Abstract

Os diferentes segmentos da economia – indústria, comércio, agronegócio – buscam cada vez mais a implantação das tecnologias da chamada Indústria 4.0. Essas tecnologias possibilitam um salto de produtividade, eficiência, gestão integrada, melhores processos e toda uma gama de ferramentas visando o futuro da produção.

Para a introdução dessas tecnologias, um fator é essencial: conectividade. Essa conectividade pode ser obtida de diversas formas, sendo a mais interessante delas as Redes Privadas 5G, cada vez mais acessíveis economicamente, fornecendo banda larga, baixo delay, mobilidade, estabilidade e segurança.

Esse artigo descreve as Redes Privadas 5G, suas características técnicas, modos de implantação e alguns dos múltiplos casos de uso que ela possibilita.

• Introdução

Indústrias e empresas estão passando por uma transformação digital sem precedentes, impulsionada pela adoção de aplicativos e serviços nativos em nuvem, internet das coisas (IoT), data analytics, inteligência artificial, realidade aumentada e blockchain. Embora o grau de implementação dessas tecnologias varie em cada segmento ou vertical, um fator comum se mantém verdadeiro em todo o quadro – a necessidade de conectividade e mobilidade, em uma rede rápida e estável.

Uma Rede Privada 5G é uma rede corporativa que fornece conexões de comunicação para usuários pertencentes a uma organização privada, ao mesmo tempo em que oferece serviços específicos de aplicativos adaptados às necessidades de cada negócio. Para aplicações industriais, a capacidade de implantar redes móveis para atender aos requisitos de confiabilidade, latência e segurança de aplicações críticas é fundamental para a nova onda de sistemas ciber-físicos conhecidos como Indústria 4.0.

Os requisitos rigorosos de cada indústria não podem ser atendidos através da Ethernet tradicional ou das redes Wi-Fi. Redes construídas com Ethernet cabeada são econômicas e estáveis em termos de desempenho e qualidade, mas limitadas em mobilidade e de complexa manutenção e ampliação. Redes Wi-Fi são fáceis de construir e operar, mas em termos de desempenho de comunicação – como distância de conectividade, latência, mobilidade e segurança – não atendem aos requisitos para transformação digital corporativa.

Considerando esses modos de operações existentes, uma rede de comunicação móvel que pode superar as limitações das redes tradicionais Ethernet e Wi-Fi dá às Redes Privadas 5G a vantagem competitiva para otimizar negócios. 

As Redes Privadas 5G podem ser implementadas em diversos modos, muito mais flexíveis dos que as de gerações anteriores de comunicação móvel. A alocação de frequências 5G para estabelecer redes privadas foram introduzidas e normatizadas em vários países nos últimos anos. No Brasil esse processo ainda está caminhando na Anatel, mas deverá ser concluído em breve, provavelmente com a alocação de 100 Mhz de banda em 3700-3800 MHz. As novas frequências 5G para uso de redes privadas são expressas em vários termos, como frequências não licenciadas, privadas, locais ou compartilhadas, como o serviço conhecido como CBRS (Citizens Broadband Radio Service) como um exemplo principal, em uso nos EUA.

Os casos de uso da tecnologia 5G (URLLC, eMBB, mMTC) impulsionam a inovação em fábricas inteligentes, transportes, logística, hospitais inteligentes e assim por diante. 

O fatiamento de rede, que é uma das características mais significativas do 5G, cria uma variedade de redes lógicas dedicadas às necessidades das tecnologias da Indústria 4.0, possibilitando a criação e prestação de serviços otimizados para a rede privada. 

A virtualização e a cloudificação das funções de rede no 5G permitem que as redes 5G funcionem via software, em ambiente de hardware agnóstico. As redes móveis implementadas com software – que não estão vinculados a equipamentos de hardware dedicados – possibilitam aos clientes das redes privadas reduzirem os custos e aumentar a eficiência na implantação e nas operações.

O objetivo deste documento é mostrar que as redes 5G privadas podem alcançar um nível de desempenho de excelência. Para isso, este artigo explora as maneiras pelas quais empresas e organizações podem implantar e operar redes privadas, e introduzir as tecnologias 5G inovadoras que permitem o alto desempenho necessários em redes privadas. 

