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História dos protocolos de Redes sem fio
André Lisboa da Conceição Júnior *
Resumo: Este artigo apresenta a temática das redes sem fio,
tendo como delimitação a narrativa histórica do
nascimento, desenvolvimento e as inovações relativas aos
protocolos de rede sem fio. São expostos todos os principais
protocolos, os aspectos físicos e tecnológicos dos mesmos.
A metodologia utilizada para o desenvolvimento do
trabalho fora oriunda de uma criteriosa pesquisa
bibliografia em livros e artigos, para colher os relatos
históricos relativos a tema abordado.
Palavras-chave: Bluetooth, ZigBee, 1G, 2G, 3G, 4G, 5G,
UWB, Wi-Fi, Redes Sem Fio.
Abstract: This article presents the theme of wireless
networks, with the historical narrative of birth,
development and innovations related to wireless network
protocols as a delimitation. All the main protocols are
exposed, as well as the physical and technological aspects
of them. The methodology used for the development of the
work came from a thorough bibliography search in books
and articles, to collect historical reports on the topic
addressed.
Keywords: Bluetooth;Zig Bee;1G; 2G; 3G; 4G; 5G; UWB;
Wi-Fi; Rfid; Wireless Networks.
INTRODUÇÃO
A necessidade sempre as mães de todas as invenções, segundo Platão, sendo assim a
mobilidade tornou de fato uma carência a ser a lacuna que existia, surgiu primeiramente como
um complemento as redes cabeadas que já existiam, de modo a possibilitar o aumento do raio
de alcance pelas redes locais.
* Graduado em Engenharia Mecatrônica. Possui experiência na área de Qualidade e processos adquirida durante a
estadia no complexo industrial Ford.
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Um outro fato que podemos observar é que não houve uma acomodação por parte dos
desenvolvedores que tinha um objetivo bem especifico a implantação de inúmeras redes de
comunicação forem necessárias, proporcionando a inclusão de diversas pessoas de âmbito
geográfico mundial afim de integrá-los em uma grande rede.
Com a popularização da informática em esfera global, devido ao seu raio de alcance
ter se tornado tão abrangente em função da internet, as tecnologias periféricas ou de apoio
cresceram na mesma velocidade evolutiva, surgindo novos dispositivos de acesso uns mais
moderno com a disponibilidade convencional e outros com a mobilidade como principal
característica, visto isso se precisava criar redes de suporte paras as duas possibilidade, daí
surgiram à modalidade de rede sem fio, que logo se disseminaram e alcançaram os usuários
corporativos e domésticos.
As redes sem fio passaram a ser utilizadas nas mais diversas áreas, que seja nas
telecomunicações que não mais se resumia em serviços de voz como também em serviços de
dados (vídeo, dados e voz), acionamento e controle de equipamentos, transmissão de dados,
além de alcançar a conectividades entre os periféricos tornado uma alternativa complementar a
conexões convencionais e a interconexão entre dispositivos.
Essa demanda crescente culminou no surgimento de diversos protocolos para
atividades especificas, sendo assim a necessidade de padronização era eminente, em virtude
desse crescimento o IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) que padronizou
todas as redes.
Essa evolução possibilitou o incremento no aumento da velocidade de transmissão que
possibilitou a diversificação em contra mão a todo esse processo evolutivo, havia uma
necessidade de criação de uma infraestrutura mais robusta (softwares e hardwares mais
elaborados) o que demanda em custo mais elevado e inviabilizava a utilização das redes sem
fio em aplicações mais simplórias.
Em virtude disso surgiram diversos protocolos que necessita de baixo consumo
energético, raio de alcance variável entre os seus pontos de acesso (Hot spots) e taxas de
transmissões que também são variáveis.
Essas características proporcionam a uma infraestrutura mais simples e barata, o que
incide diretamente no custo de implementação e no consumo energético. Tornando-o ideal para
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aplicações como as de interconexões entre dispositivos, acionamento e controle de
eletrodomésticos em ambientes industriais.
Essa tendência é apontada por diversos pesquisadores que preveem ainda que, em um
futuro bem próximo, onde quer que um indivíduo esteja, ele estará coberto por uma rede, seja
ela individual, doméstica ou coletiva, com acesso à Internet vinte e quatro horas por dia, sete
dias por semana.
A realidade é que, independente da tecnologia, as redes wireless atuais possibilitam
soluções viáveis para os projetos de redes onde a utilização de cabeamento convencional não é
possível ou economicamente inviável, oferecendo uma melhor relação custo/benefício.
Embora ainda permaneçam algumas dúvidas e discussões sobre a confiabilidade e a
eficiência das redes sem fio no que diz respeito à segurança na transmissão da informação, as
redes wireless atuais oferecem um gerenciamento mais fácil, simplicidade na instalação e
configuração quando comparadas às redes estruturadas. Somado a esse fato, a grande maioria
das tecnologias de redes wireless permite plena conectividade e atende aos padrões e normas
dos organismos internacionais.
TECNOLOGIAS DE REDES SEM FIO
No estuário de Long Island, apoiadas na madeira e do aço e no meio do caminho entre
Brooklyn e Montauk, estava a Wardenclyffe Tower que serviu como peça central de um
laboratório que parecia está desenvolvendo algo que parecia louco.
A missão deste cientista chamado Nikola Tesla, era levar energia elétrica sem fio até
Londres, financiados pelas JP Morgan um dos grandes investidores da Wall Street, como a
relação conflituosa entre investidores e cientistas, não tornaram o laboratório sobre o comando
de Tesla como o berçário onde nasceria as primeiros protocolos de redes sem fio, isso por quê
má decisões e muito azar impediram-no de conseguir realizar o seu grande sonho.(Trajkovic,
2005)
No períodos iniciais a tecnologia sem fio, foi marcado por grandes embates e conflitos
de um lado e do outros exemplos gloriosos de grandes conquistas cientificas, já que seu
desenvolvimento é complexo e estava ligadas ao desenvolvimento das primeiras teorias de
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ondas eletromagnéticas até o surgimento dos primeiros telégrafos que demorou décadas para
ser desenvolvidas.
Para que o grande passo fosse dado para chegar próximo ao que temos hoje demorou
um século, já que o avanço de enviar pequenos sinais sobre as águas foram bem vagarosos.
