Heterogeneidade Em Redes 6g

De Jideon F Marques

O paradigma do mundo conectado concretizado através da proliferação de dispositivos móveis, da Internet das Coisas (IoT) e do metaverso oferecerá novos serviços nos próximos anos que necessitam de acesso de alta velocidade a qualquer hora, em qualquer lugar. O sucesso deste paradigma dependerá muito da capacidade dos dispositivos em obter sempre a conectividade de rede ideal para uma aplicação e da mobilidade contínua dos dispositivos. Este livro discutirá conceitos e arquiteturas 6G para oferecer suporte a aplicativos de próxima geração, como IoT, dispositivos multibanda e aplicativos móveis de alta velocidade. As aplicações IoT apresentam desafios significativos na rede em termos de utilização do espectro, latência, eficiência energética, grande número de usuários e suporte a diferentes características de aplicação em termos de confiabilidade, taxa de dados e latência. Embora o desenvolvimento da rede 5G tenha sido motivado pela necessidade para maior largura de banda e maior qualidade de serviço (QoS), as considerações 6G estão apoiando muitos usuários com uma ampla necessidade de aplicação, reduzindo o custo operacional da rede e aumentando a flexibilidade da rede. Espera-se que as gerações de redes além do 5G acomodem um grande número de dispositivos com a proliferação do conceito de dispositivos conectados em carros conectados, automação industrial, dispositivos médicos e dispositivos de consumo. Este livro abordará as considerações fundamentais de design para redes 6G e além. Há muitos desafios técnicos que precisam ser explorados na próxima geração de redes, como maior utilização do espectro, menor latência, taxas de dados mais altas, acomodação de mais usuários, conectividade sem fio heterogênea, algoritmos distribuídos e conectividade centrada em dispositivos devido à diversidade de serviços móveis. ambientes e características de aplicativos IoT. Como 6G é um tópico multidisciplinar, este livro se concentrará principalmente em aspectos de características de dispositivos, heterogeneidade sem fio, engenharia de tráfego, conectividade centrada em dispositivos e inteligência de aplicação.

• Idioma: Português
• Editora: Clube de Autores
• Data de lançamento: 3 de fev. de 2024

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Heterogeneidade em redes 6G

Heterogeneidade em redes 6G

O paradigma do mundo conectado efetuado através da

proliferação de dispositivos móveis, da Internet das Coisas

(IoT) e do metaverso oferecerá novos

Por Jideon Marques

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Folha de rosto

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• Conteúdo

• Contribuintes

• Capítulo 1: 6G: Oportunidades e desafios

o 1.1 INTRODUÇÃO

 1.1.1 Comunicações sem fio

 1.1.2 Tipos de sistemas de comunicação sem fio

 1.1.3 Gerações de comunicação sem fio

o 1.2 TECNOLOGIAS 5G

 1.2.1 Áreas de aplicação do 5G

 1.2.2 Desempenho do 5G

 1.2.2.1 Velocidade

 1.2.2.2 Latência

 1.2.2.3 Taxa de erro

o 1.3 TECNOLOGIAS 6G

 1.3.1 Visão e áreas de aplicação das tecnologias 6G

 1.3.1.1 XR imersivo na nuvem: um amplo espaço virtual

 1.3.1.2 Comunicações holográficas: Experiência extremamente imersiva

 1.3.1.3 Interconexão sensorial: Fusão de todos os sentidos

 1.3.1.4 Interação inteligente: Interações de sentimentos e pensamentos

 1.3.2 Aplicativos 6G

o 1.4 RUMO À INDÚSTRIA 5.0

o 1.5 DESAFIOS E DIREÇÕES DE PESQUISA FUTURA

o 1.6 CONCLUSÃO

o Referências

• Capítulo 2: Direções de tecnologia disruptiva para 6G

o 2.1 INTRODUÇÃO

o 2.2 SUPORTE 6G PARA APLICAÇÕES EMERGENTES

 2.2.1 Realidade virtual

 2.2.2 Veículos autônomos

 2.2.3 Cidades inteligentes

o 2.3 DESAFIOS PARA SUPORTAR NOVAS APLICAÇÕES

o 2.4 DIREÇÕES TECNOLÓGICAS PARA 6G

 2.4.1 Inteligência artificial

 2.4.2 Tecnologia Blockchain

 2.4.3 Comunicações quânticas

 2.4.4 Veículos aéreos não tripulados

 2.4.5 Rede 3D

 Comunicações de 2.4.6 THz

 2.4.7 Análise de big data

 2.4.8 Formação de feixe holográfico

o 2.5 OS PROJETOS 6G EM ANDAMENTO

 2.5.1 Hexa-x

 2.5.2 RISE 6G

 2.5.3 Novo 6G

 2.5.4 Próxima aliança G

o Referências

• Capítulo 3: Implantações ultradensas em redes e metaverso de próxima geração o 3.1 INTRODUÇÃO