• Arquiteturas de Redes 5G Privadas

Uma rede móvel pública é tipicamente implantada e operada por operadoras públicas de rede móvel (MNOs) em espectros licenciados. No caso de uma rede privada, no entanto, a propriedade da implantação e operação pode ser transferida das MNOs para a empresa que está implantando a rede e pode ser criada mesmo em espectros não licenciados, independente da rede pública. 

Os tipos de implantação das redes 5G privadas são divididos nas duas categorias seguintes:

• Rede independente – redes privadas autônomas que são totalmente isoladas de uma rede pública;
• Rede dependente – redes privadas implantadas em conjunto com uma rede pública, nos seguintes modos:
  • Rede privada compartilhando a RAN;
  • Rede privada compartilhando a RAN e o plano de controle;
  • Rede privada implementada dentro de uma Rede Pública.

 

• Rede Independente

Esse cenário prevê uma rede privada implantada como uma rede autônoma que é física e logicamente isolada de uma rede pública. Além disso, a rede privada autônoma pode ser completamente isolada da rede pública usando espectro 5G local em vez de um espectro licenciado da MNO. Se forem necessários casos específicos de uso ou houver regulamentações a serem cumpridas, também é possível usar espectros licenciados.

Todas as funções de rede como gNB, plano de controle e plano de usuário são implantadas nas dependências da empresa, como mostrado na Figura 1. Uma vez que a empresa tenha a rede 5G independente com todas as funções à sua disposição, ela pode aplicar as tecnologias 5G inovadoras relevantes, sem se limitar às tradicionais soluções Ethernet ou LAN sem fio.

Fig. 1 – Rede privada standalone, isolada

As vantagens típicas de uma rede privada autônoma são resumidas da seguinte forma.

• Segurança: uma rede independente completamente separada da rede pública garante segurança e privacidade, evitando vazamentos de informações internas relacionadas ao tráfego e assinantes.
• Latência ultra-baixa: com todas as funções de rede localizadas na empresa, o atraso de rede entre o dispositivo e o servidor de aplicativos é mínimo, permitindo serviços de latência ultra-baixa, como aplicativos de controle de  movimento.
• Qualidade personalizada dos serviços: as configurações de rede das redes privadas podem ser personalizadas para atender aos requisitos dos aplicativos corporativos, ao contrário da configuração padrão da rede pública. A configuração inclui todos os parâmetros que podem afetar o desempenho da taxa de dados, confiabilidade, latência, bem como estrutura de quadros uplink/downlink.
• Autonomia: a natureza de uma rede privada autônoma garante sua operação independente, mesmo que ocorram falhas (por exemplo, tempo de inatividade da rede e degradação de desempenho) na rede 5G pública do MNO.

No entanto, adquirir e implantar toda uma rede 5G pode ser uma solução desafiadora para empresas que não têm experiência e know-how suficientes de tecnologias de telecomunicações. Por isso é importante selecionar um parceiro que tenha o conhecimento, experiência e suporte de serviços para implementar e personalizar efetivamente a rede 5G para sua empresa. 

• Rede Dependente

1. Rede privada com compartilhamento da RAN

Nesse cenário, uma rede privada compartilha parte da RAN – especialmente o gNB – com a rede pública, enquanto outras funções de rede são implantadas na empresa e permanecem separadas da rede pública, como mostra a Figura 2. 

Fig. 2 – Rede privada compartilhada

Esse cenário de implantação é ainda dividido em dois sub-cenários, dependendo se a rede privada usa espectros privados locais ou usa o espectro licenciado da operadora, que é compartilhado com a rede pública. 

Esse cenário é semelhante a uma rede privada autônoma, exceto que, nesse cenário, a rede privada e a rede pública compartilham partes do RAN. O tráfego de dados da rede privada – fatia privada da Figura 2 – é entregue ao plano de usuário 5G privado na empresa, enquanto o tráfego de dados da rede pública – fatia pública da Figura 2 – é entregue ao plano de usuário do núcleo 5G na rede pública da operadora móvel. 

