O resumo do artigo original está errado!!
Num ambiente industrial os cabos e conectores
podem ser expostos a situações extremas de temperatura, umidade,
vibração, poeira, luz ultravioleta, EMI - interferência eletromagnética e
danos acidentais. Por isso, é fundamental analisar as especificações do
fabricante e confirmar se cada componente da rede vai atender aos
critérios de cada aplicação e local.
O avanço da IoT - Internet das coisas inicia um novo processo de
avaliação para o futuro. Estamos prontos para essa tecnologia? É
possível simplesmente fazer estimativas, mas existem alguns fatores
importantes que devem ser considerados para projetar a infraestrutura
futura, que será impulsionada por bilhões de dispositivos conectados da
IoT.
Anixter
Data: 29/07/2017
Edição: RTI Junho 2017 - Ano XVIII - No 205
Fig. 1 - A ideia do IoT é fornecer mais valor para o usuário
final e respectivo ambiente por meio da interação da programação de
software, sensores e disposivos de comunicação
A IoT - Internet das coisas é completa de
endpoints identificáveis ou “coisas”, como termostatos, telefones,
câmeras de segurança, crachás de segurança e outros dispositivos
inteligentes. Esses aparelhos suportam vários aplicativos que coletam
dados úteis com a ajuda de várias tecnologias existentes; em seguida,
eles efetuam de forma autônoma a transmissão de dados entre outros
dispositivos para propiciar melhorias para o ambiente adjacente, tudo
isso sem a interação humana.
Os dispositivos conectados, frequentemente, utilizam o protocolo IP
e muitos já incorporam a tecnologia PoE - Power-over-Ethernet.
O crescimento do mercado IoT é surpreendente; em consequência, as
demandas de armazenamento de dados e capacidade de largura de banda da
rede estabelecidas na infraestrutura do mundo conectado deverão ser
fenomenais. Em 2008, o número de coisas conectadas à Internet superou o
de pessoas na Terra [2]. Até 2012, o número de dispositivos alimentados
com PoE era estimado em 100 milhões. Até 2020, cerca de 250 milhões de
carros deverão ser conectados à Internet e o número de dispositivos IoT
deverá exceder 100 bilhões de objetos, ou cerca de 26 objetos
inteligentes para cada ser humano da Terra. Para citar outro exemplo, a
Amazon vendeu mais de 3 milhões de assistentes digitais pessoais e
alto-falantes sem fio nos EUA desde o seu lançamento no final de 2014,
incluindo um milhão durante a temporada de compras de Natal em 2015.
Mais da metade dos compradores usa tais dispositivos para mais do que
apenas um streamer de música controlado por voz [3].
Benefícios da IoT
Os benefícios de dispositivos conectados e sistemas de suporte
podem ser descritos como uma melhoria para o ambiente do usuário por
meio de:
- Criação e prestação de novos serviços e experiências para os consumidores.
- Melhoria ou customização de produtos para criar novos modelos de negócios.
- Automação de processos para reduzir os tempos de resposta.
- Compreensão das operações comerciais em tempo real.
- Efetuar previsões precisas para adoção de medidas apropriadas.
- Gerenciamento de ativos e garantia de segurança.
- Fornecimento automático de monitoramento, suporte em tempo real e manutenção do sistema.
Esses benefícios também habilitam uma pessoa a gerenciar sua vida
diária de forma mais eficiente através de melhor delegação, atenção
imediata às mudanças que possam surgir e melhorias nos respectivos
processos diários. Por exemplo, dispositivos atuais usáveis de tamanho
extremamente reduzido, como relógios inteligentes, podem incorporar a
tecnologia sem fio para se comunicar, analisar e reportar o estado da
temperatura, batimentos cardíacos, atividade física e localização para
aplicativos médicos e esportivos [3]. Dispositivos móveis, como sistemas
de aeronaves não tripuladas (drones), podem ser usados para
monitoramento visual de oleodutos e gasodutos, em conjunto com os
respectivos detectores e lasers sofisticados, visando reportar
informações de segurança e vigilância por vídeo.
Dispositivos implantáveis no pescoço ou coleira de cães podem
fornecer informações sobre seu paradeiro e saúde diretamente para o
celular do proprietário e do veterinário. As aplicações de IoT são
muitas e se estendem em diferentes indústrias.