o 3.2 IMPLANTAÇÕES ULTRA-DENSAS EM 6G

o 3.3 CARACTERÍSTICAS PRINCIPAIS DA DENSIFICAÇÃO DA REDE

 3.3.1 Principais propriedades da rede de densificação BS

 3.3.1.1 Impacto significativo da altura da antena

 3.3.1.2 Arquitetura de rede multicamadas

 3.3.1.3 Dinâmica de Interferência

 3.3.1.4 Coexistência de fronthaul com e sem fio

 3.3.2 Propriedades de rede significativas da densificação ED

 3.3.2.1 Transmissão intermitente de dispositivos

 3.3.2.2 Coexistência de vários tipos de tráfego

 3.3.2.3 Ambiente com correlação espacial entre DEs

o 3.4 ENFRENTANDO A DENSIFICAÇÃO DAS REDES

 3.4.1 Enfrentando a densificação BS

 3.4.2 Enfrentando a densificação ED

 3.4.2.1 Problemas com contaminação piloto e monitoramento da atividade do

usuário

 3.4.2.2 Capacidade de fronthaul dependente da associação BS disponível

o 3.5 POSSIBILIDADES APRESENTADAS PELA DENSIFICAÇÃO DA REDE

 3.5.1 Tornando BS funcionais para diferentes serviços

 3.5.1.1 BSs com habilidades computacionais

 3.5.1.2 BSs com funcionalidade de cache

 3.5.1.3 BSs orientadas a dispositivos aéreos

 3.5.2 Utilizando correlação geográfica entre linhas de comunicação para

designar pilotos

 3.5.3 Desenvolvendo um método de buffer intelectual para reduzir o limite de fronthaul

o 3.6 METAVERSO

 3.6.1 Emergência do metaverso

 3.6.1.1 Contribuições e trabalhos relacionados

 3.6.2 Arquitetura e ferramentas do metaverso

 3.6.2.1 Definição e arquitetura

 3.6.2.2 Ferramentas, plataformas e frameworks

 3.6.3 Comunicação e redes ultradensas

 3.6.3.1 Redes multimídia 3D de taxa-confiabilidade-latência

 3.6.3.2 Comunicação humana no circuito

 3.6.3.3 Sincronização físico-virtual em tempo real

 3.6.4 Computação

 3.6.4.1 O paradigma da computação final na borda da nuvem

 3.6.4.2 Renderização eficaz na borda da nuvem para AR e VR

 3.6.5 Direções para pesquisas futuras no metaverso

o 3.7 CONCLUSÕES

 3.7.1 Ultradensificação de redes

 3.7.2 Metaverso

o Referências

• Capítulo 4: Rádios cognitivos

o 4.1 RÁDIOS COGNITIVOS

o 4.2 RÁDIOS COGNITIVOS E SENSORIZAÇÃO DE ESPECTRO

o 4.3 O CICLO COGNITIVO

 4.3.1 Subcamada

 4.3.2 Sobreposição

 4.3.3 Entrelaçar

o 4.4 INTERFERÊNCIA DE TEMPERATURA NO CR

o 4.5 ALOCAÇÃO DINÂMICA

o 4.6 RACIOCÍNIO

o 4.7 ADAPTAÇÃO

o 4.8 SENSORIZAÇÃO DE ESPECTRO EM RÁDIOS COGNITIVOS

o 4.9 RÁDIOS COGNITIVOS E BANCO DE DADOS DE ESPECTRO

o 4.10 RÁDIO COGNITIVO E REDE 6G

o 4.11 CONCLUSÃO

o Referências

• Capítulo 5: Uma nova técnica de otimização com eficiência energética para

sistemas de transporte inteligentes

o 5.1 INTRODUÇÃO

 5.1.1 Histórico

 5.1.2 Desempenho de redes sem fio usando IRS

 5.1.3 Papel do IRS na saúde

o 5.2 OTIMIZAÇÃO DA EFICIÊNCIA ENERGÉTICA COM IRS

 5.2.1 Métodos convencionais para otimizar a EE

 5.2.2 Técnicas de otimização

 5.2.3 Relaxamento e projeção

 5.2.4 Majorização-minimização (MM)

 5.2.5 Técnicas baseadas em DL/ML para redes auxiliadas por IRS

o 5.3 MODELO DE SISTEMA E PROJETO DE PROBLEMA

 5.3.1 Estimativa de canal

 5.3.2 Projeto e análise de EE

 5.3.3 Otimização da fase IRS usando clustering