Aqui, o plano de controle do núcleo 5G privado também é implantado na empresa, para que as informações de assinante e operação da rede privada não sejam compartilhados e permaneçam na empresa. Portanto, a segurança e a privacidade da rede privada ainda podem ser garantidas, apesar de partes do RAN não estarem totalmente separadas.

Além disso, sob este modelo, todas as funções de rede estão localizadas nas instalações da empresa, fornecendo comunicações de latência ultra-baixa. Nesse cenário, porém, falhas na RAN podem causar falhas na rede privada, interrompendo os serviços instalados e os casos de uso.

2. Rede Privada compartilhando Plano de controle e RAN

Nesse cenário, a rede privada e a rede pública compartilham a mesma RAN, enquanto o controle da rede é tratado pela rede pública. A arquitetura geral das redes privadas e públicas e seus componentes são mostrados na Figura 3. 

Fig. 3 – Rede privada compartilhada

Funções do plano de controle para os assinantes de uma rede privada, como autenticação ou mobilidade, são realizadas no domínio de controle da rede da operadora móvel, juntamente com o controle dos assinantes da rede pública. Em outras palavras, os dispositivos da rede privada são, por definição, assinantes da rede pública do MNO. Isso permite que dispositivos da rede privada acessem diretamente os serviços da rede pública, e proporciona a continuidade do serviço (roaming quando os dispositivos da rede privada se movem entre a rede privada e a rede pública, e vice-versa). No entanto, o interworking com a rede pública deixa preocupações de segurança, como informações operacionais e informações de assinatura de dispositivos de rede privada sendo armazenados no servidor de uma operadora móvel, em vez de serem armazenados no local.

O tráfego de dados entre a rede privada e a rede pública pode ser separado por meio de tecnologias definidas pelo 3GPP, como o fatiamento de rede. A separação entre as redes é realizada utilizando diferentes identificadores de fatias de rede. O tráfego de dados da rede privada é entregue ao plano de usuário principal 5G da empresa com seu identificador, enquanto o tráfego de dados da rede pública é entregue ao plano de usuário principal 5G na rede pública da operadora móvel, como mostrado na Figura 3.

Esse cenário também garante latência mínima por meio da introdução de computação de borda multi-acesso (MEC) nas dependências da empresa. A comunicação de latência ultra-baixa entre o UE-gNB-5GC-MEC permite que a empresa use aplicativos de comunicação ultra-confiáveis e de baixa latência (URLLC), como condução autônoma e controle de robôs em tempo real.

3. Rede Privada Implantada em Rede Pública

A Figura 4 mostra uma rede privada que está totalmente hospedada na rede pública. Nesse cenário, apenas o gNB é implantado na empresa e todas as outras funções de rede são compartilhadas com a rede pública. Todo o tráfego de dados das redes privadas e públicas flui através da rede pública localizada fora da empresa, mas o tráfego de cada rede pode ser logicamente independente um do outro, devido à separação usando fatiamento de rede de ponta a ponta.

Fig. 4 – Rede privada implementada junto com a rede pública

Nesses cenários, a operadora móvel terá total controle sobre segurança e privacidade, pois o cenário de implantação depende completamente da rede pública e a falha da rede pública leva diretamente à falha da rede privada. Além disso, pode ser difícil utilizar serviços de baixa latência, como URLLC. Como o MEC também está restrito à rede da operadora móvel, o tempo de ida e volta (RTT) da rede pode aumentar muito dependendo da distância entre a empresa e a nuvem de borda da operadora onde está localizado o MEC.

Esse cenário de implantação está hospedado na rede da operadora, o que torna essa solução uma despesa operacional mensal para a empresa, em comparação com outros cenários em que as funções da rede são construídas dentro da empresa. 

Porém uma vantagem é que a continuidade do serviço pode ser garantida através do roaming quando os dispositivos se movem entre as redes privada e pública.

• Casos de Uso das Redes Privadas 5G

Existem inúmeros casos de uso possíveis ao se construir uma rede privada 5G em uma empresa. Cada uma das diferentes verticais de negócios possui necessidades específicas, que se somam a uma grande variedade de aplicações existentes no mercado, aplicáveis a todas as empresas. 