Depois que se alcançou objetivo e o surgimento para o que viria ser o passo inicial,
deu um passo largo para a inovação, tanto que nos últimos anos cada vez mais soluções se
tornaram possível desde a tecnologia móvel celular até o aparecimento de outros protocolos de
rede sem fio.
Quando as ideias começam a dar certo, surgem com elas outras que são aparentemente
extravagantes, no entanto isso que hoje parece ser incombinável, como foram as redes sem fio
do passado, pode ser o novo norte que se faz necessário para despertar em pesquisadores a
arregaçar as mangas, como: A transmissão da internet através de lasers fixados no espaço e
velocidades cada vez maiores de transmissão com raios de alcance cada vez maiores.
(Trajkovic, 2005)
A princípio eram apenas coadjuvantes as redes cabeadas, com o intuito de promover a
mobilidade, visualização rápida de dados independe da localização do usuário, onde os dados
são transmitidos pelo espaço livre que se constituem de meios naturais para a propagação de
sinais eletromagnéticas, promovendo uma interconexão completa, com uma grande
flexibilidade na localização entre as partes que se comunicam, sendo essa a principal diferença
entre as redes sem fio e as redes convencionais (Silva, 2004)
O processo continuou com o desenvolvimento de novas tecnologias e no aumento da
velocidade de transmissão de dados que contribuiu com a diversificação das possibilidades até
ao desenvolvimento de tecnologias para aplicações mais simples assim como o Bluetooth, com
infraestrutura mais simples e baixo consumo energético o que lhe vocaciona a tal
desinência.(Bluetooth SIG, 2000)
OS PRIMÓRDIOS DOS PROTOCOLOS DE REDE SEM FIO
O trabalho caracteriza-se por uma pesquisa qualitativa, conforme Neves afirmou, que
a “pesquisa qualitativa compreende um conjunto de diferentes técnicas interpretativas que
visam a descrever e a decodificar os componentes de um sistema complexo de significados”,
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quanto à finalidade caracteriza-se por ser uma pesquisa descritiva baseada em estudo de caso,
com coleta de dados.
O estudo foi feito a partir da pesquisa de campo por meio de questionários aplicados
com questões abertas e fechadas, seguindo o modelo sugerido por Marconi e Lakatos. O
questionário aplicado as docentes são compostas por oito questões, e o da coordenadora é
composto de dez questões. Dessa forma, o instrumento de coleta de dados foi entregue as
participantes desta pesquisa, para preservar suas identidades, utilizamos apenas as expressões
professoras e coordenadora. Na análise de dados transcrevemos em forma de citação indireta a
fala das entrevistadas dando mais verdade ao trabalho.
Um dos inventos que encurtaram as distâncias demográficas criadas após o telegrafo
para a comunidade mundial, sem dúvida foram os protocolos de rede sem fio, que hoje está
presente em diversos tipos de aplicações diferentes. (Nazareno, 2006)
Ainda podemos falar que os sinais de fumaça, que Isabel anunciou o nascimento de João
Batista a sua prima Maria, também comum meio de comunicação sem fio com o encurtamento
de distâncias demográficas.
Muitos dirão que os pombos correios foi o ponta pé inicial para o que temos hoje e o
Paul Reuter, deve ser considerado o patriarca do que hoje parece para muitos tão comum e que
o pontapé inicial se deu ainda lá no século XIX. (Blazich, 2019)
Nos anos que se seguiram a tecnologia estava nascendo chamada de telegrafia sem fio,
também chamada de radiotelegrafia, que tem esse nome em virtude da propagação de ondas
eletromagnéticas de rádio tendo o ar como meio de transmissão com os pulsos curtose longos
alternados, também conhecido como Código Morse, onde o receptor capitas para o sinal
codificado e o traduz em texto pelo operador que a recepciona, esse método permitia que longas
distancias fossem encurtadas através dessa aplicação que supria essas necessidades. (Aparecida,
2012)
A origem da tecnologia sem fio como nos conhecemos hoje deu seu ponta pé inicial
em 1865 quando o escocês James Clerk Maxwell publicou um artigo sobre campos magnéticos
chamado “ Uma teoria dinâmica do Campo eletromagnético” que foi o marco zero, onde foral
estabelecidos conceitos básicos, não só para o desdobramentos dos protocolos de hoje, haja
vista também para outros ramos, como a teoria da relatividade do Albert Einstein. (Lima, 2019)
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Os conjuntos de equações apresentados por Maxwell possibilitaram os
desenvolvimento do entendimento da energia elétrica, teorizando em 1873 que as ondas
eletromagnéticas viajam a velocidade dá luz, isso descrito em apenas quatro equações, que hoje
são consideradas pilares para o domínio do campo eletromagnético, unificando as leis de Gauss,
leis de Ampére e a lei de Faraday.(Lima, 2019)
A existência das ondas magnéticas só foram provadas anos depois por Heinrich Hertz
após uma série de experimentos que ocorreram entre 1886 a 1889, o que proporcionou a
construção do primeiros aparelho de rádio do mundo que antes era somente visto como um
transmissor de pontos e traços de uma infrutífera máquina que produzia faíscas.
O fato de gerar centelhas não despertou o interesse do cientista alemão, que não deu a
devida atenção, que apenas considerava um experimento e que segundo ele não conseguia
provar de fato as ondas eletromagnéticas a olho nu, mesmo elas estando lá.
Como nenhum esforço é inútil, os seus ensaios possibilitaram estabelecer a unidade
que foi batizada com o seu nome, como a unidade internacional utilizada para definir a
frequência eletromagnética que passou a se chamar Hertz, os experimentos do cientista foi uma
enxurrada de novas invenções e inovações.(Lima, 2019)
No final do século XIX, surgiram o Guglielmo Marconi, que está empenhado do
desenvolvimento das comunicações utilizando redes sem fio, assim como o Nicola Tesla que
estava focado na promissora transmissão da energia elétrica sem a utilização de fios.
Marconi foi responsável pela construção da primeira estação de raio do mundo e pela
comercialização do primeiro telegrafo do mundo em 1890, durante os anos seguintes, o cientista
alemão Ferdinand Braun, desenvolvia um trabalho usado uma bobina de indução baseado nas
ideias patenteada pelo Tesla, posteriormente Marconi e Braun ganhariam Prêmio Nobel de 1909
pela Telegrafia sem fio.(Lorimer, 2017)
Tesla que notoriamente não teve tanta sorte e se recusou a dividir o Nobel de 1909
com Marconi e Braun, permaneceu cético com a possibilidade de desenvolver uma tecnologia
sem fio viável que substituísse a redes cabeadas de energia elétrica, depois de um momentâneo
fracasso, na produção de um transmissor sem fio de energia elétrica viável no antigo laboratório
em Long Island .