 5.3.4 Formação de feixe passivo para o usuário final com base na localização o 5.4 RESULTADOS NUMÉRICOS

o 5.5 IMPLEMENTAÇÃO DO IRS: DESAFIOS E DIREÇÕES DE PESQUISA

o 5.6 DESAFIOS ATUAIS E DIREÇÕES DE PESQUISA

o 5.7 CONCLUSÃO

o Referências

• Capítulo 6: Aplicações de IA nos esquemas de agendamento e alocação de

recursos em meio web

o 6.1 INTRODUÇÃO

 6.1.1 O primeiro nível: Básico

 6.1.2 Segundo: Gerenciado

 6.1.3 Preditivo no terceiro nível

 6.1.4 O quarto nível: Flexível

 6.1.5 Quinto nível: Autonômico

o 6.2 TRABALHO RELACIONADO

o 6.3 OBJETIVOS DO ESTUDO E ESTRATÉGIAS

 6.3.1 Algoritmo para métodos de balanceamento de carga usando ordenação

de prioridade

 6.3.2 Algoritmo de seleção de células baseado em cobertura

 6.3.3 Alocação de recursos baseada em graus de célula (CBRA)

 6.3.4 Técnicas de roteamento e escalonamento distribuídos

o 6.4 OS MODELOS PROPOSTOS NA ALOCAÇÃO DE RECURSOS

 6.4.1 Balanceamento de carga como resolução para computação em névoa

 6.4.1.1 Redução do consumo de energia e violação de SLA

 6.4.1.2 Agendamento com reconhecimento de atraso e balanceamento de

carga: A solução em uma arquitetura de quatro camadas

 6.4.1.3 Alocação de tarefas e desduplicação segura: Assistência da

computação em névoa

 6.4.1.4 Migração de dados em nuvem ou nevoeiro com base em aplicações

 6.4.1.5 Problemas no ambiente Fog de balanceamento de carga e agendamento

com reconhecimento de atraso

o 6.5 MODELO PROPOSTO DE AGENDAMENTO

o 6.6 CONCLUSÃO

o Referências

• Capítulo 7: Visão 6G na inteligência artificial de ponta

o 7.1 INTRODUÇÃO

 7.1.1 Tecnologias emergentes em redes sem fio 6G

 7.1.1.1 Tecnologia sem óptica

 7.1.1.2 Tecnologia quântica

 7.1.1.3 Fatiamento de rede nativa

 7.1.1.4 Redes de backhaul de acesso integrado

 7.1.1.5 Formação de feixe holográfico

o 7.2 MODELOS DE TREINAMENTO EFICAZES

 7.2.1 Modelos de aprendizagem Edge AI

 7.2.1.1 Aprendizagem federada

 7.2.1.2 Aprendizagem descentralizada

 7.2.1.3 Aprendizagem dividida

 7.2.1.4 Aprendizagem por reforço distribuído

 7.2.1.5 Aprendizagem confiável

 7.2.2 Treinamento de borda técnica sem fio

 7.2.2.1 Computação over-the-air

 7.2.2.2 MIMO massivo

 7.2.2.3 Superfície de inteligência reconfigurável

o 7.3 INFERÊNCIA DE BORDA EFICAZ

 7.3.1 Inferência de arestas horizontais

 7.3.1.1 Inferência distribuída ED

 7.3.1.2 Inferência cooperativa ES

 7.3.2 Inferência de arestas verticais

 7.3.2.1 Coinferência ED-ES

 7.3.2.2 Baixa latência e comunicação ultraconfiável

 7.3.2.3 Comunicação orientada a tarefas

o 7.4 ARQUITETURA PARA EDGE AI EM REDE SEM FIO 6G

 7.4.1 Arquitetura centralizada

 7.4.2 Arquitetura descentralizada

 7.4.3 Arquitetura híbrida

 7.4.4 Arquitetura de autoaprendizagem

 7.4.5 Arquitetura ponta a ponta

 7.4.6 Governança de dados

 7.4.6.1 Plano de dados independente

 7.4.6.2 Funções multijogador e multidomínio

 7.4.6.3 Gerenciamento e orquestração de IA de borda

o APLICAÇÃO 7.5 EDGE AI PARA 6G

 7.5.1 Características do metaverso

 7.5.1.1 Imersivo

 7.5.1.2 Multitecnologia

 7.5.1.3 Interoperabilidade

 7.5.1.4 Sociabilidade

 7.5.1.5 Longevidade

 7.5.2 Arquitetura de metaverso baseada em Edge AI