Seguem alguns exemplos de uso de Redes Privadas 5G para as principais verticais:

a) Fábrica Inteligente

A indústria manufatureira é um segmento de mercado onde as vantagens de uma Rede Privada 5G são claramente percebidas. Com as tecnologias da Indústria 4.0, implantadas através da conectividade 5G, espera-se um aumento significativo na eficiência no setor manufatureiro e melhorias em todas as áreas relacionadas à produção, incluindo planejamento, controle de materiais, controle das linhas, capacidade de produção, gestão de estoque, despacho, segurança, treinamento, entre muitas outras aplicações.

A tecnologia 5G atende aos altos padrões de requisitos nos segmentos de fabricação, os quais não poderiam ser satisfeitos com as tecnologias já existentes. No estágio inicial da tecnologia 5G, o serviço baseado em banda larga de dados (eMBB) será introduzido; posteriormente, o recurso URLLC, que é essencial para aplicações especiais, será aplicado para casos de uso de missão crítica, como veículos autoguiados; em seguida o recurso MMTC provê as tecnologias necessárias à implantação de múltiplos casos de uso envolvendo dispositivos IoT em grande quantidade (massive IoT).

A capacidade de criar serviços prioritários dentro da rede será aplicável fornecendo fatias de rede adequadas para os diversos serviços de rede requeridas dentro da fábrica. A Figura 5 ilustra casos de uso que a fábrica inteligente suporta.

Fig. 5 – Aplicações para Smart Factory

Algumas soluções possibilitadas pela introdução de redes privadas 5G para soluções de automação, em ambiente de manufatura:

• Criação de lojas e showrooms virtuais com AR/VR;
• Integração de warehouses com a cadeia de lojas da rede;
• Controle de estoques;
• Transporte autônomo interno;
• Vigilância e segurança.

b) Transporte e Logística

A tecnologia 5G cria uma nova estrutura de comunicações privadas para a vertical de transporte e logística, fornecendo rastreamento em tempo real e visibilidade aprimorada de todos os ativos, estoques de carga e pacotes na rede. 

A tecnologia 5G é adequada para casos de uso que requerem densidade muito maior do que as tecnologias existentes de IoT, como Sigfox, LoRa e NB-IoT. É possível implementar uma gestão de supply chain mais eficiente e otimizada, utilizando as tecnologias de ML e AI. 

No caso do transporte e da logística, todos os dados relacionados são coletados pela rede 5G através de sensores que fornecem maior disponibilidade e conectividade. A análise desses dados, em conjunto com a tecnologia ML/AI, provem os insights necessários. Além disso, o 5G pode ser usado para controlar veículos autoguiados, para melhorar a produtividade e garantir a segurança ao mesmo tempo. 

Novos serviços e modelos de negócios podem ser suportados com múltiplos sensores embutidos em rodovias, aeroportos, ferrovias e para comunicação com veículos inteligentes:

• Veículos autônomos
• Paradas de ônibus conectadas
• Caminhões conectados
• Carros conectados
• Controle remoto de máquinas pesadas

A tecnologia 5G traz:

• Sustentabilidade
• Segurança
• Monitoramento de frota
• Navegação e realidade aumentada
• Escala e diversidade do ecossistema

Usuários-alvo:

• Automotivo
• Segurança e seguro
• Empresas de transporte e infraestrutura
• Administração/governos

Casos de uso adicional que podem ser aprimorados com tecnologia 5G em transportes e logística são mostrados na Figura 6.

Fig. 6 – Aplicações para transportes e logística

Essas e outras múltiplas aplicações são conectadas via Redes Privadas 5G, tanto em modo tradicional ou em arquitetura aberta e desagregada – OpenRAN. Esse é o típico cenário onde uma Rede Privada tem aplicação, fornecendo conectividade sob controle da administração da empresa, com todas as demandas atendidas sem restrições ou dificuldades de segurança cibernética.

c) Cidade Inteligente

A tecnologia 5G traz um novo impulso para o desenvolvimento de cidades inteligentes. A rede 5G é uma infraestrutura ideal para uma plataforma urbana integrada. 

