• 15 de junho de 2021
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NB-IoT – A Internet das Coisas em Banda Estreita

Atualmente, a Internet das Coisas (Internet of Things ou IoT) é uma das tecnologias mais focadas em termos de desenvolvimento. Ela é uma rede formada por diferentes dispositivos (“coisas”), que são capazes de coletar dados sobre o ambiente em que estão inseridos e trocar essas informações entre si ou com uma central de dados.

IoT abre muitas possibilidades interessantes, especialmente para setores industriais, com fábricas que podem receber máquinas inteligentes ou sensores que tornam seus equipamentos pré-existentes parte de uma rede de IoT — permitindo o monitoramento de máquinas. Além disso, sensores em pallets ou nas caixas monitoram o tempo e condições de armazenamento, como temperatura, além da localização de itens.

No entanto, uma das grandes dores de cabeça para quem vai implementar um sistema de Internet das Coisas é escolher qual sistema de comunicação utilizar. O sistema de comunicação é a rede que liga a “coisa” até o sistema em que ela irá colher os dados ou enviar comandos. A primeira decisão é se a rede será cabeada ou sem fio (wireless).

Redes cabeadas funcionam bem, sofrem menos com interferências e podem ter uma taxa de comunicação bem alta, mas têm um custo inicial alto e não são muito flexíveis para modificações. Cada novo dispositivo conectado à rede precisará de um cabo extra e uma estratégia para passar ele pela fábrica.

Por isso, a escolha mais popular é usar redes sem fio, nas quais encontramos diversas tecnologias para uso em IoT. Algo comum entre elas é a necessidade de gateways (pontos de concentração) para receber as conexões e gerenciar o tráfego de dados na rede — como os roteadores, no caso de redes Wi-Fi.

Entre as escolhas de redes sem fio, uma tecnologia que desponta para atender o mercado de IoT é a Narrow Band IoT (NB-IoT), ou Internet das Coisas em Banda Estreita, que promete reduzir o trabalho de projeto e gerenciamento da rede sem fio.

O que é NB-IoT

Narrow Band IoT (NB-IoT) é um novo padrão de comunicação sem fio. Ele foi introduzido no release 13 do 3GPP e que faz parte das especificações da tecnologia 5G de redes celulares. No release 13, foram definidas redes formadas por dispositivos de baixa complexidade, como sensores e atuadores IoT, que utilizam pequenas faixas de frequências (200 kHz) e baixa capacidade de comunicação (na faixa de kbps).

Isso quer dizer que NB-IoT utiliza a rede de celulares já existentes. No entanto, há diferentes tipos de NB-IoT, que são definidos conforme a utilização das faixas de frequência da rede de celular. Os três tipos de NB-IoT definidos pelo release 13 do 3GPP são:

• Standalone – Usa faixas de frequências não utilizadas pela rede celular atual;
• Guard Band – Ocupa uma pequena banda na lateral do espectro do canal de celular;
• In-Band – Permite que uma pequena faixa de frequência no espectro disponível da canalização da rede celular seja reservada para comunicação com dispositivos IoT.

Destas 3, a In-band é o modelo que tem menos impacto na rede atual, já que pode usar os equipamentos já instalados nas redes de celular, necessitando apenas de atualizações de software. Os outros dois modelos vão precisar de atualizações no hardware das estações e não serão abordadas nesse texto. A escolha de qual modelo será utilizado dependerá das normas do país e de como as operadoras irão implementar o sistema.

Benefícios da NB-IoT

O principal benefício da NB-IoT é que ela faz parte das novas especificações das redes celulares. Em razão disso, qualquer estação celular de qualquer operadora de celular irá permitir conexões com dispositivos NB-IoT, sem a necessidade de gateways — como é o caso de outras soluções para redes IoT sem fio. Dessa forma, o dispositivo IoT se conecta diretamente à rede celular, bastando ter cobertura de uma estação para funcionar.

Na indústria o uso do NB-IoT reduz os custos de projeto e implementação de uma rede de dados para dispositivos IoT, pois a rede já está pronta e é mantida pela operadora. Como uma única estação rádio base consegue suportar até 50.000 conexões com dispositivos, NB-IoT se torna uma ótima opção para situações em que é necessário conectar vários dispositivos que coletam dados menores, como é o caso de diferentes indústrias.

Essa simplicidade é parte da especificação do 3GPP, que foi feita de forma a garantir baixa complexidade dos dispositivos, levando a uma redução de custos e consumo de energia. Os dispositivos NB-IoT possuem rádios mais simples e mais baratos, pela baixa velocidade de comunicação e quantidade de dados que trocam, como telemetria e controles simples. Como a manufatura geralmente colhe estes tipos de dados de seus equipamentos e insumos, NB-IoT pode ser uma opção muito interessante para introduzir o monitoramento a ambientes fabris.

Conclusão

A tecnologia NB-IoT, novo padrão de comunicação sem fio, é uma parte do 5G pensada para dispositivos de baixa complexidade, como sensores e rastreadores. Pela sua baixa complexidade, esses tipos de dispositivos tendem a possuírem custos baixos.

Além de utilizar equipamentos mais acessíveis, a NB-IoT é parte da especificação das redes de celular. Dessa forma, a parte de gerenciamento de conexões e controle de tráfego de dados da NB-IoT utiliza a rede já instalada das operadoras de celular e estará disponível em qualquer lugar com cobertura normal de celular.

Assim, o custo da implementação é reduzido de um sistema de dispositivos NB-IoT, pois não temos mais o projeto e implantação de uma rede de comunicação entre os dispositivos. Isso já estará pronto na rede das operadoras, bastando os dispositivos IoT terem a capacidade de se conectar nesse sistema.

Essas características de redes NB-IoT, somadas aos baixos custos de seus dispositivos, abrem possibilidades para a adoção de soluções de IoT de rastreamento e monitoramento de forma simples, rápida e acessível.