 7.5.2.1 Arquitetura do metaverso de nuvem de borda (ECM)

 7.5.2.2 Arquitetura ECM Móvel

 7.5.2.3 Arquitetura descentralizada do metaverso

o 7.6 DESAFIOS E APLICAÇÕES DE EDGE AI EM 6G

 7.6.1 Desafios da IA de ponta

 7.6.1.1 Aprendizagem e adaptação adversária

 7.6.1.2 IA interpretável

 7.6.1.3 Qualidade da experiência

 7.6.1.4 IA interativa

 7.6.1.5 Detectando e prevendo a intenção humana

 7.6.1.6 Comunicações inteligentes homem-máquina

 7.6.2 Algumas aplicações mais futurísticas de IA de ponta em 6G

 7.6.2.1 Internet das Coisas Industrial (IIoT)

 7.6.2.2 Cuidados de saúde

 7.6.2.3 Veículos de condução autônoma

 7.6.2.4 Segurança e privacidade

 7.6.2.5 Educação

o 7.7 CONCLUSÃO

o Referências

• Capítulo 8: Modelos de eficiência energética baseados em inteligência artificial em comunicações verdes rumo ao 6G

o 8.1 INTRODUÇÃO

o 8.2 REVISÃO DE QUESTÕES DE ANÁLISE PARA O 6G VERDE

 8.2.1 Enquetes existentes

 8.2.2 Preocupações de pesquisa 6G em relação ao 6G

o 8.3 VISÃO GERAL DOS PARADIGMAS DE 6G E MÉTODOS DE INTELIGÊNCIA

ARTIFICIAL PARA COMUNICAÇÕES DE ENERGIA EFICAZ

 8.3.1 Vários paradigmas 6G

 8.3.1.1 Comunicações Terahertz

 8.3.1.2 Redes integradas espaço-ar-solo

 8.3.1.3 Captação de energia

 8.3.1.4 Comunicações baseadas em IA

 8.3.2 Algoritmos clássicos de IA

 8.3.2.1 Algoritmos heurísticos

 8.3.2.1.1 Otimização de enxames de partículas

 8.3.2.1.2 Otimização de colônias de formigas

 8.3.2.1.3 Algoritmo genético

 8.3.2.2 Aprendizado de máquina tradicional

 8.3.2.2.1 Análise de regressão

 8.3.2.2.2 Máquina de vetores de suporte

 8.3.2.2.3 Agrupamento com K-médias

 8.3.3 Aprendizado profundo

 8.3.3.1 Desenvolvimento de modelos de aprendizagem profunda

 8.3.3.2 Aprendizado por reforço profundo

 8.3.4 Novas estratégias de treinamento

 8.3.4.1 Transferência de aprendizagem

 8.3.4.2 Aprendizagem colaborativa

 8.3.4.2.1 Resumo

o 8.4 PROBLEMAS DE PESQUISA ABERTOS

 8.4.1 Gerenciamento de BS Verde para 6 GNet

 8.4.2 Redes integradas espaço-ar-solo de baixa energia

 8.4.3 Transmissões energeticamente eficientes baseadas em IA

 8.4.4 Coleta e compartilhamento de energia aprimorados por inteligência

artificial

 8.4.5 Segurança de rede habilitada para IA

 8.4.6 Projeto de um modelo leve de IA e hardware

o 8.5 SOLUÇÃO PARA PROBLEMAS DE PESQUISA

o 8.6 CONCLUSÃO

o Referências

• Capítulo 9: Engenharia de tráfego centralizado

o 9.1 INTRODUÇÃO

o 9.2 ENGENHARIA DE TRÁFEGO EM UMA REDE DEFINIDA POR SOFTWARE

 9.2.1 Configuração de fluxo em SDN

 9.2.2 SDN e virtualização de funções de rede (NFV)

o 9.3 PARADIGMAS DE COMPUTAÇÃO

 9.3.1 Computação em nuvem

 9.3.2 Computação em nevoeiro

 9.3.3 Computação em névoa

o 9.4 TRANSPORTE INTELIGENTE EM CIDADES INTELIGENTES

 9.4.1 Plataforma SD-IoV utilizando computação em nuvem e nevoeiro

 9.4.2 Plataforma SD-IoV utilizando computação em neblina, nuvem e neblina

 9.4.3 Fatiamento baseado em topologia na plataforma SD-IoV

o 9.5 QUESTÕES EM ABERTO

o 9.6 CONCLUSÃO

o Referências

• Capítulo 10: Paradigma de rede cooperativa para nós centrados em dispositivos o 10.1 INTRODUÇÃO