Considerações para a infraestrutura conectada
Com a mobilidade oferecida pelos dispositivos conectados, o
conceito BYOD - Bring Your Own Device está rapidamente se tornando
popular, criando uma exigência para redes convergentes de energia,
iluminação e dados (PLD - Power, Light and Data) mais sofisticadas em
edifícios comerciais, escritórios e data centers. Isso melhorará as
experiências do usuário com a capacidade adicional de utilizar e
gerenciar PLD por meio de comunicações compartilhadas. A infraestrutura
da rede terá que suportar as necessidades das aplicações e dispositivos
conectados do amanhã.
Fig. 2 - Os dispostivos do IoT detectam, comunicam, analisam e processam algo geralmente em um loop sequencial
Dispositivos IoT são, geralmente, endpoints endereçáveis IP que
podem utilizar a estrutura de processamento de borda da IoT, combinada
com a inteligência da nuvem. Esses dispositivos também incorporam o
hardware e o software necessários para executar funções inteligentes
localmente e processar essas informações para originar ações benéficas.
Quando olhamos para o que vai ser necessário nos futuros aparelhos,
dispositivos móveis, computadores, objetos usáveis e mesmo o próximo
veículo autônomo, alguns elementos comuns e importantes são necessários,
não importa o espaço de operação. Seja em sua residência, no trabalho
ou viajando, a ideia é fornecer mais valor para o usuário final e
respectivo ambiente por meio da interação da programação de software,
sensores e dispositivos de comunicação, os quais podem funcionar todos
juntos de forma inteligente como um sistema.
Fig. 3 – Evolução do cenário tecnológico
Dispo
Os dispositivos IoT são projetados para nos fornecer um
benefício. Eles detectam, comunicam, analisam e processam algo
geralmente em um loop sequencial. O elemento de “comunicação” é uma
parte comum e importante do loop, porque ele cria ou habilita um
backbone conectado a todo o sistema a se comunicar com si mesmo e com a
Internet.
Habilitar a infraestrutura para IoT significa efetuar a
interconexão efetiva dos dispositivos de comunicação com eles próprios e
com a Internet por meio de cabeamento estruturado ou cabos de par
trançado, visando conectar fisicamente redes sem fio compartilhadas,
como Wi-Fi, celular e bluetooth.
Alguns exemplos de dispositivos IoT conectados são:
- Webcams e câmeras de segurança.
- Termostatos programáveis baseados na web.
- Tomadas de energia controladas remotamente.
- Gateway hubs.
- Fechaduras eletrônicas.
- Sistemas de alarme.
- Dispositivos preparados para a Internet.
- Máquinas de refrigerante inteligentes.
- Sensores de ocupação.
- Interfones e sistemas de alto-falantes baseados na web.
- Dispositivos de monitoramento ambiental.
- Iluminação LED inteligente.
- Pontos de acesso sem fio.
- Sistemas de gerenciamento de edifícios.
- Sinalização digital.
- Comunicação visível (por exemplo, LiFi - Light Fidelity).
Blocos de construção da IoT
Um dispositivo IoT conectado tem capacidade de detectar e coletar
informações de espaços localmente ocupados, ou do ambiente, e processar
ou agir por conta própria em conformidade. Isso pode ser feito por uma
rede local com serviços de software e de aplicativos baseados na
Internet, normalmente referidos como “Apps”, que operam via redes de
comunicação conectadas.
Gateway é um dispositivo de habilitação de IoT para comunicações
máquina para máquina (M2M) que fornece um portal para a rede de
comunicação conectando dispositivos na residência, local de trabalho ou
cidades inteligentes.
Edge é um conceito de IoT definindo a migração de serviços, dados e
aplicativos computacionais dos nós centralizados para os extremos
lógicos de uma rede, habilitando, assim, a geração de conhecimentos e
analíticos na fonte de dados.
Fog (neblina ou névoa) é uma abordagem da arquitetura IoT que usa
uma multidão colaborativa de clientes usuários finais ou dispositivos
edge do usuário próximo para executar uma quantidade substancial de
comunicação, controle, configuração, medição, gestão e armazenamento
temporário.
