alta qualidade de conteúdo de mídia, streaming de vídeos em alta definição, que viria com uso das redes sociais, se fez necessário (FARIAS, 2019). Segundo Silva (2016), a tecnologia 3G é considerado ascensão da tecnologia 2G tendo como principal característica oferta de banda larga sem fio permitido utilizar download e upload de arquivos da internet se assemelhando as redes fixas de banda larga, oferecendo também maior taxa de transmissão por faixa de frequência, maior velocidade, maior frequência de banda, melhoria na qualidade de voz e serviços online. O que diz respeito a segurança a tecnologia 3G veio com novas tecnologias 10 de autenticação, as chaves foram aumentadas de 64 para 128 bits, criação de algoritmos, cifragem e integridade. 6.3 Quarta Geração de Telefonia Móvel (4G) No Japão em 2017 a quarta geração de telefonia móvel começou a ser usada, permitindo a comunicação bilateral, de voz, vídeo e dados, com a promessa de maior qualidade de sinal mesmo que usuário esteja em movimento. Tendo como suas principais características, alta taxa de transferência de dados, uso do IP (internet protocolo),conseguindo assim atingir maior velocidade e podendo agregar técnicas de seguranças que permitiria o acesso de vários usuários a internet (SILVA,2016). Para Godinho et al (2016), é importante destacar que, estando sempre em crescimento exponencial a necessidade por banda larga e serviços baseados em desenvolvimento de armazenamento em nuvem, a quarta geração de telefonia móvel veio para atender essas necessidades, com a promessa inicial de fornecer velocidade de download de até 100Mbs e de upload de 50Mbs, baseando-se na tecnologia IP e utilizando um padrão principal o LTE. 6.3.1 Quarta Geração de Telefonia Móvel Long Term Evolution (4G LTE) O LTE utiliza 20 MHz como faixa de frequência principal, podendo trabalhar também com 1.4, 3.5, 10 e 15MHz. Por canal pode se alcançar cerca de 100Mbs de taxa de download. Se comparado com a terceira geração de telefonia móvel seu grade destaque é a melhoria de desempenho que pode ser justificada pelo aumento de taxa de transferência de dados, redução de atraso em termo de latência de transmissão e tempo de conexão, aumento da taxa de bits por área da célula, arquitetura de rede simplificada, melhoria no consumo de energia, redução de custo por bits implicando na melhoria da eficiência espectral, etc. (SILVA,2016) De acordo com GODINHO et al (2016), a latência de rede pode se dividir em dois modos, controle e usuário ,no modo de controle 100ms é o tempo permitido para que usuário possa passar da inatividade para atividade, no modo de usuário 5ms é o tempo máximo para que os dados possam partir do terminal móvel ate o nó da borda da rede, esses sistemas foram desenvolvidos para garantir máxima qualidade para usuários que estejam em uma velocidade de locomoção de até 15Km/h, acima dessa 11 velocidade é permitido distorção, até 120Km/h o sistema suporta perdas sem quedas ao longo da sua rede. 6.4 Quinta Geração de Telefonia Móvel e Internet das Coisas (5G e IoT) De acordo com Farias (2019), as quatro gerações de telefonia móvel anteriores se focaram em conectar pessoas através de comunicação de dados e voz eficientes, a quinta geração de telefonia móvel não vem só com a proposta de conectar pessoas e coisas, mas sim com o compromisso de uma nova dinâmica de imersão digital, sistema de transporte autônomo, serviços de realidade virtual aumentada para consumidores e empresas, entrega de conteúdo de banda larga móvel em todos os lugares etc. Essas aplicações exigiram muito das tecnologias autuais onde as mesmas não conseguirão atender e proporcionar as melhores experiências possíveis. “As redes de comunicações moveis da quinta geração, ou 5G, tem se colocado como o sistema de comunicação sem fio capaz de suportar todos os desafios dessa nova era.” Com o objetivo de fornecer vinte vezes mais taxa de pico, dez vezes menos latência e três vezes mais eficiência espectral, essas são algumas melhorias que quinta geração de telefonia móvel terá em relação com a quarta geração de telefonia móvel. A Figura 1 apresenta comparação entre as gerações de telefonia móvel. Figura 1 - Comparativo entre as principais características das redes 4G e 5G IMT-Advanced (4G) IMT-2020 (5G) Taxa de Dados de pico DL: 1Gbps UL: 0,5Gbps DL: 20Gbps UL: 10Gbps Taxa de Dados da Experiência do usuário 10 Mbps 100 Mbps Eficiência do Espectro 1 (normalizado) 3x melhor IMT-Advanced Mobilidade 350 Km/h 500 Km/h Latência para usuário 10 ms 1 ms Densidade de conexões 100 mil dispositivos/km2 1 milhão dispositivos/km2 Eficiência energética da rede 1 (normalizado) 100x melhor IMT-Advanced Banda Até 20 MHz por radio Até 1 GHz por radio Fonte: Farias(2019) 12 Para Rosa et al (2017), a quinta geração de comunicação móvel tem o papel de tornar a internet das coisas uma realidade, manter um objeto conectado independete de sua localizacão, um dispositivo se conctar sem a interação humana, sao um dos possiveis impactos do 5G na internet das coisas. O 5G comtem um trio de categorias de uso que seram apicados na internet das coisas, banda larga móvel melhorada, dispositivos conectados em massa, alta confiabilidade e baixa latência. Carros autônomos, cidades inteligentes, automação industrial, casas inteligentes, realidade virtual, são algumas das tecnologias beneficiadas pela quinta geração de comunicação móvel. Silva (2018) tem à internet das coisas como objetos conectados mundialmente em rede, tendo como base três pilares, sob a visão dos objetos inteligentes: identificáveis, comunicáveis, interação entre si, conseguindo assim construir diversas redes de objetos conectados a um usuário final. 