o 10.2 TIPOS DE COOPERAÇÃO DE NÓ SEM FIO

 10.2.1 Retransmissão Cooperativa

 10.2.2 Formação de feixe cooperativa

 10.2.3 Detecção Cooperativa

o 10.3 CENÁRIOS PARA COOPERAÇÃO DE NÓS

o 10.4 COOPERAÇÃO DO DISPOSITIVO

o 10.5 CONCLUSÃO

o Referências

• Capítulo 11: Edge computing e edge intelligence

o 11.1 INTRODUÇÃO

o 11.2 PESQUISA DE LITERATURA

o 11.3 ARQUITETURA EMERGENTE

 11.3.1 Camada próxima à borda

 11.3.2 Camada intermediária

 11.3.3 Camada de borda distante

o 11.4 EVOLUÇÃO DE HARDWARE EM EC/EI

 11.4.1 Evolução do data center

o 11,5 IoT GATEWAYS/SERVIDORES DE EDGE

o 11.6 SENSORES INTELIGENTES/NÓS FINAIS

o 11.7 EVOLUÇÃO DO SOFTWARE

 11.7.1 Computação de ponta IoT

o SO 11.8 ECN IoT GATEWAY E SO LEVE

o 11.9 ESTADO DA ARTE ATUAL EM INTELIGÊNCIA DE BORDA

o 11.10 ARQUITETURA DE COMPUTAÇÃO DE BORDA PARA A INDÚSTRIA

 11.10.1 Arquitetura do Consórcio de Internet Industrial

o 11.11 ARQUITETURA DE COMPUTAÇÃO DE BORDA MULTI-ACESSO

o 11.12 DESCARREGAMENTO DE COMPUTAÇÃO NO MEC

 11.12.1 Aplicação do cybertwin para redes 6G

o 11.13 POLÍTICA DE ALOCAÇÃO DE TEMPO EM COMPUTAÇÃO DE BORDA

MÓVEL COM ALIMENTAÇÃO SEM FIO

o 11.14 SUPERFÍCIES REFLETORAS INTELIGENTES PARA MEC EM REDES 6G

o 11.15 CONCLUSÃO E ESCOPO FUTURO

o Referências

• Capítulo 12: Virtualização de rede

o 12.1 INTRODUÇÃO

o 12.2 EVOLUÇÃO DA VIRTUALIZAÇÃO DA FUNÇÃO DE REDE

 12.2.1 Rede tradicional

 12.2.2 Introdução ao NFV

o 12.3 ANTECEDENTES DA VIRTUALIZAÇÃO DE REDE

 12.3.1 Virtualização de funções de rede

 12.3.2 Rede definida por software

 12.3.3 Computação de borda multiacesso

 12.3.4 Força-tarefa de gerenciamento distribuído

o 12.4 DESAFIOS DA VIRTUALIZAÇÃO DE REDE

 12.4.1 Software de rede de SDN/NFV

 12.4.2 5G e fatiamento de rede

 12.4.3 Virtualização de dispositivos para usuários finais

 12.4.4 Segurança e privacidade

o 12.5 ARQUITETURA DE VIRTUALIZAÇÃO DE REDE

 12.5.1 Camada de infraestrutura

 12.5.2 Camada de controle

 12.5.3 Camada de aplicação

o 12.6 VIRTUALIZAÇÃO DE REDE EM UMA REDE 5G

o 12.7 FATIAMENTO DE REDE PARA VIRTUALIZAÇÃO

 12.7.1 Primeiro/bloco primário

 12.7.2 Camada de serviço

 12.7.3 Camada de função de rede

 12.7.4 Camada de infraestrutura

 12.7.5 Segundo/bloco controlador

o 12.8 VIRTUALIZAÇÃO EM REDE 6G

 12.8.1 Fatiamento de rede aprimorado

 12.8.1.1 Papel da inteligência artificial na fase de preparação

 12.8.1.2 IA para planejamento

 12.8.1.3 IA para operação

 12.8.2 Edge computing e virtualização de funções de rede

 12.8.3 Integração multinuvem

 12.8.3.1 Desafio arquitetônico

 12.8.3.2 Manutenção da estrutura de integração local

 12.8.3.3 Agilidade

 12.8.3.4 Proteção de dados

 12.8.3.5 Contêineres e microsserviços

 12.8.3.6 Automação de rede

o DESAFIOS DE AUTOMAÇÃO DE REDE PONTA A PONTA DE 12,9 6G

o 12.10 BENEFÍCIOS DA VIRTUALIZAÇÃO DE REDE

 12.10.1 Melhor utilização de recursos

 12.10.2 Gerenciamento de rede simplificado

 12.10.3 Maior segurança

 12.10.4 Escalabilidade

 12.10.5 Flexibilidade

o 12.11 CONCLUSÃO

serviços nos próximos anos que necessitam de acesso de alta velocidade a qualquer hora e em qualquer lugar.