Segurança é um dos maiores desafios para indivíduos e empresas no
planejamento para a adoção de soluções IoT. Como os dispositivos IoT
podem ser conectados diretamente à Internet, é fundamental possuir
serviços e protocolos de IAM - Information Access Management no local,
permitindo que somente indivíduos autorizados acessem recursos
específicos em horários apropriados e pelas razões certas.
A evolução do cenário tecnológico
Fig. 4 – Convergência de energia, iluminação e dados sobre a mesma infraestrutura
Desde o início da Internet, nossas interações têm sido
tradicionalmente humano para humano (H2H) ou humano para máquina (H2M)
para armazenar e processar informações digitais de dados, voz e vídeo. O
mundo conectado da IoT está impulsionando essa evolução em direção às
interfaces inteligente M2M à medida que esta inteligência é incorporada
em tudo ao nosso redor. Considerando os rápidos avanços na computação,
em conjunto, com algoritmos mais avançados, parece lógico que estamos
preparando o terreno para a próxima onda de inteligência artificial que
traz máquinas mais próximas dos humanos (M + H - Machines closer to
Human). À medida que esses dispositivos se tornam mais inteligentes e
prolíferos, as interfaces de máquina para máquina, assim como a
interação humana direta com elas de uma forma mais natural, serão mais
predominantes.
Convergência
Convergência pode na verdade significar muitas coisas diferentes.
Historicamente, o termo tinha sido aplicado às redes de comunicação onde
a convergência de dispositivos baseados no protocolo IP permitia o uso
da Internet para conectar digitalmente serviços de voz e dados, como
telefonia pública comutada e redes de computadores. Hoje, o significado é
mais amplo, especialmente quando pensamos em todos os dispositivos,
computadores, iluminação e sensores conectados à rede pública por meio
de interfaces seguras. Todas essas “coisas” requerem não apenas links
para fornecer a transporte de dados, análise computacional e controle,
mas também alimentação para permitir que funcionem de forma eficaz.
Convergência comercial é o resultado da redução na sobreposição dos
negócios que serão necessários para instalar as “coisas” da IoT e dos
novos negócios que serão capazes de implementá-las. Um exemplo de
convergência comercial é a capacidade de o integrador do cabeamento de
baixa tensão instalar o cabeamento e a iluminação LED inteligente com
PoE overhead, sem necessidade do cabeamento CA de alta tensão e alto
custo ou de um inspetor da construção para realizar uma inspeção final
na fiação CA.
Como alimentar todas essas coisas?
Dispositivos conectados, como sensores, computadores e robôs estão
cada vez mais se tornando parte dos espaços em que vivemos, trabalhamos,
viajamos e nos divertimos. Para operar esses dispositivos IoT
eletrônicos, eles precisam basicamente ser alimentados. Para obter uma
redução no consumo de energia e um aumento na eficiência em comparação
com os tradicionais sistemas CA de alta tensão, a alimentação CC está se
tornando cada vez mais a energia escolhida.
A energia tem sido tradicionalmente fornecida para um dispositivo
conectado pela rede de energia elétrica local, onde a alimentação CA tem
de ser convertida em CC. A alimentação CC, diretamente de baterias e/ou
células solares, também pode fornecer a energia ou ser combinada como
um backup para a alimentação CA.
O cabeamento das comunicações híbridas de dados e energia, contendo
condutores separados para os dados e energia dentro do mesmo
revestimento, tem sido frequentemente usado para alimentar remotamente
câmeras de videovigilância a longa distância.
A energia também pode ser entregue remotamente por meio do
cabeamento PoE de baixa tensão a partir de switches baseados em PoE. Um
benefício significativo da infraestrutura conectada é que ela não apenas
fornece os links de comunicação, mas também a energia para os
dispositivos conectados e/ou seus dispositivos/gateways de suporte
usando dados convergidos com alimentação de corrente contínua (CC) de
baixa tensão. Convergir a energia e os dados sobre a mesma
infraestrutura de cabeamento representa uma opção mais simplificada e
econômica do que utilizar cabeamentos separados de comunicação e alta
tensão. Isso também facilita a implementação de recursos como sensores
ambientais e monitoramento do consumo de energia, bem como controle via
software e segurança remota.