Antes da tecnologia 5G, estabelecer um ambiente de IoT maciço simplesmente não era viável, com apenas sensores IoT operados em algumas áreas locais. Com a tecnologia 5G, uma gama de redes de sensores que cobrem toda a cidade pode operar com base em uma única tecnologia de IoT maciça (MMTC). Todas as câmeras de vigilância, todos os sensores de temperatura, umidade, poluição, todos os semáforos da cidade podem ser conectados a um centro de controle urbano via redes 5G. Isso cria a possibilidade de gerenciar toda a cidade como um único organismo. Portanto, a tecnologia 5G pode aumentar a organização e a segurança urbana em geral.

Uma rede 5G é uma grande infraestrutura que pode evoluir para um sistema de IA baseado em big data que analisa dados como uma rede inteligente de vigilância por vídeo, rede de tráfego rodoviário, rede de monitoramento de instalações principais, serviços de emergência e rede de monitoramento meteorológico/ambiental. Casos de uso adicionais para cidade inteligente são mostrados na Figura 7.

Fig. 7 – Aplicações para Smart City

Uma administração municipal não precisa necessariamente utilizar a infra de redes 5G comerciais para a montagem de uma rede como a descrita acima. As Redes Privadas podem ser utilizadas para a criação de projetos piloto e a partir dessas experiências comprovadas partir para escalas maiores de implantação. As Redes Privadas são de fácil instalação e operação, tanto com uso de infra tradicional quanto com infra e arquitetura OpenRAN.

d) Serviço Médico

A tecnologia 5G pode quebrar os limitantes de tempo e espaço entre médicos e pacientes. As operações cirúrgicas remotas irão exigir alta largura de banda para vídeo HD/4K e delay mínimo (<5ms) para a correta manipulação de braços cirúrgicos artificiais ou para comunicação em tempo real entre o cirurgião e a equipe médica remota.

O treinamento cirúrgico pode ser realizado através de óculos AR/VR para treinamento médico. Além disso, os médicos podem diagnosticar um paciente longe do hospital através de vídeos em tempo real de alta definição em redes móveis.

Sensores e dispositivos vestíveis – especialmente projetados para uso médico – podem ser utilizados mais amplamente no campo médico com as características do 5G, como alta confiabilidade e baixo atraso. Além disso, esses sensores fornecem IA médica com grandes quantidades de dados a serem consultados e analisados para melhorar constantemente a qualidade geral dos serviços médicos. A Figura 8 mostra os casos de uso esperados no serviço médico na rede privada 5G.

Fig. 8 – Aplicações para Smart Hospital

Essas e outras múltiplas aplicações utilizando sensores e atuadores remotos, conectados via redes 5G, são chamados de smart hospitals. Um smart hospital foca em processos automatizados empregando um ambiente interconectado baseado em IoMT (Internet das Coisas Médicas), criando uma conexão entre pacientes, médicos/enfermeiros e equipamentos. 

A conexão pode ser feita com redes 5G em modo tradicional ou OpenRAN. Esse é o típico cenário onde uma Rede Privada tem aplicação, fornecendo conectividade sob controle da administração do hospital, com todas as demandas atendidas sem restrições ou dificuldades de segurança cibernética.

Alguns exemplos de dispositivos IoMT:

• Um dispositivo desenvolvido pela Apple usa a IMU (unidade de medição inercial) incorporada para identificar uma queda do paciente. Pode ser usado para medir tremores relacionados a distúrbios do sistema nervoso, como a doença de Parkinson.
• Outro exemplo é uma pílula com um minúsculo sensor, o qual transmite informações para um adesivo que fica colado no braço do paciente. Quando a pílula é tomada, o adesivo recebe a informação e a retransmite para um celular monitorado pelo médico, garantindo desse modo que a medicação está sendo tomada no tempo e na dosagem correta.
• Uma parceria entre Novartis e Google criou uma lente de contato para diabéticos, que mede o açúcar no sangue através do líquido lacrimal. Essas lentes oferecem dados contínuos sobre as flutuações do açúcar no sangue, informando o paciente em tempo real.
• Outros exemplos do uso da IoMT: exames de sangue capazes de prever partos prematuros; sondas que podem ser engolidas e que facilitam o rastreamento de doenças intestinais; vacinas personalizadas contra o câncer que podem reprogramar o corpo para atacar apenas as células cancerígenas; assistentes de voz em clínicas médicas, entre muitos outros.