O sucesso deste paradigma dependerá muito da capacidade dos dispositivos em obter sempre a conectividade de rede ideal para uma aplicação e da

mobilidade perfeita dos dispositivos. Este livro discutirá conceitos e arquiteturas 6G para suportar aplicações de próxima geração, como IoT, multibanda

dispositivos e aplicativos móveis de alta velocidade. As aplicações IoT apresentam desafios significativos na rede em termos de utilização do espectro, latência, eficiência energética, grande número de usuários e suporte a diferentes características de aplicação em termos de confiabilidade, taxa de dados e latência. Embora o desenvolvimento da rede 5G tenha sido motivado pela necessidade de maior largura de banda

e maior qualidade de serviço (QoS), as considerações 6G estão apoiando muitos

usuários com uma ampla necessidade de aplicação, reduzindo o custo operacional da rede, e maior flexibilidade de rede. As gerações de rede além do 5G são

deverá acomodar um grande número de dispositivos com a proliferação

do conceito de dispositivos conectados em carros conectados, automação industrial, dispositivos médicos e dispositivos de consumo.

Este livro abordará as considerações fundamentais de design para redes 6G

e além. Existem muitos desafios técnicos que precisam ser explorados em

a próxima geração de redes, como maior utilização do espectro, menor latência, taxas de dados mais altas, acomodando mais usuários, redes sem fio heterogêneas

conectividade, algoritmos distribuídos e conectividade centrada em dispositivos devido a ambientes móveis diversificados e características de aplicativos IoT. Desde 6G

1.1 INTRODUÇÃO

1.1.1 Comunicações sem fio

Em geral, os sistemas de comunicação podem ser com ou sem fio e o

O meio de comunicação pode ser guiado ou não guiado. Em comunicação com fio

ção, um caminho físico, como cabos coaxiais, cabos de par trançado e links de fibra óptica, orienta o sinal à medida que ele viaja de um ponto a outro; portanto, o meio é conhecido como meio guiado. Na comunicação sem fio, um

o meio físico não é necessário, mas o sinal viaja pelo espaço. O meio utilizado na comunicação sem fio é denominado meio não guiado, pois só o espaço permite a

transmissão de sinais sem qualquer tipo de orientação. A transmissão de voz e dados através de um

rede sem fio está livre de cabos ou fios. O mais dinâmico e rápido

área de tecnologia em expansão na indústria de comunicação é sem fio

comunicação.

Em um sistema de comunicação, as informações são normalmente enviadas através de um curto

distância de um transmissor a um receptor. O transmissor e o receptor podem

estar localizado em qualquer lugar entre vários metros; um exemplo é um controle remoto de TV e mil quilômetros com uso de comunicação sem fio

como comunicação via satélite. Nossas vidas giram em torno de uma comunicação eficaz e eficiente. Sistemas de comunicação sem fio, como telefones celulares,

controles remotos, telefones celulares e áudio Bluetooth são alguns dos que usamos com mais frequência no dia a dia.

1.1.2 Tipos de sistemas de comunicação sem fio

Hoje em dia, as pessoas necessitam de telemóveis para diversas finalidades, incluindo conversar, utilizar a Internet e multimédia. Todos esses serviços devem ser

disponibilizados ao usuário enquanto ele estiver móvel ou em trânsito. Esses serviços de

comunicação sem fio nos permitem enviar voz, dados, filmes, fotos e DOI:10.1201/9781003369028-1

1

outros tipos de conteúdo. Outros serviços oferecidos pela comunicação sem fio

sistemas incluem videoconferência, telefone celular, paging, TV,

rádio, etc

De acordo comChowdhury et al. (2020),espera-se que o uso móvel aumente drasticamente de 2020 a 2030. As assinaturas móveis

aumentar de 10,7 para 17,1 bilhões, o uso de smartphones aumentará

de 1,3 bilhão para 5,0 bilhões, o volume de tráfego proveniente do uso aumentará 62 para 5.016 EB/mês, e o tráfego por assinante aumentará tremendamente de 10,3 para 257,1 GB/mês para comunicação sem fio 6G

sistemas.

1.1.3 Gerações de comunicação sem fio

Há muitas melhorias na comunicação sem fio e em termos de

suas capacidades, de acordo com suas capacidades e duração de uso; eles são agrupados em diferentes gerações. As diferentes gerações e seus serviços e capacidades são:

• 0ª Geração:

• Radiotelefones, que é uma tecnologia móvel pré-celular, comunicação

cação possível apenas através da voz.

• Estes telefones são normalmente colocados em veículos.

• 1ª Geração (1G): 1G foi introduzido na década de 1980.

• Nas comunicações móveis, a primeira chamada, utilizando sinais analógicos,

foi introduzido;

• Duplexação por divisão de frequência (FDD) com largura de banda de 25 MHz

introduzido.

• Sem roaming com pequena área de cobertura entre operadoras; e

• Velocidade de 2,4 kbps com baixa qualidade de som.

• 2ª Geração (2G): 2G foi introduzido no início da década de 1990.