Power over Ethernet
Power-over-Ethernet, ou PoE, consiste de vários sistemas
padronizados que habilitam a transferência de dados e energia através de
um único cabo Ethernet, desde o equipamento de fornecimento de energia
(PSE - Power Sourcing Equipment) até diversos dispositivos alimentados
(PD - Powered Device) de baixa tensão, como câmeras, telefones VoIP,
roteadores Wi-Fi e outros.
Para obter segurança em uma rede local convergida de dados e
energia usando PoE, a alimentação CC é injetada pelo PSE nos mesmos
condutores de cobre que transportam os sinais das comunicações digitais.
Os PDs habilitados por PoE separam a energia do fluxo de dados
digitais. Dependendo dos requisitos da aplicação, a alimentação CC pode
ser injetada no endspan através do switch habilitado por PoE do data
center ou no midspan por um dispositivo localizado no rack [4]. Os
switches do data center, que têm as capacidades PoE incorporadas
diretamente nas portas de cobre, estão se tornando mais comuns nos racks
e sala de telecomunicações do data center.
A alimentação CC, fornecida por meio de sistemas de cabeamento
convergentes com PoE, é um bloco de construção fundamental para
aplicações e dispositivos IoT. A alimentação PoE dos data centers é um
importante habilitador para IoT em todos os nossos espaços,
especialmente para novas construções, uma vez que os sistemas de
controle dos edifícios estão se tornando mais inteligentes e são
proativos e não reativos. Os dispositivos alimentados por CC de baixa
tensão eliminam a necessidade de tomadas de parede volumosas e cabos
adaptadores de CA para CC, reduzindo assim a dissipação de calor, custos
dos componentes e uso de energia. Como resultado, há maior facilidade
de instalação e manutenção, além de potencial para a redução do tempo de
inatividade do sistema. A energia também pode ser fornecida de forma
mais eficaz para locais remotos usando PoE. Além disso, redundância e
backup de energia podem facilmente ser fornecidos por um UPS ou outro
sistema de backup com baterias.
Padrões mundiais também estão sendo desenvolvidos para sistemas
baseados em PoE sob o patrocínio do IEEE e TIA. Os padrões baseados em
PoE, que definem as potências de operação dos PDs, são atualmente
regidos pelo IEEE, que ratificou as normas para os dispositivos PoE Tipo
1 e PoE+ Tipo 2, conforme mostrado na tabela I. Os padrões dos
dispositivos PoE++ Tipo 3 e PoE++ Tipo 4 deverão ser ratificados ainda
este ano.
Power over HDBaseT (PoH) é uma versão de PoE especificamente para
aplicações multimídia, permitindo até 10,2 Gbit/s de vídeo e áudio não
comprimidos, Ethernet 100Base-T, sinais de controle e compartilhamento
de energia sobre o mesmo cabo em distâncias de até 100 metros usando
conectores RJ-45. Outras soluções PoE comerciais também estão surgindo,
como a PoE universal de 60 W (UpoE), da Cisco.
Ao considerar um projeto de infraestrutura conectada, é importante
começar determinando o tipo de aplicações IoT que serão implementadas,
agora e no futuro, e em seguida determinar os requisitos da fonte de
energia necessários para alimentar os dispositivos conectados.
Iluminação LED inteligente: Prova de convergência de PLD
Convergência de PLD consiste em energia, iluminação e dados
fornecidos juntos via cabeamento Ethernet de baixa tensão em edifícios
comerciais e espaços de escritórios. A iluminação LED inteligente
residencial ou corporativa possui recursos funcionais e automáticos,
além daqueles dos tradicionais sistemas de iluminação fluorescente ou
incandescente. A solução da Cisco “Digital Ceiling Framework” é um
exemplo de tal sistema de iluminação LED inteligente. Os sinais de
controle e alimentação CC para as lâmpadas são fornecidos por switches
PoE via sistema de cabeamento estruturado Ethernet, reduzindo
significativamente o uso de energia e permitindo a adaptação da
experiência do usuário à iluminação.
