Como a conectividade de alta velocidade está favorecendo a IoT

Redes de última geração, como a celular 5G e WiFi 6+, são o início de uma nova era para a Internet das coisas (IoT). Com velocidades mais altas e maiores capacidades de dados, essas redes ultrarrápidas e confiáveis podem suportar mais de milhões de dispositivos conectados, que possibilitam desde a funcionalidade doméstica inteligente relativamente simples até recursos mais avançados, como fábricas automatizadas, monitoramento remoto de saúde e telemática de frotas de veículos. 

A explosão da comunicação entre máquinas
pode representar um aumento de mais de 50% em todas as conexões de internet até 2023 — e até 2027, pode haver 41 bilhões de dispositivos de IoT instalados. 

Para que a IoT atinja esse potencial, no entanto, o mundo precisa construir um ecossistema de conectividade robusto que aproveite as redes 5G e WiFi 6+de alta velocidade, ao mesmo tempo em que ofereça suporte a outros protocolos sem fio adequados a diferentes restrições e requisitos de aplicações específicas de IoT. Isso significa projetar dispositivos e redes em torno de soluções avançadas de antenas de várias bandas que possam lidar eficientemente com uma gama mais ampla de frequências, criar componentes incorporados menores e mais duráveis para registrar e transferir dados em uma variedade de ambientes e adicionar infraestrutura para ajudar a gerenciar o aumento antecipado de dados nas redes sem fio. 

Como parceira de conectividade e sensores para empresas líderes em hiperescala e telecomunicações, a TE colabora com nossos clientes para enfrentar alguns de seus maiores desafios de design. Aqui estão importantes inovações em que estamos trabalhando para ajudar a IoT a alcançar seu potencial de crescimento explosivo. 

Permitir a comunicação entre máquinas, em qualquer lugar e em todos os momentos, coloca nova pressão sobre as capacidades de antenas sem fio embutidas e externas. Designers e engenheiros de dispositivos precisam de acesso a uma gama de opções de antenas para atender às necessidades de diferentes aplicações de IoT.

Uma característica crítica das soluções de antena de IoT é a capacidade de oferecer desempenho de frequência de banda larga — cobrindo desde celulares LTE de banda baixa, de 600 MHz até os 6 GHz e acima para redes 5G. Para capturar efetivamente sinais em um amplo espectro de frequência, a tecnologia de antena precisa fornecer seletividade e isolamento suficientes para evitar interferências com outros equipamentos de IoT.

Cada antena no ecossistema de IoT também deve ser combinada com os requisitos de desempenho de sua aplicação. Por exemplo, equipamentos em um local fixo que apresente uma rede robusta e boa resistência ao sinal podem obter desempenho suficiente com uma simples antena dipolo ou lâmina. À medida que a qualidade e a confiabilidade da rede diminuem, antenas omnidirecionais ou direcionais de alto ganho são normalmente necessárias para garantir que o sinal dos dispositivos chegue à rede.

Para enfrentar esses desafios, a TE Connectivity oferece um portfólio completo de soluções de antenas que acomodam uma mescla de bandas de frequência e requisitos de desempenho para diferentes aplicações de IoT. À medida que a implantação de redes de alta velocidade continua a impulsionar recentes inovações de IoT, a TE está preparada para desenvolver projetos de antenas personalizadas para acomodar as faixas de frequência e os requisitos de projeto das novas aplicações.

À medida que a IoT evolui, antenas e sensores com recursos avançados também devem estar disponíveis em formatos cada vez menores. Se a aplicação está em vestíveis, painéis de controle de automação residencial ou dispositivos de rastreamento para transporte inteligente, a demanda por miniaturização já é alta — e só aumentará.

Inovações em placas de circuito impresso (PCI) e antenas de placa de circuito flexível (FCB) já criaram opções poderosas para aplicações de pequenos fatores de forma. Vimos progressos semelhantes na miniaturização das poderosas antenas usadas pelos veículos de segurança pública. Foram-se as longas antenas de chicote, substituídas por discretas antenas estilo barbatana de tubarão ou saleiro que acomodam banda larga sem fio, GPS/GNSS, e outras faixas de frequência necessárias para criar um veículo totalmente conectado.