Os casos de uso em hospitais são extensos:

• Smart Operating rooms
• Smart medication
• Digital biomarkers
• I-robotics
• Aerial thermal scanners
• Dimensional scanning and printing
• Virtual planning, simulation & navigation guided surgery
• Mobile and smartphone applications (apps)
• E-learning
• Tele-dentistry
• Voice assistants
• Ambient assisted living
• Adverse drug reaction detection

Fig. 9 – Aplicações para Smart Hospital

A demanda mundial por aplicações e projetos do tipo smart hospital vem crescendo nos últimos meses, e algumas implantações práticas já foram reportadas inclusive aqui no Brasil. Esses projetos preveem a implantação de Redes Privadas 5G em ambiente hospitalar, com posterior introdução gradual de casos de uso, explorando as altas taxas de upload/download e os baixos delays.

A Fig. 10 abaixo mostra resultados de estudos de consultorias com as previsões para essa vertical:

Fig. 10 – Previsão de crescimento para aplicações para Smart Hospital

e) Redes de Energia

A arquitetura tradicional da rede de distribuição elétrica apresenta diversos entraves, que não permitem a implantação de novas tecnologias, como aquelas previstas na chamada Indústria 4.0. Essa arquitetura possui as seguintes características:

• Coleta limitada de dados;
• Redes de comunicação ineficientes;
• Lentidão na atuação remota;
• Foco na proteção após falhas;
• Vulnerabilidade a vandalismos e desastres naturais.
  

O Smart Grid representa uma oportunidade sem precedentes para mover o setor de energia para uma nova era de confiabilidade, disponibilidade e eficiência que contribuirá para o progresso econômico e melhorias ambientais. Os benefícios associados ao Smart Grid incluem:

• Transmissão de eletricidade mais eficiente;
• Restauração mais rápida da eletricidade após distúrbios de energia;
• Custos reduzidos de OPEX para concessionárias e, em última análise, custos de energia mais baixos para consumidores;
• Redução da demanda de pico, o que também ajudará a reduzir as tarifas de eletricidade;
• Maior integração de sistemas de energia renovável em grande escala;
• Melhor integração dos sistemas de geração de energia, incluindo sistemas de energia renovável;
• Segurança aprimorada.

Atualmente uma interrupção de eletricidade pode gerar um efeito dominó – uma série de falhas que podem afetar bancos, comunicações, tráfego e segurança. Uma rede inteligente adicionará resiliência ao sistema de energia elétrica e o tornará mais bem preparado para lidar com emergências como tempestades, incêndios, explosões solares e vandalismo. Devido à sua capacidade interativa, o Smart Grid permitirá o reencaminhamento automático quando o equipamento falhar ou ocorrer indisponibilidades. Isso minimizará as interrupções e os efeitos quando elas acontecerem. Quando ocorre uma queda de energia, as tecnologias do Smart Grid detectam e isolam as interrupções, contendo-as antes que se tornem apagões em grande escala. 

As novas tecnologias também ajudarão a garantir que a recuperação de eletricidade seja retomada rápida e estrategicamente após uma emergência – direcionando a eletricidade primeiro para os serviços de emergência, por exemplo. Além disso, o Smart Grid aproveitará mais os geradores de energia privados para produzir energia quando houver necessidade das concessionárias. Ao combinar esses recursos de “geração distribuída”, uma comunidade poderia manter sua infra básica funcionando durante emergências. 

O Smart Grid não é apenas sobre utilidades e tecnologias; trata-se de fornecer as informações e as ferramentas necessárias para fazer escolhas sobre o uso de energia. “Medidores inteligentes” e outros mecanismos permitirão que o consumidor veja quanta eletricidade usa, quando a usa e seu custo. Combinado com preços em tempo real, isso permitirá economia, usando menos energia quando a eletricidade for mais cara. 