Tesla morreu num quarto de hotel em Nova York em 1943, pobre, depois de lutar na
justiça por 34 anos numa ação movida contra Marconi e Braun, a Suprema Corte dos Estados
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Unidos julgou procedente a sua ação e reconheceu o direito dele sobre a patente do transmissor
e o receptor que ele tinha desenvolvido e que antecedia as invenções de Marconi, assim como
as suas contribuições na invenção da telegrafia e na tecnologia de rádio, sendo essa a mais
importante contribuição e que ainda tem altíssima relevância para as redes sem fio atuais.
Também em 1943 a Galvin Manufacturing Corp (que mais tarde viria a se chamar
Motorola), lançou o Motorola SCR 300, também conhecido como “walkie talkie” ou “fale
andando”, numa tradução literal, sendo este um dispositivo de rádio com 35 kg com um alcance
de 16 a 32 km que era usado como uma mochila e ás vezes era necessário que duas pessoas
para operá-lo.
A frequência modular (FM) já havia sido patenteada na década anterior, o que antecede
o lançamento do Walkie-Talkie e que se tornou mais conhecido do que a Amplitude Modular
(AM), em virtude da possibilidade da transmissão de áudio com uma melhor qualidade.
A Galvin Manufacturing se atentou a possibilidade que um rádio FM, com vias
receptoras e emissora, possibilitaria uma conversação entre as duas pessoas, primeiros
experimentos foram utilizados em táxis, com a utilização de rádios bidirecionais em 1944 e
após a segunda guerra mundial em 1946, quando a Motorola lançou o primeiro telefone para
automóveis e neste mesmo ano a empresa passou a se chamar Motorola Inc. (Sterling, 2009)
A Infraestrutura não tardou para ser desenvolvida e esta tecnologia estivesse
disponível, então a junção entre Bell System e a Western Eletric foi a pioneira na comercializar
o serviço de Radiotelefonia móvel, através de equipamentos VHF( com faixas de frequências
muito altas) e rádios FM, dividindo-se em dois sistemas distintos: um para áreas urbanas e
outros para estradas, os equipamentos necessário era embutido no próprio carro, com a baterias
sob o capô, um transmissor no porta-malas e um fone perto do banco do motorista, logo depois
a Motorola,General Eletrics e outras empresas começaram a construir sistemas semelhantes.
(Sterling, 2009)
Cerca de 50 anos depois passaram se desenvolvido uma grande gama de equipamentos
cada vez menores, tornando a miniaturização uma obsessão e para que os novos dispositivos
pudessem ser facilmente transportados, podendo caber no bolso de um paletó ou numa pequena
bolsa.
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Os primeiros dispositivos pessoais móvel, foram apelidados de “telefones de mala”,
naquela época era considerado um grande passo para o futuro, no final dos anos de 1960 que a
Bell Labs desenvolveu a tecnologia Analógica, Advanced Mobile Phone System ( AMPS), que
foi primordial para o surgimento dos primeiros serviços moveis de telefonia pessoal, sendo os
primeiros telefones rádios são considerados o marco zero ou 0G e a tecnologia AMPS como a
1º Geração da telefonia celular.(AL-SHAHRANI, Abdurrhman; AL-OLYANI, Hammod,
2009).
GRUPOS DE REDE SEM FIO
As redes sem fio (Wireless) são padronizadas segundo o IEEE que regulamentou a
norma 802.11 e as suas versões dividindo em 4 grandes grupos em virtude do seu raio de alcance
(Dynamic Wireless, 2010)
Figura 01: As Categorias de Redes sem Fios
Fonte: http://pt.kioskea.net/contents/wireless/wlintro.php3
WPAN
A PAN, do inglês Personal Area Network, é uma rede (conectada por fios ou wireless)
com tecnologia para interligar aparelhos em uma área pessoal, com um alcance de até 10 metros.
O objetivo principal é proporcionar a comunicação entre um notebook e os outros dispositivos
do usuário (como PDAs, smartphones etc.). (TINEN, 2006)
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O conceito desse tipo de rede foi criado, em um primeiro momento, por Thomas
Zimmerman em conjunto com outros pesquisadores do laboratório de mídia do MIT
(Massachusetts Institute of Technology). Posteriormente, a pesquisa foi apoiada também pela
IBM. (ZIMMERMAN, 1995)
Ela também é chamada de WPAN, nesse caso, para ressaltar a qualidade de ser uma
conexão sem fios (Wireless). Enquanto uma WPAN normalmente utiliza o Bluetooth para o
estabelecimento da rede, uma PAN que utiliza fios para estabelecer a troca de dados o faz por
meio de USB ou FireWire.
Uma PAN ou WPAN funcionam compondo uma rede de dispositivos operando por
meio do tipo de conexão escolhida (Bluetooth, USB etc.). Por meio da configuração dos
aparelhos, eles são capazes de operar em conjunto, formando uma rede e trocando informações
entre si, podendo ser utilizada para ligar determinados dispositivos a uma rede maior ou à
internet. (ZIMMERMAN, 1995)
A diferença básica entre uma PAN e uma LAN doméstica é que a primeira é centrada
em uma pessoa, para a comunicação de um computador com outros dispositivos. Já a LAN é
uma conexão local e o objetivo é que ela possa ser utilizada por vários usuários. (Perreira, 2013)
Wireless Personal Area Network ou simplesmente WPAN são conhecidas como redes
de pequeno alcance já que seu perímetro geográfico é de 10 a 100 metros. Este escopo de rede
gira em torno do indivíduo, mas efetua a comunicação entre dispositivos móveis. Essas redes
são desenvolvidas pelo Grupo 15 do IEEE e destacam-se o Bluetooth (IEEE 802.15.1) o seu
antecessor o Infra Red ou IrDA (IEEE 802.11), ZigBee (802.15.4) e o UWB (IEEE 802.15.3).
(Semprebom, 2010).