• Isto apoiou a mudança digital de analógico para digital;

• Voz e SMS;

• Indústria sem fio com quatro setores: celular digital, dados móveis, rede local sem fio (WLAN) e comunicação pessoal

serviço (PCS) são suportados;

• Serviço de dados móveis mínimo a moderado;

• Melhor área de cobertura com alta taxa de dados fornecida por 2G

WLAN; e

• Velocidade de 64 kbps.

O 2.5G introduziu o conceito denominado serviços gerais de rádio por pacotes (GPRS).

O 2,75G ou dados aprimorados para avaliação global (EDGE) é mais rápido, com

uma velocidade de internet de 128 kbps.

• 3ª Geração (3G): 3G foi introduzido em 2001.

• Serviços de Internet melhorados;

• Serviços de internet sem fio de alta velocidade;

• Serviços universais de telecomunicações móveis (UMTS); e

• Velocidade de 2 Mbps.

• 4ª Geração (4G): 4G foi introduzido em 2010.

• Avaliação de longo prazo (LTE) dos serviços de internet;

• Protocolos baseados em IP;

• Vo-LTE (voz sobre LTE) tanto para voz quanto para internet;

• Baixo custo de transmissão suporta serviço multimídia;

• Qualquer serviço desejado, com liberdade e flexibilidade pode ser selecionado;

• Boa usabilidade com streaming com qualidade HD; e

• Velocidade de 100 mbps.

1.2 TECNOLOGIAS 5G

Os provedores de celular para 5G, quinta geração de banda larga móvel

redes, começaram a ser implementadas internacionalmente desde 2019. 5G é o substituto previsto para as redes 4G que acessam a maioria dos telefones celulares atuais. Até 2025, a Associação GSM e Statista

projeta que as redes 5G terão mais de 1,7 bilhão de assinantes e representarão 25% do mercado global de tecnologia móvel.

A introdução da tecnologia 5G na Índia aconteceu no mês de outubro de 2022; no entanto, apenas algumas cidades provavelmente terão serviços 5G até

o ano de 2024. Como a tecnologia 5G ainda não está disponível na Índia, algumas pessoas concentrar-se-iam nela.

Tal como os seus antecessores, as redes 5G são redes celulares com

unidades geográficas chamadas células que servem como área de serviço. Através de uma antena local dentro da célula, todos os dispositivos celulares 5G são conectados à internet e à rede telefônica por meio de ondas de rádio. Com download máximo

velocidades de até 10 gigabits por segundo (G bit/s) estão disponíveis nas novas redes.

Como o 5G tem mais capacidade e pode conectar mais tipos de dispositivos,

especialmente em locais movimentados, a qualidade dos serviços de Internet melhorará significativamente. Prevê-se que as redes sejam utilizadas com mais frequência como provedores de serviços de Internet (ISPs), geralmente para laptops e desktops

computadores, competindo com os ISPs atuais, como a Internet a cabo, e também permitirá novas aplicações nos espaços da Internet das Coisas (IoT) e máquina a máquina (M2M). Até 1 milhão de dispositivos por quilômetro quadrado são

previsto para 5G. 3GPP, uma organização industrial que estabelece padrões, define

5G como qualquer sistema que utilize software 5G NR (5G New Radio); esse

a definição tornou-se amplamente aceita no final de 2018.

1.2.1 Áreas de aplicação do 5G

De acordo comYu et al. (2017),três áreas principais de aplicação para as capacidades 5G

expandidas foram identificadas pela ITU-R; em primeiro lugar, máquina enorme

tipo de comunicação (MMTC), segunda comunicação ultra-confiável de baixa latência comunicações (URLLC) e, finalmente, banda larga móvel aprimorada (eMBB). Apenas

eMBB estará em uso até 2023; mas o mMTC e o URLLC não serão

disponível até depois disso.

5G fornece conexões mais rápidas, mais rendimento e maior

capacidade do que os serviços de banda larga móvel 4G LTE; dispositivos móveis

aprimorados

banda larga (eMBB) aproveita 5G. Locais de maior tráfego como estádios, cidades, e locais de concertos lucrarão com esse cronograma.

Usando a rede para aplicações de missão crítica, a demanda continua

O intercâmbio de dados fluido e confiável é conhecido como URLLC. O sem fio

redes de comunicação usam transmissão de dados em pacotes curtos para satisfazer seus necessidades de latência e confiabilidade.

De acordo com artigo publicado pela Intel em 2018, muitos dispositivos serão conectados por meio de comunicações massivas do tipo máquina (mMTC). Mais

mais de 50 bilhões de dispositivos IoT conectados serão conectados pela tecnologia 5G.

A maioria das pessoas optará por usar o Wi-Fi gratuito. Drones que transmitem em 4G

ou o 5G ajudará nas operações de recuperação de desastres, dando aos socorristas acesso a dados em tempo real.