13 7 METODOLOGIA E PROCEDIMENTOS TÉCNICOS DA PESQUISA Para GIL (2002), pesquisa é um procedimento racional e sistemático com o objetivo de apresentar soluções para os problemas propostos, se desenvolvendo por meio de conhecimentos adquiridos e atualizações cuidadosas dos métodos, técnicas e outros procedimentos científicos. Estes métodos, técnicas e procedimentos, de acordo com Gil (2002), representam a forma como o pesquisador buscará os resultados que responderão aos objetivos propostos, uma espécie de passo-a-passo a ser seguido para que a pesquisa seja bem sucedida. Neste trabalho, a metodologia e os procedimentos técnicos da pesquisa permitirão um desenvolvimento consciente, organizado, pautado em confiabilidade científica, de modo a elucidar dúvidas frequentes sobre a tecnologia 5G que inicia sua presença no cenário brasileiro. 7.1 Classificação da pesquisa quanto aos fins Quanto aos fins a pesquisa se classifica em exploratória e descritiva, já que utilizará de levantamento bibliográfico para explorar e descrever a tecnologia 5G, de rede de telefonia móvel e banda larga. Gil (2002) apresenta a pesquisa exploratória como sendo aquela em que se procura aprofundar o conhecimento sobre o tema, fazendo buscas bibliográficas, entrevistas, análise de exemplos, bem como quaisquer outros meios que permitam a aquisição de informações variadas que forneçam a completude da informação. Ele também informa que a pesquisa descritiva completa a exploratória por buscar descrever as características do tema, levantando informações através de técnicas especializadas, que vão desde um questionário até outros que permitam fazer as observações necessárias. 7.2 Classificação da pesquisa quanto aos meios Quanto aos meios, a pesquisa é classificada em bibliográfica, já que fará uso de materiais impressos ou virtuais como livros, artigos científicos, revistas, 14 monografias, teses, dissertações e outros que sejam reconhecidamente tidos como científicos, para assim, formar um banco confiável de informações acerca do tema. Lakatos & Marconi (1999) coloca a pesquisa bibliográfica como necessária em qualquer trabalho científico, por fornecer informações iniciais sobre os temas de pesquisa. No caso de trabalhos especificamente bibliográficos, a importância de se pesquisar fontes variadas e o mais atualizadas possível, é extremamente relevante, pois assim garante-se variedade de conteúdo e informações atuais. 7.3 Tratamento dos dados Considerando que os dados obtidos nesta pesquisa serão de ordem qualitativa, seu tratamento se dará por meio de relatórios que buscarão expor, de forma clara as respostas encontradas para os objetivos propostos. Lakatos & Marconi (1999) deixam claro que a pesquisa qualitativa é aquela cujos dados coletados não são numéricos, portanto, devem ser expostos através de ampla discussão, pois apresentam aspectos relevantes sobre o tema, tratando-o de forma a explanar sua complexidade, tornando-o de fácil entendimento. 15 8 CRONOGRAMA TAREFAS / MESES JUL AGO SET OUT NOV DEZ Pesquisas bibliográficasX X X X X Encontro com o orientador X X X Observação de como será feita a pesquisa X Análise e processamento dos dados colhidos a partir do método de gerenciamento estratégico X X Construção de tabelas e gráficos dos resultados X X X Redação do texto X X X Correção final e formatação X Protocolamento do TCC X Defesa Pública do TCC X 16 REFERÊNCIAS FARIAS, G. F. 5G Redes de Comunicação moveis de quinta geração evolução, tecnologia, aplicações e mercado. Universidade do Sul de Santa Catarina. Palhoça, 2019. FERNANDES, E. A. A Evolução da Comunicação Impactada pela Tecnologia. Centro Universitário Tiradentes, 2016. GIL, A. C. Como elaborar projetos de pesquisa. 4ª ed. São Paulo: Atlas, 2002. GODINHO, H. F.; LINOS, C. G. S.; OLIVA FILHO, O. O.; XAVIER, C. S. Uma Abordagem sobre a Tecnologia 4G LTE e sua aplicação no Brasil. Disponível em: https://semanaacademica.org.br/system/files/artigos/4glte_0.pdf. Acessado em 19/06/2021. LAKATOS, E. M.; MARCONI, M. A. Metodologia científica. São Paulo: Atlas, 1999. ROSA, L. S. P.; BARCELOS, R. G.; PRADO, Y. P.; REAL, Y. Aplicação do 5G em Internet das Coisa (Iot). Disponível em: https://scholar.google.com.br/scholar?hl=pt- BR&lr=lang_pt&as_sdt=0%2C5&q=aplica%C3%A7%C3%A3o+do+5g+em+internet+ das+coisas&btnG=. Acessado em 19/06/2021. SILVA, D. F. Desafios Implementação De projetos de internet das coisas e ações para superá-los. Universidade Nove de Julho. São Paulo, 2018. . SILVA, I. L. C. S. Do 1G ao 5G: Evolução Das Redes de Telefonia Móvel. Universidade Federal do Recôncavo da Bahia, 2016. XAVIER, J.; MUZZI, M.; CAMARGO, E.; CAETANO, R.; MATOS, F. Estudo da Evolução da Telefonia Móvel no Brasil. Disponível em: http://www.inicepg.univap.br/cd/INIC_2006/inic/inic/07/INIC0000860.ok.pdf. Acessado em 19/06/2021. https://semanaacademica.org.br/system/files/artigos/4glte_0.pdf.%20Acessado%20em%2019/06/2021 https://semanaacademica.org.br/system/files/artigos/4glte_0.pdf.%20Acessado%20em%2019/06/2021
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