WLAN
WLAN ou Wireless Local Area Network é uma rede local ou de alcance limitado de raio
de 100 a 300 metros. Essas redes são comumente usadas em escritórios, shopping centers,
residências e instituições de ensino em como alternativa de acesso à internet ou extensões de
redes convencionais. A principal tecnologia dessa categoria é o Wi-Fi (Wireless Fidelity) que
tem a designação IEEE 802. 11b que opera em 2,4 GHz com taxas de transmissão de até 11
Mbps. (Pinheiro, 2004).
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Tabela 01: Protocolos WLAN e suas técnicas de modulação e frequências de utilização
Fonte: http://www.wi-fi.org/discover-and-learn
Autor: próprio autor
Em virtude da grande utilização das redes locais que estão sendo comumente utilizadas
em aeroportos instituições públicas, Shopping Center, trouxe a diminuição dos custos com a
aquisição dos equipamentos e consequentemente a disseminação de redes particulares muitos
comuns nos dia de hoje, comum não só nos grandes centros urbanos, sendo essa uma alternativa
ou complemento a redes cabeadas.(CNX ANIXIER, 2009)
WMAN
As WMAN ou Wireless Metropolitan Area Network são redes metropolitanas
prioritariamente usadas em redes corporativas que atravessam cidade e até mesmo estados.
Essas redes metropolitanas também são conhecidas pelo nome de Aérea Local Rádio (LBR).
(FERNANDES, 2006)
As WMAN são normatizadas segundo o IEEE 802.16, as redes mais antigas têm taxas
de transferências de 1 a 10 Mbit´s, com alcance de 4 a 10 quilômetros. (O protocolo mais
conhecido é o WiMAX que pode atingir débitos úteis de até 70 Mbit´s), sendo que essa conexão
é utilizada na prática entre os provedores de acesso e seus pontos de distribuição.
(FERNANDES, 2006)
WWAN
Wwan ou Wireless Wide Area Network- é uma Rede de grande abrangência, também
conhecida como Rede continental, já que sua área de cobertura se estende por um país ou até
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mesmo por um continente, sendo os telefones celulares os principais dispositivos utilizados
nesse escopo de rede. (Kioskea, 2009).
Essa rede é muito utilizada em serviços de voz e dados, serviços geralmente de custo
elevado não é pelos custos com a infraestrutura como também na aquisição de frequências para
uso dessas redes, essa modalidade é muito aplicada em serviços de rádio enlace de
telecomunicações e a designação e o padrão IEEE 802.20.(Tinen, 2009)
Figura 02: Características Wwan
Fonte: http://img.auctiva.com/imgdata/1/4/7/0/6/4/webimg/85892463_o.jpg
REDES SEM FIO - BLUETOOTH
Figura 03: Bluetooth
Fonte: http://i.dell.com/images/ap/featured/promos/bluetooth_logo_147x88.gif
Surgia um promissor projeto que atraia a atenção de diversas empresa de tecnologia,
que desejavam usufrui de um sistema de comunicação em redes que não precisassem de cabos
para realizar uma interconexão entre dispositivos, com tal motivação e a gritante necessidade
de mercado foi criada a Bluetooth Special Interest Group, formado por diversas empresas que
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são gigantes no setor de tecnologia em diversas áreas (desenvolvimento de chips e unidades de
processamento, telecomunicações e produção de computadores), que entendia que a
necessidade e o valor do que viria ser aperfeiçoado. (Bluetooth SIG, 2000).
As empresas Intel, IBM, Toshiba e Nokia, estão entre as empresas que integram o
Bluetooth SIG, influenciando o processo de aperfeiçoamento da tecnologia que nascia,
permitiu-se a interoperabilidade eu uso dela nos mais variados tipos de aparelhos, não
restringindo o uso a dispositivos moveis celulares, essas empresas se uniram a Ericsson para
desenvolver o padrão que seria batizado com o nome de Bluetooth e um ano depois se
integraram ao Grupo 3Com, Lucent Technologies, Microsoft e Motorola com o propósito de
maior penetração do protocolo no mercado. (Bluetooth SIG, 2000).
Este novo protocolo de rádio, que surgia foi baseado em salto de frequência de curto
alcance de 10 a 100 metros que é visa complementar ou substituir às redes convencionais
cabeadas. Esse protocolo surgiu em 1994 após a Ericsson identificar uma deficiência do
mercado de uma tecnologia sem fio com baixo consumo energético para interconexão entre
dispositivos (fones de ouvidos, aparelhos celulares, impressoras, autorrádios etc.)
O Bluetooth Special Interest Group traduziu-se numa organização privada e sem fins
lucrativos. Ela não fabrica e nem vende produtos com a tecnologia Bluetooth, apenas trabalha
continuamente no desenvolvimento da tecnologia de redes sem a utilização de fios para
implementação desta nos produtos fabricados pelos membros do grupo. As principais tarefas
do SIG são proteger a marca Bluetooth, publicar especificações, administrar a qualificação do
programa e espalhar a ideia da tecnologia de comunicação sem fios. (Bluetooth SIG, 2000)
O protocolo tem esse nome por se tratar de uma homenagem ao 1º rei Cristão da
Dinamarca o rei Harald Bluetooth, principal responsável pela união dos povos então inimigos
da região onde hoje se situam Noruega, Suécia e Dinamarca. A tradução do nome Blatand para
o inglês é Bluetooth. Como o propósito da tecnologia é promover a colaboração entre diferentes
setores industriais, tais como computação, telefonia móvel e mercado automotivo, similar aos
feitos do monarca, seu nome pareceu apropriado para a nova tecnologia. Seu logotipo também
é em homenagem a Harald Blatand.
A união das runas nórdicas (Hagall) e (Berkanan), equivalentes a H e B respectivamente,
formam seu logotipo. (Alecrim, 2009)
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A primeira versão a 1.0 foi de 1999 e hoje se encontra na versão 2.0.[38]. Essa
homenagem se dê ao fato de o rei conseguir comandar os reinos do Noruega e da Dinamarca à
distância, em 2016 foi lançada a mais nova atualização chamada de 5.0 com aperfeiçoamento
não só das velocidades de upload e download, como o raio de alcance que chegou aos 40 m.
(Alecrim, 2009)
ZIGBEE
Figura 04: ZigBee
Fonte: http://www.vivasemfio.com/blog_images/zigbee_01.gif
No sentido de preencher um as necessidades crescentes da “sociedade da informação”,
com a revolução das comunicações tem sofrido nos últimos anos de uma forma muito intensa,
dentro do contexto dos protocolos de redes sem fio, existem múltiplas alternativas, cada uma
dentro de umas determinadas aplicações.