Fig. 5 – Padrões PoE – Power over Ethernet
A energia PoE é fornecida centralmente a partir dos switches para
as lâmpadas LED e outros dispositivos conectados PD alimentados por PoE.
Um software controla a intensidade e cor da iluminação por meio de Apps
em dispositivos móveis, como computadores pessoais e telefones
inteligentes.
Os sistemas de iluminação LED inteligente, geralmente, requerem
potências operacionais maiores do que os tradicionais sistemas PoE. Isso
aumenta as demandas de manipulação de correntes na infraestrutura de
cabeamento conectado, sendo necessário, portanto, avaliar as
propriedades do sistema de cabeamento global.
Junto com a convergência de PLD, as redes sem fio LiFi consistem
numa tecnologia relativamente nova. Ela utiliza comunicação com luz
visível, modulando as luminárias LED suspensas com os dados de
comunicação da rede para fornecer um link de dados ópticos localizados
no espaço livre da linha de visada. Algumas das vantagens de LiFi sobre
WiFi são a redução de interferência de múltiplas fontes RF e o espectro
mais amplo de operação das lâmpadas LED visíveis. No entanto, a
necessidade de operação na linha de visada com LiFi restringe, neste
ponto, a cobertura da área e a mobilidade dos dispositivos conectados.
Arquitetura centralizada versus descentralizada
Nas arquiteturas centralizadas, dispositivos conectados IoT
transmitem as solicitações de computação e informações dos dados dos
respectivos sensores diretamente de volta para o data center onde o
processamento e o armazenamento de informações são realizados por
servidores, executando Apps específicos por meio dos switches. As
solicit ações para ação e os dados processados são, por sua vez,
enviados de volta para os dispositivos conectados a partir desses
aplicativos centralizados.
Na abordagem descentralizada (ou zona), a computação de borda
(“edge”) é habilitada por Apps, sendo executados em microprocessadores
incorporados nos dispositivos conectados e nos gateways, os quais tiram a
responsabilidade do processamento das informações e computações dos
dispositivos locais. Em vez de dispositivos IoT como câmeras de
segurança, termostatos inteligentes e sistemas de automação de edifícios
enviarem dados de volta para o data center para instruções ou análise
de dados, as informações são processadas localmente para que a latência
da rede não afete o desempenho dos dispositivos IoT. Apenas a
transferência de informações exclusivas e críticas precisam ser enviada
de volta para o data center. Isso agiliza o processamento do streaming
de dados e comunicações com outros dispositivos para realizar tarefas e
permitir que sistemas trabalhem de forma autônoma, fornecendo
informações para os pontos de tomada de decisão de forma mais rápida e
eficiente. A abordagem descentralizada também reduz o impacto das
comunicações big data, uma vez que os dados podem ser analisados e
processados na primeira borda. Assim, apenas os dados úteis precisam ser
armazenados nas SANs do data center.
Espera-se que ocorra uma rápida adoção da abordagem do projeto de
arquitetura descentralizada por meio da maior utilização de gateways
para suportar aplicações como segurança, ocupação, iluminação LED, LAN e
Wi-Fi. Essa abordagem pode também ajudar a consolidar as salas de
telecomunicações (TR), onde menos espaço de rack será exigido, bem como
criar a necessidade de um cabeamento de backbone de maior desempenho,
como Cat. 6A ou fibra óptica para conexão das TRs com os gateways.
Fig. 6 – Arquiteturas centralizadas versus descentralizadas
Com arquiteturas descentralizadas, dispositivos IoT mais simples,
menores e de custo mais baixo podem executar Apps em dispositivos de
microprocessamento incorporados, e não precisam ser diretamente
endereçáveis a partir do data center. Essa segurança por zonas de
circuito fechado pode reduzir a vulnerabilidade a ataques externos à
segurança. Além disso, é mais fácil garantir o controle dos dados (ou
seja, que os dados permaneçam locais – o que é suportado por muitas
políticas de controle de dados governamentais globais). Adicionalmente, a
evolução da infraestrutura base da IoT atualmente instalada facilitará o
atendimento das demandas futuras de novos assinantes e aplicações
baseadas em um mercado global conectado em mutação.
