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O amadurecimento das redes privadas de 5G

O amadurecimento das redes privadas de 5G

Em junho deste ano, o 3GPP completou o Release 16, que não apenas forneceu apoio para comunicações ultraconfiáveis e de latência ultrabaixa (ultra-reliable, low latency communications, ou URLLC) e comunicação massiva de máquinas (massive machine-type communications, mMTC), mas também ajudou a concretizar mais uma etapa da IoT Industrial: redes privadas.

Redes privadas são redes de celular usadas por empreendimentos individuais ou outras organizações, como postos policiais ou corpos de bombeiros, e configurados para as suas próprias necessidades. Já que a cobertura 5G ainda não está disponível em larga escala, as organizações têm mais controle sobre quando e como as redes serão implantadas, alterando consideravelmente o prazo para casos de uso industriais de mais relevância.

Hoje, vamos olhar mais de perto as redes privadas e examinar suas propostas de valor, opções de implementação, oportunidades de negócios e competências.

Propostas de valor

Os 5 Cs das Redes Privadas

Uma explicação concisa acerca das redes privadas foi dada por Imran Akbar, VP da GM e da Samsung. Ele descreve redes privadas como as que oferecem os 5 Cs: cobertura, controle, capacidade, competências e custos.

1. Cobertura: pequenas células podem ser implementadas onde são mais necessárias pela organização. Isso inclui porões, minas ou áreas de muita densidade, como estádios;

2. Controle: empresas podem configurar suas redes a fim de garantir qualidade de serviço (QoS), usar funcionários in loco para resolver contratempos e controlar como e quando a sua estrutura será implementada;

3. Capacidade: um espectro e uma estrutura dedicados permitem mais capacidade do que quando compartilhados com terceiros;

4. Competências: redes in loco oferecem latência mais baixa, podem ser construídas para propósitos específicos e dispõem de segurança adicional para manter os dados no local;

5. Custos: mais controle sobre o uso significa custos operacionais mais previsíveis.

Claramente, redes privadas agregam muito valor para organizações. Mas, quando as implementações de 5G se popularizarem, os provedores de serviço conseguirão assegurar certa qualidade de serviço (quality of service - QoS), como baixa latência e densidade alta de dispositivos, até mesmo em redes públicas? A resposta é complexa e, ultimamente, depende de como as redes públicas serão implementadas.

5GC vs. EPC

No nosso último post, falamos sobre Network slicing, um princípio de arquitetura fundamental que permite padrões ambiciosos ao 5G. Network slicing é uma forma de dividir recursos para dar às operadoras um controle mais granular sobre a QoS. Slicing vertical cria redes privadas virtuais para empresas individuais, enquanto slicing horizontal divide uma rede para priorizar necessidades vitais e entregar SLAs.

Ao criar “slices” diferentes para URLLC, mMTC e eMBB, é possível atender às necessidades diferentes de cada tipo de aplicação da forma mais eficiente possível. Com certeza, isso pode propiciar às empresas mais capacidade e controle – isto é, considerando que a rede seja composta por arquitetura 5G.

No entanto, a arquitetura 5G não é a única opção vigente. O 5G disponível comercialmente hoje é baseado em arquitetura não isolada (non-standalone architecture, NSA), que usa o evolved packet core (EPC) de redes LTE em vez do core 5G, que funciona inteiramente na nuvem. Atualizar as redes LTE para 5G NSA forneceria às operadoras mais facilidade e flexibilidade de instalação, mas não o mesmo nível de separação de controle de usuário e network slicing que o core 5G. Isso significa controle menos granular e, como resultado, QoS menor (e menos previsível). Implantações de redes privadas mais recentes – diferentemente de redes que usam infraestrutura convertida – conseguem implementar arquitetura de 5G core e usufruir dos benefícios que ela traz.

Instalação de redes privadas

Redes privadas standalone vs. integradas

O core 5G (ou seja, sem integração com LTE) é frequentemente chamado de standalone (“isolado”, em inglês) ou SA 5G. Isso pode ser muito confuso quando discutido junto com redes privadas, que podem ser integradas com redes públicas de níveis variados. O 3GPP explica a diferença entre estes dois métodos básicos de implementar redes privadas, também conhecidas como NPNs (non-public networks, inglês para redes não-públicas):

  • Standalone non-public networks (SNPN): controlado por uma operadora NPN, sem contar com funções de rede fornecidas por uma PLMN; e
  • Public network integrated NPN (PNI-NPN): uma rede não pública instalada com apoio de uma PLMN.

A delineação do 3GPP depende da forma como a rede é operada: se é de forma privada (standalone NPN) ou por um provedor de serviço (integrado). Em ambos os casos, a infraestrutura e o espectro são dedicados a uma empresa, mas com redes integradas, capaz de apoiar provedores de serviço e evitar o custo e a complexidade de construir e operar sua própria infraestrutura.

Além disso, outro fator que pode determinar se um empreendimento deve contratar um provedor de serviço para apoio operacional: sua abordagem para usar o espectro.

Espectro licenciado vs. não licenciado

Conforme discutimos no post anterior, uma das principais vantagens do 5G é a sua capacidade de usar as bandas do espectro que redes mais antigas não conseguiam acessar, resultando em mais capacidade e velocidade de serviço. O 5G NR é capaz de se conectar a bandas de espectro baixo, médio e alto (ou mmWave), permitindo que forneçam cobertura mais ampla por meio de bandas mais baixas, bem como maior capacidade e velocidade por meio de bandas mais altas.