Nossa equipe de engenheiros está continuamente trabalhando nos desafios técnicos de adicionar múltiplas portas e frequências adicionais em antenas menores para satisfazer essa demanda. 

Dispositivos IoT precisam estar em todos os lugares, desde um chão de fábrica ou um campo de fazenda até o pulso de uma pessoa. Garantir que esses dispositivos possam registrar e transmitir dados consistentemente significa que eles devem ser projetados para compatibilidade com uma gama de ambientes imprevisíveis.

Os designers de dispositivos IoT podem optar entre uma ampla gama de antenas e outros componentes que atendam aos padrões de sua aplicação em particular. Como provedor de soluções de conectividade, a TE está comprometida com testes rigorosos de nossos componentes para garantir sua resiliência a temperatura, umidade, vibração e choques e outras condições ambientais que possam ameaçar o desempenho.

As personalizações também são um aspecto fundamental das aplicações de IoT, cada uma com requisitos ambientais únicos. Por exemplo, nossa equipe trabalhou com um cliente que precisava de uma antena para caixas elétricas ao ar livre em bairros residenciais. O pedido do cliente era que a antena tivesse que sobreviver a um
golpe direto de um taco de beisebol ou de um skate. Nossos engenheiros desenvolveram uma pequena e reforçada antena de cúpula, que suportou o teste.

Outro cliente do setor de tecnologia médica veio à TE buscando ajuda para desenvolver um dispositivo de tratamento sem fio, vestível e não invasivo. Projetamos uma antena personalizada que oferece conectividade multibanda LTE 4G em um dispositivo do tamanho de um relógio de pulso. 

Acomodar bandas de frequência mais amplas e fornecer melhor cobertura de sinal geralmente requer que os dispositivos consumam mais energia. Maior consumo de energia normalmente gera mais calor.

Dispositivos menores e aplicações embarcadas não podem contar com ventiladores para ajudar a dissipar o calor. Em vez disso, os fabricantes de componentes recorreram a abordagens de design estrutural multifuncionais que ajudam a dissipar o calor no nível da placa de circuito, o que garante um desempenho estável. 

A adição de milhões de dispositivos conectados adicionais a redes sem fio resultará em um enorme aumento de dados que precisam ser transmitidos até a nuvem ou a data centers centrais. Data centers e provedores de computação em nuvem aumentarão sua capacidade de lidar com essa onda. No entanto, sem um padrão de antena robusto e desempenho de correlação MIMO, ainda há o risco de atrasos de comunicação entre servidores centralizados/armazenamento e dispositivos de IoT envolvidos em aplicações de segurança em tempo real ou de missão crítica — mesmo com a menor latência oferecida por redes de alta velocidade.

O crescimento das aplicações de IoT de missão crítica impulsionará a demanda por soluções de computação de borda que podem mover o processamento e o armazenamento de dados para mais perto dos dispositivos IoT. A construção dessas redes de borda introduz novas considerações importantes. A infraestrutura de dados abrigada em uma sala de equipamentos local pode enfrentar um ambiente mais adverso do que o encontrado em um data center centralizado, onde a temperatura e a umidade são bem controladas. Como resultado, os designers de rede terão que buscar por cabos e conectores mais reforçados que estejam alinhados a ambientes de borda menos controlados (mais adversos).

A IoT requer uma infraestrutura de conectividade totalmente integrada e otimizada, razão pela qual a TE inclui cabos e conectores como parte de sua oferta de IoT — juntamente com antenas, sensores e outros componentes que permitem dispositivos inteligentes. 

Não há dúvida de que redes de alta velocidade podem ajudar a IoT a dar um salto evolutivo. A visão de cidades inteligentes, fábricas totalmente automatizadas e carros autônomos está se tornando realidade.

Redes mais rápidas por si só não criarão esse mundo interconectado. Para alcançar todo o potencial da IoT, municípios, empresas de telecomunicações, fabricantes de dispositivos, proprietários de edifícios e especialistas em conectividade como a TE terão que trabalhar juntos para criar um ecossistema completo projetado para as novas oportunidades e desafios apresentados por redes sem fio mais rápidas e poderosas.