No dia 27 de Julho de 2005, foi apresentado ao mundo o Zigbee, tendo como entidade
responsável por este protocolo é a ZigbeeTM Alliance que é formada por 200 empresas de mais
de 20 países, que são formadas por especialistas em telecomunicações como: Motorola, Philips,
Bosh, Analog Device, Freescale e Siemens, assim como especialistas em semicondutores e
membros do IEEE, com o objetivo de pesquisa e de novos negócios, o protocolo é definido
como padrão IEEE 802.15.4.(Saleiro, 2008)
O nome ZigBee vem da analogia feita ao trabalho e a forma que as abelhas se deslocam,
sua trajetória de voo em zig-zag e a sua comunicação na de busca do néctar entre as moradoras
de uma mesma colmeia ou não. (GISLASON, 2007)
Anteriormente à adopção da nomenclatura ZigBee e da constituição da ZigBeeTM
Alliance, a responsável por esta tecnologia era a empresa Philips, sendo nessa época designado
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por protocolo Home RF Lite. Apesar de atualmente admitir distintas topologias, foi através da
topologia em malha que se lhe associou o nome.
Uma malha ZigBee apresenta múltiplos percursos possíveis entre cada dispositivo, o
que permite eliminar um possível ponto de falha, através do “zig” e “zag” da informação pela
rede. As abelhas de mel, para além de viverem “em colmeia”, voam em ziguezague e dessa
forma lhe é possível informar os restantes elementos da sua comunidade da distância, direção
e localização dos alimentos descobertos. Assim, o nome deste protocolo surge da analogia da
estrutura e modo de funcionamento da rede de comunicações para com modo de vida das
abelhas. (GISLASON, 2007)
Até o surgimento do Zigbee não existia nenhuma norma de redes sem fios em âmbito
de sensores e dispositivos de controle, que surgia como uma opção mais barata do que os seus
concorrentes Bluetooth e Wi-Fi, não só do ponto de vista financeiro, como do ponto de vista
energético com uma elevada confiabilidade.(DA SILVA, 2009)
WI-FI
Figura 05: Wi-Fi
Fonte:http://www.unifai.edu.br/upload/Noticia/%7B39EA2CCA-16BB-4728-9E9C-
F4E7DB948870%7D_wifi1.jpg
Na década de 1990, os engenheiros tiveram a percepção, que existia uma lacuna muito
grande do mercado que tinha uma eminente necessidade de desenvolver uma tecnologia não
serviria apenas para conectar pessoas de lugares longínquo diminuindo as distâncias
geográficas, utilizando as bandas de espectros disponíveis através de um meio físico que outrora
não era explorado para enviar quantidades de dados pelo ar.
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A grande mudança que ocorreu foi o fim da necessidade de não ficar os antigos redes
convencionais, para se conectar à internet, desde 1988 visionários perceberam que a decisão da
FCC se tornou possível para criar um padrão para serviços de internet sem fio.
O novo padrão foi nomeado pelo IEEE como 802.11, também foi estabelecido em 1997
uma estrutura básica, para a então rede apelidado de Fidelidade sem fio, passando a se chamar
posteriormente de Wi-Fi, o seu nome é oriundo de uma abreviação do termo em inglês "Wireless
Fidelity" que é muito confundido como um termo genérico a todas as redes sem fio e a entidade
responsável pelo desenvolvimento da tecnologia Wi-Fi Alliance não reconhece tal alusão
descabida. (Wi-Fi Alliance, 2009)
A Wi-Fi Alliance é uma composição formada por: 3Com, Nokia, Lucent Technologies
(atualmente Alcatel-Lucent) e Symbol Technologies (adquirida pela Motorola) que nasceu em
1999 com o nome de Weca e 4 anos depois passou a ter o nome que conhecemos hoje.
O Wi-Fi possui três versões que diferenciam umas das outras nos quesitos faixa de
operação e velocidade de transmissão. Aplicações principais: Redes locais internas de
escritórios, shopping centers e residências, substituindo ou complementando redes que utilizam
cabos coaxiais públicas ou privadas. (ALECRIM, 2008).
RFID
Com base nas teorias de Michael Faray e de James Clerk Maxwell ambos físicos
contemporâneos do século XIX, foram fundamentais para o desenvolvimento do RFID,
conseguiram encontrar fórmulas que descrevem bem o comportamento das ondas
eletromagnéticas, buscando ampliar a aplicação das recém criadas na época leis de
comunicação por rádio e radar.
Nicola Tesla conseguiu realizar a primeira transmissão de potência elétrica sem fio na
época possuía um grande suporte financeiro de um patrocinador e por isso realizou diversos
experimentos visando o envio de energia elétrica utilizando o ar como meio físico de
transmissão ,neste mesmo período Heirinch Hertz demostrou a propagação das ondas
eletromagnéticas e a sua possível detecção, numa época que os geradores eram capazes de criar
ondas de curtas que eram suficientes para criar experimentos com os conhecimentos que já
possuíam nesse período.
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Os primeiros dispositivos com funções análogas aos que temos hoje no RFID, foram
utilizados durante a Segunda Guerra Mundial, tanto os aliados como os países do eixo
utilizavam radar, que havia sido inventado em 1935 por Robert Alexander Watson-Watt para
detectar a aproximação de aviões, no entanto havia um problema a ser resolvido, não se
distinguia quem era aliado ou inimigo.(Manish e Shahram, 2005)
Os alemães encontraram uma solução, pensaram em movimentar as aeronaves de forma
que o sinal refletido chegasse de uma forma diferente do convencional, os britânicos
desenvolveram um sistema de identificação conhecido como IFF (identify friend or foe),
disponível em cada aeronave um transmissor, que ao receber um sinal do radar, enviava outro
sinal identificando-o como aliado.(Glover e Bhatt, 2006).
Duas décadas depois seguintes houve começaram as pesquisas demostrando que a
frequência de rádio poderia identificar de forma remota um objetivo, ainda que existisse
algumas limitações já era um avanço, no entanto adoção em larga escala os altos custos de
aquisição, falta de padronização e regulamentação para utilização das etiquetas inteligentes. A
partir de 1980, especialmente por investimento do governo americano, esse tipo de dispositivo
ganhou algumas novas aplicações.