Apesar de alguns países separarem espectros licenciados para o uso em várias áreas, a maioria dos países leiloam os espectros para provedores de serviço, que podem, por sua vez, sublicenciar os espectros para empreendimentos privados. No entanto, com o Release 16, 5G já pode usar espectros não licenciados, ou NR U, que podem ser usados exclusivamente ou ancorados a um espectro licenciado.

Contrastando com o espectro licenciado, que só pode ser usado pela empresa que a adquiriu, o não licenciado pode ser usado por qualquer pessoa. Conforme observado em um whitepaper recente da GSMA, isso evita as muitas regulamentações que regem o uso do espectro licenciado, como a prevenção de interferências e os limites do campo electromagnético, tornando a operação de redes privadas standalone mais fácil para empresas que não conseguem navegar por essas regulamentações com tanta destreza.

No entanto, essas redes podem estar mais sujeitas a interferências (WiFi, por exemplo) e, com isso, ser menos capazes de garantir QoS. Além disso, alguns países podem disponibilizar apenas certas frequências para uso não licenciado, resultando em competências mais limitadas caso o NR U não esteja ancorada no espectro licenciado.

O negócio de redes privadas

Métricas

Até mesmo antes de a IoT Industrial e as NPNs serem apoiadas pelo Release 16, o Gartner previu uma necessidade significativa para redes privadas de 5G. Em um relatório publicado em 2018, o instituto indicou que, enquanto 66% das organizações afirmavam que planejavam instalar 5G até 2020, provedores de serviço não estavam no prazo para reunir a densidade do rádio, network slicing e a infraestrutura de Edge Computing o suficiente para uso da tecnologia.

“Suas redes 5G não estão disponíveis ou capacitadas o suficiente para as necessidades organizacionais,” disse Sylvain Fabre, diretor de pesquisa sênior no Gartner. “Redes privadas para corporações serão a opção mais direta para empresas que querem se beneficiar das competências 5G desde cedo.”

Como resultado, espera-se que empresas invistam pesado em redes privadas nos próximos anos. Um artigo da Deloitte de 2019 prevê que, até o fim de 2020, mais de 100 empresas ao redor do mundo terão feito testes de instalação de redes privadas, dedicando milhões de dólares em trabalho e equipamentos para redes privadas. Até 2024, estima-se que esse número aumente para dezenas de bilhões de dólares a cada ano.

Espera-se que portos, aeroportos e outros hubs logísticos sejam os primeiros a adotar redes privadas, sendo estes responsáveis por um terço dessas redes nos primeiros cinco anos. Outro terço provavelmente virá de fábricas e depósitos, com implantações greenfield, como campus universitários, completando o restante.

Reinventando as operações de negócios

As competências limitadas das tecnologias anteriores sugerem que empresas talvez precisem instalar uma combinação de redes Ethernet, WiFi e tecnologia de celular para conseguir cobertura extensa e alta performance. Isso resulta em uma mistura complexa de fios, cabos e outros equipamentos de instalação e manutenção difíceis. O 5G não apenas oferece performance superior em comparação a redes antigas, mas também remove as restrições físicas de cabos e fios, oferecendo conectividade em lugares onde o WiFi é inviável.

Isso não só traz novas oportunidades de negócios por meio de casos de uso envolvendo URLLC e mMTC, mas possibilita novos meios de conduzir negócios. Com uso de 5G, organizações podem:

  • operar em ambientes cheios de metal;
  • priorizar serviços diferentes via network slicing;
  • agregar mobilidade aos equipamentos;
  • automatizar processos;
  • conectar mais dispositivos;
  • evitar custos de manutenção de fios e cabos; e
  • reduzir o tempo ocioso devido à reconfiguração e à reparação de linhas de produção.

A Deloitte fornece dois exemplos desse tipo de “reinvenção de processos de produção”. Atualmente, a maioria das fábricas utiliza linhas fixas, limitando a habilidade de montagem modular e criando gargalos onde a montagem é lenta ou requer reparos. Aproveitando o 5G, a Mercedes TecLine conseguiu personalizar a montagem usando dispositivos móveis que carregavam carros de uma parte da fábrica para outra, e usavam sistemas inteligentes para escolher peças específicas. Na China, a Bosch Rexroth está construindo uma linha de montagem ainda mais modular com uma fábrica completamente móvel movida por máquinas autônomas que podem ser implementadas e reconfiguradas conforme a necessidade da empresa.

Competências do Release 16

Além de permitir redes privadas de 5G e o uso do espectro não licenciado, o Release 16 oferece uma gama de competências técnicas que viabilizam o uso industrial. Um artigo recente da Qualcomm dispõe de uma lista detalhada dessas melhorias, que podem ser resumidas como:

  • features de economia de energia para aumentar a vida útil da bateria de mMTC;
  • melhorias de MIMO para permitir mais usuários e links mais confiáveis;
  • mais confiabilidade para URLLC por meio de caminhos de comunicação redundantes;
  • IAB (integrated access backhaul), que elimina a necessidade de fiação de backhaul;
  • TSN (time sensitive networking) para envios de pacote de dados em períodos de tempo precisos; e
  • C-V2X (cellular vehicle to everything), que permite que veículos se conectem entre si e com pedestres.

Com essas melhorias técnicas e oportunidades de negócios para redes privadas e para o espectro não licenciado, o Release 16 oferece a base para o uso industrial do 5G, permitindo novos casos de uso ao longo de uma variedade de áreas.

Conclusão

A habilidade de criar redes 5G privadas não vai apenas acelerar a adoção do 5G, mas oferecerá às empresas e outras organizações benefícios operacionais, logísticos e de performance. Assim como redes públicas, no entanto, redes privadas precisarão do Edge Computing para maximizar suas competências, particularmente quando se trata de latência.

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