As LANs opticas passivas (POLs) ou redes ópticas passivas Ethernet
(EPONs) consistem num exemplo de um tipo híbrido de arquitetura LAN
usando uma fibra óptica monomodo e splitters SC/APC monomodo a partir de
um OLT - Optical Line Terminal. A energia descentralizada é alimentada
nos dispositivos conectados e fornecida por um ONT - Optical Network
Terminal local.
Otimização de espaço e densidade
A capacidade para efetuar a gestão das conexões multimídia de cobre
e fibra óptica de forma fácil e eficaz será necessária devido à
convergência de dados, vídeo, segurança, áudio e vídeo na sala de
telecomunicações.
O aumento nas exigências de otimização de espaço e densidade de
portas, tanto na sala de telecomunicações quanto no data center,
aumentará a necessidade de suportar o crescimento do número de
dispositivos conectados, armazenamento de dados e velocidades
computacionais necessárias para acompanhar as demandas de IoT. A
capacidade de migrar dos atuais 10 Gbit/s para as conexões ópticas
futuras de 40 e 100 Gbit/s é, frequentemente, necessária no data center e
será mais predominante no ambiente da sala de telecomunicações. Esses
sistemas de transmissão de fibra óptica paralelos utilizam oito e doze
conexões com matriz de fibra óptica paralelas com MTP/MPO, otimizando o
espaço do conector enquanto também propicia maiores velocidades de
transmissão do data center.
Largura de banda e latência
Com o aumento dos dispositivos IoT conectados, cada vez mais
sistemas estarão coletando informações e atuando pela Internet. O
processamento dessas informações exigirá uma rede com o desempenho
necessário para transferir tanto as informações quanto a energia sem
atrasos ou interrupções significativas. Não apenas é importante a
largura de banda ou capacidade de transmissão de informações de uma
infraestrutura conectada, mas também é crítica a latência, ou atraso na
transmissão de informações essenciais do núcleo da rede até a borda. A
largura de banda e a latência são dois parâmetros de desempenho
distintos e importantes para muitos aplicativos de dispositivos IoT. Por
exemplo, funções de tempo crítico como o monitoramento dos batimentos
cardíacos ou as atuações mecânicas precisamente cronometradas baseadas
na resposta de um sensor, podem não ser capazes de lidar com atrasos
significativos na transmissão através da rede.
Sustentabilidade
Projetos de expansão ou melhoria da infraestrutura necessários para
suportar a adoção de IoT em edifícios comerciais também podem
representar uma oportunidade para selecionar soluções com declarações
ambientais do produto (EPDs) ou declarações de saúde do produto (HPDs),
as quais fornecem pontos para um projeto LEED. Pontos para o LEED podem
ser disponibilizados quando esses produtos forem utilizados em
instalações de cabeamento qualificadas.
Conclusão
A Internet das coisas, via dispositivos conectados, está criando
demandas significativas nas redes, fazendo com que uma infraestrutura
conectada seja mais crítica do que nunca ao projetar as redes do amanhã.
Planejar para o futuro durante a concepção de sua infraestrutura de
energia, iluminação e dados convergentes vai exigir uma cuidadosa
consideração de muitos aspectos essenciais do projeto, como:
- Arquitetura centralizada versus descentralizada dependendo das exigências das aplicações de IoT.
- Opções de conectividade PoE e dados do chão ao teto para suportar PLD.
- Sistemas de cabeamento de alto desempenho para lidar com a energia, largura de banda e latência necessárias.
- Economia de energia e sustentabilidade.
- Gerenciamento adequado de cabos e trajetos para suportar a migração e facilitar a manutenção.
- Data centers e salas de telecomunicações escaláveis para flexibilidade e ampliação.
- Aumento da segurança baseada em software e física.
Referências
- [1] Future Smart: Managing the Game-Changing Trends that Will Transform Your World, James Canton, Da Capo Press, Janeiro, 2015.
- [2] Cisco, GE, Google, IEEE Spectrum.
- [3] Consumer Intelligence Research Partners (CIRP) report.
- [4] Lighting the Way for Innovation at Launch Fishers with
Digital Ceiling PoE LED Solutions, Legrand Data Communications Case
Study, Julho, 2016.
WiFi Tip: Set your router to only support 802.11n / ac if possible.
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