Nos primórdios dos anos 1990, a IBM desenvolveu um sistema de RFID utilizando UHF
(Ultra High Frequency), que oferecia maior raio de alcance, maior velocidade em troca de
dados, tecnologia carecia de padrões abertos e internacionais para que fosse possibilitado o seu
desenvolvimento. (Dobkin, 2008).
A Organização Internacional de Padrões(ISO),iniciaram o processo de padronização do
RFID, mais tarde em 1999 com a fundação do MIT(Massachussets Institute of Technology) e
o apoio da Procter & Gamble e da Gillette, o Auto-ID Center (Centro de Identificação
Automática),chegaram ao padrão que nós temos hoje, sendo considerada a tecnologia que
substitui a código de barras devido a quantidade de informações que podem ser armazenadas.
Nos dias de hoje, os desafios que precisam ser superados são: Ampliação do uso de
sistemas RFID UHF são a alta absorção de ondas nessa frequência por líquidos e seu
comportamento altamente refletivo em metais, aliada a impossibilidade de ultrapassar barreiras
físicas. (Manish e Shahram, 2005).
UWB
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A tecnologia UWB ou Ultra Wide Band, funciona na faixa de 3,1 GHz a 10,6 GHz para
aplicação em redes de computadores que primeiramente desenvolvido para aplicações militares,
com o alto nível de segurança e confiabilidade como os radares em 1960, com uma pequena
interrupção, retornando apenas logo após a tese do Dr. Gerald F. Ross sobre o eletromagnetismo
no domínio do tempo ter sido lançada.
Logo após a patente ter sido publica, fruto de 10 anos de estudo o protocolo UWB, teve
a sua primeira demonstração ao grande público, o padrão de transmissão sem fio UWB utiliza
sinais de rádio de baixa energia na forma de pulsos curtos.
Com a geração de milhões de pulsos por segundo, o UWB pode transmitir grandes
quantidades de dados por segundo, que por possuir essa característica, suporta melhor as
aplicações que necessitam ao máximo de grandes larguras de banda, como por exemplo,
transmissões de vídeo via streaming. Comparado às demais tecnologias wireless, o UWB pode
transmitir dados a mais de 100 Mbps, enquanto a máxima velocidade da tecnologia 802.11 é de
11 Mbps por segundo ou 1 Mbps para o Bluetooth. (Goldman, 2004)
Em 1994, foram desenvolvidos os primeiros aplicativos de comunicação que suportados
pela UWB, quase uma década depois, mais especificamente em 2002 a Federal
Communications Commission (FCC), divulgou o relatório de aceitação do UWB.
A ideia original era utilizá-lo como meio de transmissão de dados em alta velocidade
para estabelecer interconexões entre dispositivos eletrônicos domésticos com computadores,
periféricos e dispositivos móveis sem interferências na transmissão com celulares ou TVs.
Essa tecnologia representa a comunicação do futuro da demótica, além de ser usada no
desenvolvimento de novos produtos que necessitam de cada vez mais de banda larga.
(Goldman, 2004)
REDES DE TELEFONIA MÓVEL
A Telefonia móvel portátil, tem o seu início comercial histórico mundial em 1973,
devido a sua primeira chamada entre um telefone móvel para um telefone fixo, desmitificando
as teorias contrarias que comprovaram em abril em 1973 que a tecnologia funcionava
perfeitamente.
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Figura 06: Evolução da tecnologia celular
Fonte: Silva, 2010
A primeira rede móvel foi projetada em 1947 de forma correta, através da Bell Labs que
introduziu primeiramente nos veículos da Polícia de Nova York, sendo um período não muito
conhecido da história da telefonia, sendo a Motorola a primeira a criar um dispositivo móvel
desenvolvido para ser utilizado forma do automóvel.(Sterling, 2009)
Em 1977 foram dados os inícios dos testes de campo, num modelo tecnológico que
pudesse atuar dentro de uma área limitada, denominada de célula de comunicação, onde o
dispositivo desloca-se entre as células havendo uma comunicação entre as células, permitindo
que estes fossem atendidos em diversas áreas da região demográfica.
Como a finalidade de alcançar uma grande área de cobertura através de um transmissor
de alta potência, utilizando as técnicas de acesso de Acesso Múltiplo de Divisor de Frequência
(FDMA), onde cada usuário era alocado em frequências distintas, com uma área de cobertura
muito boa com a limitação de número de usuários por celular.
Com uma baixa capacidade de alocar dispositivos por células, o sistema móvel da Bell
em Nova York, numa área com dois mil quintetos e oitenta quilômetros quadrados, só suportava
12 ligações simultâneas.
Com essas limitações, as agências governamentais de regulamentação, não conseguiam
atender à crescente demanda, pois não tinha condições de alocar mais espectros, ficando
evidente a necessidade de restruturação do sistema de telefonia por rádio para que se obtivesse
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uma maior capacidade, ainda que existissem poucos espectros disponíveis para que esse sistema
operasse. (AL-SHAHRANI, Abdurrhman; AL-OLYANI, Hammod, 2009).
Tal necessidade serviu mais uma vez como mola propulsora para essa solução, desse
problema que existia até então, por esse motivo em 22 de junho de 1981 a FCC, que é um órgão
regulamentador estadunidense de telecomunicações definiram o sistema telefonia móvel
celular.
Como um sistema móvel terrestre de alta capacidade, no qual as faixas de frequência de
operação em disponibilidade são divididas em canais reservados, em grupos ou em células que
tem uma determinada abrangência geográfica de serviço, podendo ter suas faixas de frequência
podem ser reutilizados em diferentes áreas de serviço. (RODRIGUES, 2000).
PRIMEIRA GERAÇÃO
Com o advento dos microprocessadores e a ascensão da telefonia móvel de celular nas
décadas de 1970 e 1980, a primeira geração da comunicação celular eram essencialmente
analógicos e utilizavam a tecnologia FDMA para a comunicação e projetado apenas para
trafego de voz, cujo os primeiros sistemas: Nordic Mobile Telecomunications
(NMT),Advanced Mobile Phone Service (AMPS),Total Access Comunications System
(TACS),Extended Total Access Comunications System (ETACS), C450 e o Radicom
2000.(AL-SHAHRANI, Abdurrhman; AL-OLYANI, Hammod, 2009).
