A versão 17 do padrão 3GPP melhorao suporte para NB-IoT e redes não terrestres. Isso é chamado de cenário 4 ou, pelos envolvidos, cenário de satélite. As constelações de satélites de órbita terrestre baixa (LEO) serão capazes de lidar com o tráfego NB-IoT (IoT de banda estreita), conforme definido pelos padrões 5G, sem modificações.
Qualquer dispositivo de IoT com conectividade celular poderá se conectar e se comunicar com constelações de satélites equipadas com a tecnologia de torre de celular 5G. O dispositivo de IoT não precisa de nenhuma modificação ou antena especial. Na verdade, o dispositivo pode nem mesmo saber que está operando em uma rede não terrestre. As redes não terrestres (NTNs) estão sendo criadas para oferecer conectividade verdadeiramente onipresente. Para saber como epor quê, a Avnet conversoucom Gianluca Redolfi, diretor de negócios da Sateliot, uma das pioneiras nessa área.
Como você coloca o 5G no espaço?
No passado, as redes celulares comerciais eram centradas no ser humano. Isso mudou com a IoT. Mas há uma incompatibilidade entre a implantação de torres de celular e a localização dos dispositivos conectados. Mais dispositivos estão sendo usados em locais remotos. É necessária uma cobertura 5G maior para dar suporte a eles.
A cobertura deve ser estendida a áreas que não podem ser atendidas por redes convencionais. Os membros do 3GPP reconhecem isso e estão trabalhando para corrigir o problema.
A rede que está sendo implantada pela Sateliot é baseada em nanossatélites. Um nanosatélite é um termo geral para descrever qualquer satélite que pese até 10 kg. Cada nanosatélite inclui uma carga útil que, nesse caso, é a torre de celular 5G. A Sateliot está trabalhando com parceiros para construir e lançar os nanossatélites, mas desenvolveu a própria carga útil.
Os satélites LEO da empresa orbitam o planeta a 24.000 quilômetros por hora, a uma altura de 600 km. você leva cerca de 90 minutos para completar uma órbita, portanto, são necessários vários satélites para fornecer uma cobertura quase constante.
Qualquer coisa colocada em órbita é exposta a variações extremas de temperatura, radiação e efeitos espaciais, como ventos solares e fragmentos de meteoritos. A Sateliot projetou seus nanossatélites para sobreviver no espaço por cerca de cinco anos.
Gianluca Redolfi explicou que a empresa tem planos de construir um NTN de 256 nanossatélites. Isso forneceria cobertura suficiente para permitir que os dispositivos de IoT em qualquer lugar da superfície se conectassem à rede uma vez a cada minuto.
O NTN está em conformidade com os padrões 3GPP. Cada satélite em um NTN deve fornecer conectividade para até 50.000 dispositivos NB-IoT. Com essa capacidade, Redolfi não vê problema em a rede Sateliot suportar a IoT em massa. Se a rede se aproximar da capacidade, a empresa poderá adicionar mais satélites. “Temos autorização para chegar a 500”, disse Redolfi.
O que é IoT massiva?
A IoT massiva é o ponto em que a tecnologia celular e a IoT se unem. A IoT massiva descreve os tipos de dispositivos que precisam de conectividade com a Internet simples, mas confiável e de baixo custo. O fornecimento dessa conectividade cria novas oportunidades. Ele é enorme porque pode haver centenas de bilhões de dispositivos conectados dessa forma.
Redolfi explicou que o principal mercado-alvo da Sateliot é a IoT massiva. Isso pode incluir soluções ecológicas, como o monitoramento de avalanches. or prevenção de incêndios florestais. Ele também abrangerá aplicações agrícolas, como o monitoramento de gado pastando em planícies remotas. Comercialmente, ele mudará a forma como as empresas de logística ecadeia de suprimentos operam, fornecendo monitoramento contínuo de ativos, onde quer que estejam no mundo.
“A IoT em massa requer duas coisas: dispositivos ou sensores muito acessíveis e conectividade muito acessível”, disse Redolfi. Os usuários podem esperar pagar US$ 1 por mês ou menos para manter cada dispositivo conectado.
Os sensores de baixo custo, em torno de US$ 2 cada, na estimativa de Redolfi, também precisam ter baixo consumo de energia. Espera-se que eles operem por até cinco anos sem manutenção, o que inclui a troca de baterias. Embora talvez não sejam tão severos quanto o espaço, os sensores usados na IoT massiva também podem ser expostos a condições extremas.