Convergência Energia & Telecom nas Smart Grids:

• Acelerar a transformação digital das redes e neutralizar o Carbon Footprint: ecologia e imagem pública
• Detecção, medição, controle e supervisão inteligentes: foco em qualidade e prevenção
• Geração de energia sustentável, com maior eficiência energética: menos interrupções, maior lucratividade
• Acesso rápido às informações sobre a geração & consumo de energia, em tempo real: rápida reconfiguração

Tecnologias envolvidas nas Smart Grids:

• Novas tecnologias integradas à Rede: IoT, Clouds, AI, ML, 5G, drones, robots…
• Medidores de consumo wireless: menores custos
• Inspeção automatizada e inteligente da rede elétrica: horas vs dias
• Proteção de rede contra a reação em cadeia: maior qualidade de serviço
• Realidade Aumentada e Assistência Remota por Videoconferência: manutenção facilitada

Fig. 11 – Arquitetura de dispositivos IoT para vertical de energial

Caso de Uso: Controle de Carga

• Controle preciso da carga instantânea;
• Interação permanente entre a rede e as fontes/cargas;
• Equilíbrio instantâneo de fornecimento; 
• Evita interrupções de energia em massa;
• Minimiza as perdas da rede e o impacto no consumo comercial e residencial;
• Consiste em terminais de serviço, terminais de resposta à demanda, uma rede de comunicação e um sistema de estação mestra;
• Conexão via rede local e , em seguida, à estação mestra do sistema de resposta à demanda por meio de uma rede de comunicação (p.ex. 4G/5G).
  

Caso de Uso: Proteção Diferencial

• Solução para problemas causados ​​pela conexão de fontes de energia distribuídas e flutuações na carga da rede de distribuição; 
• Compara os valores de corrente de dois ou mais terminais de proteção diferencial no mesmo momento. Se a diferença exceder o limite, o terminal identifica uma falha e desconecta as chaves de proteção diferencial, o que permite a localização precisa e o isolamento de falhas na rede; 
• O sistema de gerenciamento de distribuição faz uma análise dinâmica da topologia de toda a rede de distribuição e transmite dados sobre alterações de topologia para cada terminal DTU ou FTU; 
• O serviço é rápido, dinamicamente adaptável e confiável na identificação de falhas.

Caso de Uso: Controle de Consumo

• Coleta automática de informações de consumo de eletricidade, monitoramento de anomalias de medição, monitoramento de qualidade de energia, análise e gerenciamento de consumo de eletricidade; 
• Sistema composto por estações mestras, canais remotos e locais, concentradores e coletores/medidores; 
• O sistema de coleta de informações de consumo de eletricidade é logicamente dividido em camada de estação mestra, camada de canal de comunicação e camada de dispositivo de coleta;
• Canais de comunicação com e sem fio, como rede privada de fibra óptica, rede pública sem fio, rede privada sem fio.

Fig. 12 – Arquitetura de dispositivos IoT para vertical de energia

Caso de Uso: Inspeção Móvel

• Redes atuais: inspeção manual ou com robôs/drones conectados via 3G, com a maioria dos vídeos de inspeção mantidos localmente na estação;
• Smart Grids: transmissão via 4G/5G ao centro de monitoramento remoto, em tempo real;
• Monitoramento remoto:  coleta e identificação de fotos e vídeos de equipamentos de distribuição de energia para obter informações sobre operação e status de funcionamento;
• Melhoria da eficiência de operação e manutenção;
• Redução de custos de mão de obra

Medidores inteligentes para domicílios e indústrias

Os medidores inteligentes funcionam com um monitor de energia inteligente, que você pode colocar em qualquer lugar da sua casa. Isso permitirá que você veja quanta energia você está usando e uma indicação de quanto está custando.

Medidores inteligentes já foram introduzidos em muitas residências ao redor do mundo usando a infraestrutura de telecomunicações existente para gerenciar, enviar e monitorar os dados que eles fornecem. No entanto, com a introdução do 5G, esses serviços serão muito mais precisos, permitindo que mais dados sejam enviados e recebidos com mais frequência, resultando em muito mais detalhes para o consumidor e o provedor de serviços.