Segundo AL-SHAHRANI e AL-OLYANI (2009), o NMT foi o primeiro sistema celular
analógico, que teve as suas operações na Escandinávia em 1979 com uma banda de frequência
de 450 MHz e posteriormente batizado de NMT 450.
O sistema em um curto espaço de tempo, necessitou de mais capacidade de banda
passando a operar em 900 MHz e foi rebatizado de NMT900. Quando o AMPS foi lançado nos
EUA em 1978 pelo laboratórios Bell, só passou a ter uma operação comercial em 1983 na
cidade de Chicago, em 1982 começaram as operações no Reino Unido através da TACS
operando na banda de 450 MHz e posteriormente a Radicom 2000, numa frequência de 200
MHz passou a operar na Alemanha e na França em 1985.(AL-SHAHRANI, Abdurrhman; AL-
OLYANI, Hammod, 2009).
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SEGUNDA GERAÇÃO
A padronização da telefonia celular europeu, devido a demanda crescente do serviço
móvel, foi necessário o desenvolvimento de sistemas que utilizam tecnologia digital, sendo a
2º geração começaram a ser comercializados no início da década de 1990 impulsionado pela
necessidade da inovação e pelo advento tecnológicos de circuitos integrados permitiam a efetiva
utilização de sistemas de transmissão digital.
As novas técnicas de codificação digital de voz, maior eficiência do espectro disponível,
melhor qualidade nas ligações, tráfegos de dados na rede e a criptografia da informação,
possibilitaram com uma maior capacidade tecnológica em vantagem sobre a antiga tecnologia
analógica.
Com esse avanço tecnológico, tiveram como resultado novos protocolos de telefonia
móvel como: GSM, CT-2 e DECT na Europa, o TDMA, também conhecido como IS-54 e IS-
136), (CDMA IS-95) nos EUA e o PDC no Japão. (CASTRO, 2009).
GERAÇÃO 2.5
Da 2º para geração 2.5 a evolução se deu pelo incremento serviços que utilizavam a
internet móvel ainda que tímida, considerado o degrau de transição entre a 2º e a 3º geração,
definido pela mídia especializada e não pelo UIT União Internacional de Telecomunicações.
Esse termo foi criado para introduzir para o grande público a utilização dos serviços de
streaming, com uma velocidade superior ao que vinha sendo oferecido na tecnologia 2G, como
as tecnologias EDGE no padrão GSM e 1xRTT no padrão CDMA. (Mishra, 2004)
TERCEIRA GERAÇÃO
A 3º geração foi marcada por duas vertentes: Criação de um Padrão Mundial enquanto,
uma outra defendia a evolução das redes e sistemas, ambas as vertentes possibilitarem a
economia de fabricação em escala dos componentes do sistema.
A segunda ganhou mais força, permitida por grandes investimentos já realizados pelas
operadoras, na implantação das redes e pelos fabricantes em processo de fabricação e
desenvolvimentos de novos produtos tivessem seus direitos protegidos. (3G Americas, 2010)
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Em comparação com as gerações que lhe antecedem foi possível introduzir aos serviços
de comunicação uma banda larga com altas taxas de Download e Upload imunes a
interferências, sendo os novos padrões desenvolvidos foram:
• UMTS: Padrão 3G que estabeleceu como a evolução para as operadoras que adotaram
a GSM e que utiliza como interface de rádio o WCDMA ou EDGE. Com taxas de
transmissão que vão de 144 kbps a 2 Mbps que variam de acordo com ambiente de
transmissão e a mobilidade do usuário, possibilitaram a inserção de novos serviços
como: streaming, transferência de grandes arquivos e videoconferências para uma
grande variedade de aparelhos como telefones celulares, PDAs e laptops. Sendo
possível graça a uma grande banda larga disponível.
• CDMA 1xEV-DO: É o padrão adotado pela tecnologia CDMA, utilizava frequências
distintas para dados e voz, mantendo a portadora para o upload da geração anterior
CMDA2000, no download utiliza a mesma do TDMA operando em 800 e 1900 Mhz.
(3G Americas, 2010).
GERAÇÃO 3.5
HSPA, HSPDA e HSUPA: Com um mercado cada vez mais competitivo, atualizações
são necessárias, quando em 2006 surgiram atualizações da rede 3G que teoricamente
estabeleciam velocidades teoricamente possíveis na casa dos 42, 3 Mbps, só que na prática
ficaram imitado aos 5 até 30 Mbps.
HSPA: é o resultado da utilização de dois protocolos de telefonia móvel, o High Speed
Downlink Packet Access (HSDPA) e do High Speed Uplink Packet Access (HSUPA). Ele
amplia e melhora o desempenho dos protocolos WCDMA existentes com taxa de dados que
podem chegar até 14 Mbps no downlink e 5.8 Mbps no uplink. (Alecrim, 2008).
QUARTA GERAÇÃO
Segundo Platão é a necessidade que é a mãe de toda invenção, menos de 10 anos após
implementação das redes 3G, a indústria anunciou o surgimento de um novo protocolo sendo
prontamente homologado pela 3GPP(Generation Partnership Project),ocupando faixas de
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frequência que variam entre 1800 Mhz até 2500 Mhz, logo após o fim da TV analógica passou
a operar também na faixa dos 700 Mhz.
Teoricamente as redes 4G, promete operando nessas frequências velocidades de até 100
Mb/s de Download e 50 Mb/s de upload, comparando com outras tecnologias baseadas no IP
como o WiMax com as velocidades beirando 1Gb/s. (Campos, 2012)
A tecnologia foi desenvolvida para obter pico de velocidade altíssimo, com a máxima
qualidade, levando em consideração a infraestrutura com um baixo custo em consideração a
geração anterior, permitindo também a mobilidade que permite operar desde 1,4 MHz até 20
MHz, com frequências 450 MHz, 700 MHz, 800 MHz, 1800 MHz, 2100 MHz, 2600 MHz
dentre outras.
Além dessa faixa herdada da TV analógica, a faixa de 1700 e 1800 também em outra
hora eram utilizadas por outros equipamentos, passou a ser utilizada por esse nicho tecnológico
também, atingindo velocidade de cerca de 20 MB, podendo chegar até ter picos de 300 MB.
(Teixeira, 2015)
GERAÇÃO 4.5
Como a busca da melhoria contínua, sendo está projetada para ser provedora de serviço
baseado em dados, com isso a necessidade da percepção do usuário de uma resposta mais rápida
para uma nova experiência pessoal, foi lançado o LTE, sendo padronizada pela 3GPP.