Redes celulares para IoT massiva
As gerações anteriores de conectividade celular foram usadas para complementar as operações de IoT. Espera-se que as tecnologias implementadas no 5G mudem o cenário. As comunicações de banda estreita foram concebidas com dados em mente. Ele fornece a combinação certa de largura de banda e confiabilidade necessária para a IoT.
A questão continua sendo a cobertura. Porém, com as NTNs que estão sendo criadas, a cobertura pode não ser mais um problema. É nesse ponto que a Sateliot e empresas como ela se encaixam. Redolfi acredita que sua empresa tem uma vantagem significativa sobre as demais.
“Estamos usando diferentes empresas. Temos nossa própria equipe interna e, em conjunto, isso é suficiente para construirmos a primeira constelação de satélites com esse padrão. Somos os primeiros e, provavelmente, estamos alguns anos à frente de todos os outros”, disse Redolfi.
Redolfi acredita que o modelo de rede celular está pronto para a ruptura. Atualmente, os provedores de rede atraem assinantes, vendem equipamentos projetados para sua rede e retêm clientes por meio de contratos vinculados a seus serviços. Isso pode funcionar para as pessoas, mas ele acha que as empresas com dispositivos conectados têm requisitos diferentes.
O modelo de negócios da Sateliot é fazer parceria comh provedores de rede terrestre. A rede Sateliot irál funciona como qualquer outra rede para clientes com um contrato de roaming. Quando o dispositivo não conseguir se conectar a uma torre de celular localmente, ele mudará automaticamente para uma torre de celular via satélite.
“Vendemos nossa conectividade no atacado para as operadoras do mundo todo, fornecendo extensão de cobertura para IoT de banda estreita para seus clientes”, disse Redolfi.
Redes não terrestres para IoT massiva
O consórcio 3GPP está trabalhando na padronização de NTN desde 2017 com um item de estudo (SI) na versão 15. O potencial das redes 5G não terrestres abrange casos de uso que se enquadram nos habilitadores de serviços de banda larga móvel aprimorada (eMBB) e de comunicações massivas do tipo máquina (mMTC). Para aplicativos de IoT, o mMTC é o foco principal. O NB-IoT está incluído no mMTC.
Os NTNs destinam-se a fornecer continuidade de rede para dispositivos que estão entrando e saindo da cobertura de torres de celular terrestres. Entretanto, os satélites se movem a velocidades de cerca de 7,5 km/s. O tempo que um dispositivo terá para se comunicar com uma torre de celular no espaço poderá ser de apenas 6,5 segundos.
Esse tempo pode variar. Se o satélite gerar um feixe maior, ele terá uma área de cobertura maior. Uma área de cobertura maior significa uma cobertura mais longa. O padrão 3GPP também discute os satélites LEO em alturas de 600 km e 1.200 km, bem como os satélites geoestacionários a 35.786 km. Esses fatores significam que a área do feixe de um LEO estará normalmente entre 100 km e 1.000 km. As latências unidirecionais para LEOs ficarão em torno de 30 ms a 50 ms.
O feixe pode ser fixo ou móvel, o que também influenciará o tempo de cobertura. A tecnologia de direção de feixe oferece dois cenários. No cenário de feixe móvel, o feixe cobre uma área fixa, de modo que a pegada na superfície se move com o satélite. No cenário de feixe fixo, o feixe é direcionado para que sua pegada seja mantida enquanto sua posição em órbita permitir.
Há muitas outras considerações e desafios de design cobertos pelos padrões 3GPP. A superação desses problemas permitiu o desenvolvimento das NTNs e agora estamos no ponto de implantação em larga escala. Sem dúvida, a IoT massiva precisará contar com essas NTNs se quiser atender às expectativas.
Conclusão
Pode parecer extravagante fornecer cobertura celular para aplicativos de IoT usando satélites. Mas a queda do custo da tecnologia e o maior acesso ao espaço tornam isso viável. O consórcio 3GPP tem trabalhado nesse sentido há muitos anos. Muitas empresas fazem parte do esforço para tornar as NTNs uma proposta viável.
A vida útil de um nanossatélite é de cerca de cinco anos. Nesse período, ele terá fornecido conectividade para inúmeros dispositivos de IoT. Quando o satélite estiver pronto para ser substituído, os padrões e a tecnologia terão melhorado. O substituto será ainda mais capaz, e provavelmente já teremos nos tornado dependentes de seu serviço.