Segundo a Ford, os veículos autônomos serão totalmente capazes de operar

sem C-V2X. Para muitos serviços, muitos carros terão celular 4G ou 5G

conexão. Uma vez que os veículos autónomos devem ser capazes de funcionar sem

conexão de rede, os veículos podem não precisar mais de 5G. De acordo com o relatório de condução teleoperada (ToD), a maioria dos carros autónomos também inclui teleoperações para completar as suas missões.

1.2.2 Desempenho do 5G

1.2.2.1 Velocidade

Dependendo do canal de RF e da carga da estação base (BS), as velocidades 5G serão variam de cerca de 50 Mbps a 1.000 Mbps (1 Gbps). As bandas de onda mm

teria as velocidades 5G mais rápidas, atingindo 4 Gbit/s com operadora

agregação e MIMO (assumindo um canal perfeito e nenhum outro BS

carregar).

1.2.2.2 Latência

Dependendo do tipo de handover, a latência aumenta significativamente durante os handovers, variando de 50 a 500 milissegundos. Pesquisa e desenvolvimento

ainda estão sendo feitos esforços para reduzir o tempo de interrupção da transferência.

A latência aérea ideal para 5G é entre 8 e 12 milissegundos, omitindo retransmissões de solicitação de repetição automática híbrida (HARQ),

transferências, etc. Para comparações precisas, a latência do ar deve ser multiplicada pela latência de backhaul para o servidor e latência de retransmissão. De acordo com Verizon, a latência da implantação inicial do 5G é de 30 ms. A latência provavelmente pode ser reduzida para 10–15 ms por servidores de borda localizados perto das torres, podendo ser de 30 ms.

Servidores de borda próximos às torres provavelmente podem reduzir a latência para 10–

15 ms.

1.2.2.3 Taxa de erro

A taxa de erro de bit (BER) é mantida em um nível excepcionalmente baixo em 5G usando um esquema adaptativo de modulação e codificação (MCS). Um MCS mais baixo, que é menos sujeito a erros, será usado pelo transmissor quando a taxa de erro exceder um limite (muito baixo). A velocidade é negociada desta forma para garantir um sistema quase livre de erros.

1.3 TECNOLOGIAS 6G

De acordo comNayak et al. (2020),muitas tecnologias atuais serão redefinidas e reorganizadas durante o período de trânsito da comunicação 6G.

A modificação da tecnologia existente mudará nosso modo de vida, sociedade e

economia. O termo IoT em um curto espaço de tempo será reinterpretado com outro termo chamado Internet de Tudo (IoE), anunciando o surgimento

de inúmeras tecnologias de ponta. A Internet industrial inteligente de tudo (IIIoE), até mesmo as áreas urbanas são chamadas de cidades inteligentes, a cadeia de hospitais como cuidados de saúde inteligentes, a rede inteligente e os robôs inteligentes serão todos tornados possíveis pela IoE na era da conectividade 6G. Além disso, prevemos que a proliferação das tecnologias de comunicação 6G dará origem a inúmeras novas aplicações.

O panorama de diversas aplicações 6G é mostrado emFigura 1.1.

Usando a tecnologia 6G, a Internet de Todas as Coisas (IoE) é possível, assim como mostrado emFigura 1.1.A futura dependência da tecnologia de comunicação 6G é demonstrada para veículos inteligentes, drones, transportes, hospitais, agricultura, ferrovias e navios. Além de se tornar o padrão de comunicação

protocolo para diversos produtos e tecnologias, o 6G não estará mais limitado aos smartphones.

De acordo comWang et al. (2022),desde a modernização global do 5G

tecnologia, muitos países da Ásia como China, EUA e alguns países europeus

nações têm supostamente investigado tecnologias 6G para dispositivos móveis

6 Rumo à heterogeneidade sem fio em redes 6G

Figura 1.1 Cenário de aplicativos 6G.

redes de comunicação. O sucesso das tecnologias 5G irá, sem dúvida,

servir de base para o 6G. Por causa do avanço do 6G

tecnologia, globalmente entraremos em uma nova era de inteligência começando no

ano 2030. A rede móvel 6G incorporará ciência e tecnologias da informação, incluindo computação celular de ponta, análise de big data,

inteligência artificial (IA) e blockchain, além de realizações de pesquisa

desenvolvimento em domínios como matemática, física, biotecnologia e materiais.

As tecnologias 6G tornar-se-ão a pedra angular da vida quotidiana de todos,

produção industrial e desenvolvimento verde como resultado desta integração, que acelerará a convergência de diferentes comunicações com detecção, processamento e controle.

Você e outros. (2021)previu que as tecnologias 6G apresentarão principalmente quatro mudanças de paradigma: primeiro, uma para servir a cobertura global completa e uma em desenvolvimento

redes integradas espaço-ar-solo-mar. Em segundo lugar, utilizando espectros completos