Utilização do 5G na Automação Industrial

Em face a todo o movimento em torno da Transformação Digital e Indústria 4.0, o tema referente a nova geração nos sistemas de telecomunicação, a chamada 5G, que tão logo estará disponível para uso em diversos sistemas de comunicação de voz e dados, seguramente, provocará um grande impacto em toda a sociedade.

Nosso texto, tem a intenção de iniciar uma discussão a respeito dos principais pontos técnicos e de aplicação, a respeito desta evolução de rede de telecomunicação, principalmente voltado a aplicações na indústria, nosso foco de atividades, então vamos comentar sobre:

• A Tecnologia da Telecomunicação Móvel 5G (5ª Geração)
• A Realidade da Indústria 4.0 a partir da Tecnologia 5G
• Aplicações e Tecnologias em 5G na Indústria

O que é a Rede 5G?

• É a quinta geração de redes móveis, a evolução da banda larga sem fio
• Esta rede permitirá o aprimoramento das telecomunicações, principalmente de dados
• Tornará real a interconexão da IoE (Internet de Todas as Coisas)

Quanto a evolução das comunicações na indústria, podemos também associar as gerações dos sistemas de telecomunicação:

1G

• Controles Mecânicos e Pneumáticos
• Controles Eletromecânicos
• Início da Eletrônica na Automação
• Eletrônica Analógica e Início da Digital na Automação

2G

• Início das Redes e Protocolos Industriais
• Scada estabelecido no Controle
• Uso do OPC
• Início do Windows na Indústria

3G

• Uso do OPC como Padrão de Comunicação
• Uso de Windows nos Sistemas e Redes
• Uso de Redes Ethernet
• Conceitos de Cliente e Servidor

4G

• Uso da Internet dentro da Automação Industrial
• Acesso Remoto de Dados
• Integração e Convergência na Indústria;
• Conceitos de Publisher Subscriber
• Indústria 4.0

5G

• Evolução dos Sistemas de IoT na Indústria
• Novas Formas de Interação no Controle e Operação Industrial
• Realidade Virtual e Aumentada
• Inteligência Artificial

Toda a transformação baseada na utilização de sistemas de telecomunicação, está diretamente relacionada ao uso de dados, hoje o uso de dados em dispositivos supera em crescimento outras formas de comunicação.

As redes 5G estão na classe de redes sem fio, WAN (Wide Area Network), onde temos as principais características:

• Confiabilidade
• Interoperabilidade
• Acessibilidade
• Disponibilidade de Espectro
• Segurança de Ponta a Ponta
• Qualidade de Serviços

Dentro das possibilidades que 5G oferece, temos novas terminologias que levarão a novos projetos de comunicação de dados, tais como:

IoE: Internet of Everything (Internet de Todas as Coisas)

Conceito e conectar qualquer dispositivo que gere dados e o torne disponível em qualquer local para processamento.

M2M: Machine To Machine (Máquina para Máquina)

Capacidade de dispositivos de controle de se comunicarem entre si para tomada de decisões autônomas.

Internet Táctil (Tactile Internet)

Com a diminuição nas latências das comunicações, será possível ter a percepção em tempo real dos dispositivos, parecido com a velocidade dos sentidos humanos, mudando nossa experiencias com as máquinas.

O 5G é uma resposta a alguns desafios da atualidade, em termos de demanda de uso, tais como:

• Aumento exponencial na quantidade de dados trafegados pelos sistemas, mais pessoas conectas, advento da IoE (Internet of Everything)
• Incorporação de serviços em tempo real (streaming de vídeo e internet táctil), necessitando de alta velocidade e alta capacidade de tráfego de dados
• Novos formatos de serviço. Não somente monitoração, mas controle a distância para executar medição e controle mais preciso e em alta velocidade em tempo real

A Nova Geração das Redes 5G mudarão a forma como entendemos:

• VELOCIDADE – é uma rede de alta velocidade de comunicação com diversas vias paralelas
• LATÊNCIA (tempo de resposta) – uma rede de baixa latência, praticamente respostas em tempo real
• CONECTIVIDADE – uma rede que permitirá grande quantidade de dispositivos em uma área (alta densidade)

Além de incorporar características adicionais, tais como:

• EFICIÊNCIA ENERGÉTICA – baixo consumo de energia na rede e nos dispositivos (90% economia)
• REDUÇÃO DE CUSTOS – com a escalada da rede, espera-se uma redução no CAPEX e OPEX em serviços móveis
• NOVOS SERVIÇOS – dados em alta definição, comunicação M2M, localização e computação em nuvem

As principais tecnologias que permitirão as redes 5G operarem em um formato mais evoluído de comunicação são:

• Ondas Milimétricas, trabalharemos com maiores frequências, isso diminuirá o alcance das comunicações
• Pequenas células, utilizaremos maior quantidade de torres para ampliar a área de cobertura
• Comunicação MIMO, esta tecnologia permitirá múltiplos envios e recepções das mesmas antenas de comunicação
• Feixe de Comunicação (Beamforming), para que não haja interferência, a comunicação será direcional e endereçável no nível de dispositivo
• Comunicação Full-Duplex, através de switches de alta velocidade, poderemos comunicar de forma bidirecional em alta velocidade

Relembrando o conceito de Indústria 4.0, interconexão de toda cadeia de valor (informações + pessoas + equipamentos) conectados na internet, utilizando inteligência artificial para tomada de decisões na indústria.

Observe que no conceito a interconexão via internet é um gargalo nas comunicações e tecnologias atuais, daí o 5G entra como grande alavancador para permitir colocar em prática o conceito de interconexão na totalidade.

Com a realidade do 5G, os equipamentos já virão equipados com o chip, poderemos colocar um chip de dados e iniciar uma comunicação na internet e com um provedor de nuvem por exemplo.

Na indústria, poderemos ter diversas aplicações, listamos abaixo algumas, veja a apresentação para entender melhor:

• Sistemas de Automação Legados
• Sistemas de Automação com Gateways
• Sistemas de Automação com CHIP 5G
• Como os Serviços serão compartilhados

Como fica a segurança da informação no 5G? Listamos abaixo as tecnologias que são utilizadas:

• Utiliza USIM (Universal Subscriber Identity Module), permite algoritmo de autenticação e criptografia, além de uso de aplicativos para aprimoramento da segurança
• Possui segurança na ponta, isto é, possui chaves digitais de autenticação entre os comunicantes da rede e segurança no núcleo (rede) – monitor de dados
• Possui sistema em Hardware de criptografia (HSM), certificação dos dados, provisionamento Over-The-Air, que é atualização constante de perfil do usuário

A evolução não para e podemos ainda apontar algumas tendências na continuidade nos sistemas de telecomunicação, que impactarão na indústria:

• Todos ativos industriais virem de fábrica com CHIP 5G de dados, desde o nível de IoT até o nível estruturado IIoT Internet Industrial das Coisas
• Empresas de telecomunicação especialista em serviços de dados, o CHIP funcionará só para IoT e a cobrança será no consumo do serviço
• Início das pesquisas com o 6G, comunicações da ordem de 1TB/s, operando em frequências de terahertz (THz)

Concluímos que a capacidade de comunicação de dados com confiabilidade, interoperabilidade e acessibilidade é o grande desafio para uma sociedade digital, a tecnologia 5G permitirá que a Indústria 4.0 seja uma realidade no âmbito da convergência da Cadeia de Valor.