Com uma redundância aprimorada e permissão para conexões com outros serviços,
através do número de elementos de rede, indo na contramão do HSPA, que era uma atualização
da arquitetura UMTS, o 3GPP especificou o LTE como uma nova estrutura baseada na
comutação de pacotes de dados.
O LTE tem como objetivo principal para minimizar a complexidade do sistema e dos
dispositivos dos usuários, possibilitando uma flexibilidade do espectro através de novas
frequências, permitindo a coexistência com outras redes de outras gerações, já implantadas tipas
GSM e o WCDMA oferecendo velocidades de download e upload muito mais altas. (
DAHLMAN, 2011)
QUINTA GERAÇÃO
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Em 2008 foi criado um grupo de cooperação para desenvolvimento da chamada 5G ou
da Quinta Geração de internet móvel ou Quinta Geração de sistema sem fio, dado o ponto de
partida dos estudos do para substituir as redes 4G, num prazo pré-estabelecido em 10 anos.
A Universidade de Surrey fez um aporte de 18,6 milhões de dólares, para implantação
de um novo centro de pesquisa para um desenvolvimento da rede 5G em outubro de 2012 neste
mesmo ano, no mês de novembro a União Europeia criou o maior consórcio europeu na
pesquisa rumo ao 5G chamado de METIS, com os objetivos: De desenvolver um conceito para
um sistema de comunicação móveis e o futuro do sistema de comunicação móvel no continente.
(Osseiran,2016)
O Grupo de Trabalho 5D (WP 5D) começou Fevereiro de 2013, iniciou um estudo sobre
sistemas de telefonia móvel e as tendências tecnológicas para 2020 e mais a frente, com um
objetivo de ter uma melhor compreensão dos aspectos técnicos de comunicação móveis para
definir os próximos passos para quinta geração e a tecnologia que irá sucedê-lo mais à frente.
A Samsung Eletronics anunciou que desenvolveram o primeiro sistema 5G do mundo
em maio de 2013, neste mesmo ano um acordo conjunto entre a Índia e Israel é assinado para
o desenvolvimento da quinta geração de telecomunicações, neste mesmo ano no mês de outubro
a Nippon Telegraph Telephone – NTT lança a primeira rede 5G no mundo no Japão.
Em novembro de 2013, a Huawei investiu cerca de US$ 600 milhões para
desenvolvimento e pesquisa de uma rede 100 vezes mais rápida do que as redes LTE’s já
comercializadas mundo afora. (Osseiran, 2016)
Em fevereiro de 2015 o centro de inovação da Universidade de Surrey em no Reino
Unido, conseguiu enviar dados a velocidade de 1 Terabit por segundo, os pesquisadores
conseguiram uma taxa de transmissão 65 mil vezes acima da média dos downloads das redes
4G já comercializadas.
Em 2008 a “5G mobile communication systems based on beam-division multiple access
and relays with group cooperation”, foi criada na Coreia do sul, na Europa uma comissão
europeia Neelie Kroes recebeu investimento na ordem de € 50 milhões para pesquisas para
desenvolvimento e implantação de uma rede 5G até 2020.
O projeto METIS 2020 foi incentivado por várias empresas de telecomunicação e por
um fabricante de automóveis, para criar um padrão que fosse consenso no mundo todo, além
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disso ainda em 2013 foi iniciado um novo projeto chamado 5Green, com o foco em uma rede
5 G sustentável com um conceito ecológico.(Osseiran, 2016)
A empresa Artemis pCell Technology,anunciou em fevereiro de 2014 no seu canal do
Youtube, que a sua rede era compatível com o dispositivo 4G LTE, tais como chaves de
hardware compatíveis com o Iphone e LT, para cada célula pessoal sintetizada, um pcell, em
torno de cada antena, com a capacidade dada ao seu espectro 1000 mx maior do que a rede 4G
mais atualizada da Europa naquela época.
Com rendimentos melhores essa tecnologia possibilitava o uso dessas tecnologias
próximos a mesma antena ou num comboio ou até em locais com alta densidade de pessoas
como num estádio de futebol, muito diferente do que ocorre nas versões atuais e a
disponibilidade do sinal.
Com a miniaturização das antenas, custos mais acessível, facilidade na instalação
servem como vantagem para as empresas que desejam implantá-las em seus sites, comparado
com os antigos equipamentos 3G e 4G equipamentos que tem a máxima eficiência de
capacidade de recepção de sinal em condições adversas em áreas com grandes densidades
demográficas.(Osseiran, 2016)
O 5G oferece suporte para a WWWW (Wireless World Wide Web),atrelado a essa
altíssima velocidade, oferecimento de serviços de Jornais Multimídia devido a possibilidade de
transmissão de dados mais forte, devido a diminuição da latência da rede, que permite uma
maior eficácia, outro ganho consubstancial foi o suporte multimídia interativa, voz, streaming
de vídeo e serviços de internet, que abre a possibilidade da criação de cidades inteligentes e o
desenvolvimento de veículos autônomos. (WALL, 2016)
As metas para o futuro 5G incluem velocidades significativamente mais rápidas
(um mínimo de 1 Gbps e talvez até 10 Gbps), além de menores requisitos de energia para melhor
suportar grandes números de novos dispositivos da Internet das Coisas (IoT). Ela terá recursos
para fornecer conectividade de vários dispositivos, velocidades de dados mais altas, para citar
apenas algumas. (WALL, 2016).
CONSIDERAÇÕES FINAIS
Quando as primeiras teorias surgiram na década de 40 do século XX, não se imaginava
que 80 anos depois tantos desdobramentos fossem possíveis numa tecnologia que era inviável
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ser desenvolvida no século passado, tornou rumos talvez não planejados, como por exemplo o
surgimento de inúmeros protocolos de redes sem fio e as quantidade infinitas aplicações que
utilizam essa tecnologia.
Condicionadas como redes complementares as redes cabeadas, devido as suas
limitações geográficas, as redes sem fio se tornaram diversificadas, assim como tornaram
possíveis a interconexão entre diversos dispositivos sejam ele transmissores de voz, dados ou
vídeo o que o não limita a uma conexão para transmissão de arquivos.
Considera-se como um grande avanço tecnológico, hoje com um custo acessível, com
baixo consumo energético, com inúmeras possibilidades ainda a serem exploradas.
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