Essas informações terão níveis mais altos de detalhes com 5G do que atualmente, permitindo visualizar itens individuais em casa que estão usando mais eletricidade e os horários específicos do dia em que incorremos em maior custo.

Fig. 13 – Medidor inteligente de consumo de energia elétrica

• Desafios das Redes Privadas 5G

Como descrito acima, as Redes Privadas 5G podem ser utilizadas em diversas verticais de negócios, incluindo cidades inteligentes, fábricas, logística e hospitais, entre muitos outros. Mas, simplesmente essa implementação de cobertura celular não atende às várias necessidades das empresas. Uma solução dedicada – que atenda às características únicas de cada vertical – é necessária, o que pode criar desafios no design e implantação dessas redes. 

 A cobertura das Redes Privadas 5G depende do tipo de ambiente de negócios da empresa. Em comparação com o ambiente de rede celular convencional, a demanda por soluções internas é muito maior e a demanda por redes exclusivas também está aumentando. Portanto, a Rede Privada 5G deve suportar um amplo leque de produtos RAN que possam atender a qualquer ambiente corporativo.

Junto com a ampla cobertura da RAN, a Rede Privada precisa ser compacta tanto em tamanho quanto em consumo. Normalmente, a capacidade necessária de uma Rede Privada 5G é menor do que a de uma rede macro. Além disso, o tamanho do equipamento deve ser pequeno, uma vez que deve ser instalado em um espaço confinado.

Outro desafio vem da natureza da Rede Privada 5G. Esta é uma rede dedicada a uma empresa, exigindo operação simples e sem entraves, e geração de reports atualizados, possibilitando que até mesmo um operador sem experiência possa gerenciá-la.

• Análise de Espectro 

A Anatel estuda não apenas a oferta de mais espectro para serviços móveis, mas a forma como pretende fazer isso. A proposta é de disponibilizar um “cardápio de frequências” para as empresas, tanto em 4G como 5G, mas sem retirar faixas já utilizadas nas redes comerciais. O cardápio será dividido por regiões do espectro, uma vez que o superintendente coloca que “aplicações diferentes podem demandar diferentes frequências”. 

A estratégia é de não retirar faixa de frequências das redes comerciais, mas sim adicionar outras faixas não IMT ou IMT que possuam restrições que dificultariam uma aplicação ubíqua. Ou seja, ainda que seja espectro fora da padronização do 3GPP, a banda poderia ser disponibilizada para aplicações pontuais internas (indoor), o que reduziria o risco de qualquer tipo de interferência em outros serviços externos. 

Desta forma, as faixas disponíveis atualmente ficariam desta forma:

• 225-270 MHz
• 1.487-1517 MHz
• 2.390-2.400 MHz
• 2.485-2.495 MHz
• 3.700-3.800 MHz
• 27,5-27,9 GHz

Outras faixas que podem entrar no cardápio, mas ainda estão em fase final para disponibilização, são a de 410-415 MHz e de 420-425 MHz. 

Agora a Anatel trabalha para ofertar mais capacidade para serviços móveis: o refarming da faixa de 850 MHz, especificamente para liberar blocos contínuos na faixa, e adição de espectro viável em 800 MHz (faixa 26 do 3GPP). A proposta também disponibiliza o espectro de 4,9 GHz (4.800-4.960 MHz). Há ainda a intenção de disponibilizar a frequência de 1,5 GHz, dos quais 1.427-1.487 MHz seriam para operadoras e 1.487-1.517 MHz para redes privativas. 

A Anatel prevê proteção para o serviço móvel por satélite (MSS, na sigla em inglês) operando acima de 1.525 MHz. Esta preocupação foi trazida por operadoras em consulta pública da minuta de resolução que aprova o Plano de Atribuição, Destinação e Distribuição de Faixas de Frequências no Brasil (PDFF), em janeiro de 2021, uma vez que a multidestinação da banda L (1.492-1.560,5 MHz) entraria no MSS (1.518-1.560,5 MHz).