Visão geral dos padrões de rede móvel celular
Torre de Rádio Móvel. Fonte: Andreas Glöckner, Pixabay
Quando se fala sobre conectividade de IoT celular, você sempre se deparará com as abreviações 2G, 3G, 4G e até 5G. Além disso, surgem também os termos NB-IoT ou LTE-M. Sabe o que buscar antes de escolher um padrão de rede celular para conectar seus dispositivos à Internet das Coisas? Este artigo tem como objetivo fornecer uma visão geral dos padrões atuais de rede móvel celular.
Na primeiro primeiro post do blog sobre a escolha de uma tecnologia de rádio e de um SIM Card IoT adequados para seu projeto de IoT, comparamos os padrões de rede licenciados e não licenciados e destacamos os muitos obstáculos que você pode enfrentar ao escolher tecnologias não licenciadas, como LoRa ou SigFox. À primeira vista, as tecnologias não licenciadas mantêm seu projeto de IoT independente de operadoras de rede de terceiros, mas são muito mais complexas em termos de implementação e regulamentação, especialmente quando você planeja distribuir seu produto em várias regiões do mundo. Concluímos que os padrões licenciados permitem uma implementação mais rápida e fácil, uma vez que apresentam menos problemas com relação à adaptação regional e à certificação, além de serem, em geral, mais confiáveis e, portanto, mais adequados para aplicações críticas.
Embora nem todos os padrões de comunicação celular tenham sido projetados inicialmente apenas para comunicação máquina a máquina, todos eles podem ser usados para dispositivos na Internet das Coisas. Dependendo do padrão em uso, eles apresentam vantagens diferentes. Aqui está nossa visão geral dos padrões de rede móvel celular do passado, do presente e do futuro próximo.
Visão geral dos padrões de celular disponíveis
O G em 2G, 3G, 4G ou 5G significa "Geração". A primeira geração de uma rede celular comercial, 1G, foi desenvolvida no final da década de 1970 e introduzida em 1987 pela Telstra, uma operadora australiana. Com uma frequência de 30 kHz e uma largura de banda de 2 kilobits por segundo (kbps), era uma tecnologia que apresentava uma duração de bateria e qualidade de voz muito baixa, além de ser pouco segura. Esta geração não sobreviveu por muito tempo.
2G - O primeiro padrão digital
O 2G foi estabelecido em 1991 e é o primeiro padrão digital. Ele proporcionou uma comunicação mais confiável e segura. O padrão 2G implementou os conceitos CDMA e GSM:
O CDMA (acesso múltiplo por divisão de código) permite que vários transmissores enviem informações simultaneamente. Basicamente, ele permite que vários usuários compartilhem uma banda de frequências.
O GSM (Global System for Mobile Communications) é um padrão que descreve os protocolos para redes celulares digitais de segunda geração. Desenvolvido no início da década de 1990 na Europa, tornou-se um padrão global em meados da década de 2010.
As redes 2G introduziram muitos dos serviços móveis fundamentais que ainda hoje usamos. Um deles: O serviço de mensagens curtas SMS. O SMS estava fazendo comunicação máquina a máquina (M2M) muito antes de a "Internet das coisas" aparecer. Com o "General Packet Radio Service" (GPRS) e o "Enhanced Data Rates for GSM Evolution" (EDGE), o padrão 2G foi atualizado duas vezes para 2,5G e 2,75G, aumentando sua velocidade máxima para 171 kbps e 384 kbps.
A conectividade 2G é, até o momento, um padrão confiável para conectar dispositivos de baixa largura de banda com a Internet das Coisas. No entanto, os dias do 2G estão contados. Como surgiram padrões mais novos, a Telstra foi uma das primeiras operadoras a abandonar o 2G em dezembro de 2016. Na Europa, a eliminação gradual do 2G começou no final de 2020.
3G - Apresentando os recursos multimídia móveis
A 3G foi lançada em 2003. Sua rede principal, usava uma nova arquitetura chamada "Universal Mobile Telecommunications System" (UMTS). Seu principal avanço em relação ao seu antecessor, o 2G, foi uma largura de banda significativamente maior. Isso fez do 3G o primeiro "padrão multimídia" móvel. Pela primeira vez, os fluxos de vídeo puderam ser transmitidos por redes celulares móveis. Em 2006, o 3G foi atualizado para 3,5G com a introdução do protocolo de comunicação HSDPA (High-Speed Downlink Packet Access), aumentando ainda mais a largura de banda de dados do 3G para 42 Mbps.
Outra atualização introduziu o padrão "Long Term Evolution" (LTE), que aumentou a capacidade e a velocidade das comunicações móveis mais uma vez. Embora o LTE tenha sido comercializado como "4G" ou "4G LTE", ele não atende aos critérios técnicos do serviço sem fio 4G "real". Tecnicamente, o LTE é um "3.9G".
Entretanto, os dias de 3G também estão contados. A eliminação gradual já começou. Em meados de 2021, a Vodafone planejou desativar suas últimas estações 3G na Alemanha. A Telefônica e a Deutsche Telekom também começaram a remover as estações 3G em favor de tecnologias mais novas.
4G - Computação de alta velocidade e ubíqua
A quarta geração 4G foi introduzida em 2012. Seu principal objetivo é fornecer comunicação de alta velocidade com segurança aprimorada para permitir a TV móvel de alta definição, videoconferência e computação pervasiva, respectivamente, computação ubíqua com larguras de banda de até 150 Mbps. Enquanto o 4G define os padrões e as condições gerais, o LTE fornece o fundamento tecnológico para atender a esses padrões. Mas somente o LTE+ ou LTE Advanced aprimorado está atendendo aos requisitos do 4G.
NB-IoT e LTE-M
Em conexão com o 4G, surgiram mais duas tecnologias: NB-IoT e LTE-M. Ambas foram projetadas especificamente para a comunicação máquina a máquina, conforme mencionado na primeira parte deste artigo. O NB em NB-IoT significa Narrowband (banda estreita) e utiliza ondas de rádio que permitem uma cobertura de área particularmente grande. Ao mesmo tempo, elas podem penetrar em grossas paredes de concreto e, assim, alcançar até mesmo cantos remotos de um edifício. A NB-IoT foi perfeitamente projetada para dispositivos restritos que geralmente transmitem pequenos pacotes de dados apenas uma vez por hora ou por dia, o que os torna perfeitos para funcionar com baterias por um período muito longo. A LTE-M, no entanto, oferece larguras de banda mais altas com latências mais baixas do que a NB-IoT, mas tem um consumo de energia um pouco maior.
5G - O padrão do futuro
O 5G é o padrão mais recente em comunicação celular. Sua implantação mundial está apenas começando. Estima-se que, até 2023, até 32% das conexões móveis da América do Norte funcionarão em uma rede 5G. Além disso, na Europa, a implantação do 5G está em pleno andamento. Com larguras de banda de até 1 Gbps, o 5G foi projetado para permitir a comunicação de alta velocidade com altas capacidades e latência muito baixa, o que o torna a tecnologia de comunicação perfeita para aplicativos de realidade aumentada, jogos, comunicação máquina a máquina e dispositivos inteligentes quando a reação rápida desempenha um papel vital. Por enquanto, o 5G não foi projetado para substituir seu antecessor, o 4G. A operação paralela de ambas as tecnologias possibilitará o atendimento de capacidades maiores e velocidades de rede mais rápidas no futuro.
Parte 3
Na terceira parte de nossa série de artigos do blog sobre padrões de conectividade de IoT, falaremos sobre a escolha do padrão de rede celular ideal para seu caso de uso e como a compatibilidade multimodo garante a confiabilidade futura.