O avanço tecnológico está transformando as cidades em ambientes mais eficientes, sustentáveis e interconectados, dando origem ao conceito de "cidades inteligentes" ou "smart cities". Nesse contexto, as redes desempenham um papel crucial, permitindo a interconexão e comunicação eficaz entre os diversos dispositivos e sistemas que constituem uma cidade inteligente. O artigo "Networking architectures and protocols for smart city systems" aborda de maneira abrangente as arquiteturas e protocolos de rede específicos para esse cenário, fornecendo insights valiosos sobre as tecnologias empregadas e a importância de protocolos de comunicação eficientes. O objetivo deste estudo é aprofundar o entendimento sobre as arquiteturas de rede e os protocolos necessários para a implementação bem-sucedida de sistemas de cidades inteligentes. Para alcançar esse objetivo, o artigo discute as seguintes questões: quais são os requisitos de comunicação das aplicações em cidades inteligentes? Quais protocolos de rede são mais adequados para suportar esses requisitos? Como as diferentes arquiteturas de rede podem ser aplicadas a sistemas de cidades inteligentes?
Ao responder o primeiro questionamento o estudo aponta as aplicações em cidades inteligentes têm vários requisitos de comunicação, incluindo largura de banda, tolerância a atrasos, consumo de energia, confiabilidade, segurança, suporte a redes heterogêneas, tipo de rede e suporte à mobilidade.
Esses requisitos variam dependendo da aplicação específica. Por exemplo, aplicações com comunicação de curto alcance, como edifícios inteligentes e redes de água inteligentes, geralmente têm requisitos de largura de banda mais baixos, menor consumo de energia e menor tolerância a atrasos. Aplicações que exigem comunicação de longo alcance, como transporte inteligente e controle de fabricação, geralmente têm requisitos de largura de banda mais altos e maior tolerância a atrasos. Além disso, algumas aplicações envolvem operação autônoma de veículos não tripulados usando sistemas CPS, que fornecem redes que conectam os payloads nos veículos não tripulados, como sensores, atuadores, câmeras, armazenamento, dispositivos de comunicação e microcontroladores. Outras aplicações incluem automação, controle, monitoramento e aprimoramento de processos de fabricação, bem como monitoramento e controle de oleodutos e gasodutos. O menciona que diferentes protocolos de rede podem ser usados para atender a esses requisitos de comunicação, dependendo das características específicas de cada aplicação.
Ainda o estudo aponta vários protocolos de rede podem ser usados para suportar os requisitos de diferentes aplicações de cidades inteligentes. Esses protocolos incluem IEEE 802.15.4 (Zigbee), IEEE 802.15.1 (Bluetooth), IEEE 802.11a, IEEE 802.11b, IEEE 802.11g, IEEE 802.11n, IEEE 802.16 (WiMAX), Cellular 3G, Cellular 4G/LTE e Satellite. Diferentes protocolos são adequados para diferentes aplicações de cidades inteligentes, dependendo de suas características de comunicação e requisitos. Por exemplo, aplicações com comunicação de curto alcance, como edifícios inteligentes e redes de água inteligentes, podem usar protocolos da classe de rede de área pessoal (PAN), como IEEE 802.15.4 (Zigbee) e 801.15.1 (Bluetooth). Aplicações que exigem comunicação de longo alcance, como transporte inteligente e controle de fabricação, usam protocolos da classe de rede de área local (LAN), como IEEE 802.11 (WiFi). Aplicações que exigem comunicação de longo alcance, como UAVs e smart grid, podem usar protocolos que estão na classe de rede de área ampla (WAN), como IEEE 802.16 (WiMAX), celular e satélite.
Além disso, diferentes arquiteturas de rede podem ser aplicadas a sistemas de cidades inteligentes para fornecer comunicação eficiente entre os diferentes componentes envolvidos em várias aplicações de cidades inteligentes. As arquiteturas de rede podem ser divididas em três camadas: a camada de sensores, a camada de rede e a camada de aplicação. A camada de sensores é responsável por coletar dados de sensores e dispositivos de entrada, enquanto a camada de rede é responsável por transmitir esses dados para a camada de aplicação. A camada de aplicação é responsável por processar e analisar os dados coletados e fornecer informações úteis para os usuários finais. Entretanto, o trabalho traz algumas tecnologias envolvidas como:
Sistemas Ciber-Físicos (CPS): CPS unem computação, comunicação e controle para criar sistemas integrados em tempo real que monitoram e controlam objetos físicos. Em cidades inteligentes, desempenham um papel fundamental no controle de tráfego, gerenciamento de energia e outras aplicações.
Internet das Coisas (IoT): A IoT implica a conexão de dispositivos e objetos físicos à internet, possibilitando a coleta e compartilhamento de dados em tempo real. Em cidades inteligentes, sensores IoT são amplamente utilizados para monitorar o ambiente, a segurança e otimizar a gestão de resíduos.
Redes de Sensores sem Fio (WSNs): WSNs consistem em redes de dispositivos sensores sem fio que coletam dados de sensores distribuídos. Essas redes são aplicadas em cenários como monitoramento da qualidade do ar, medição de recursos hídricos e controle de sistemas de iluminação pública.
Computação em Nuvem: A computação em nuvem fornece capacidade de processamento e armazenamento escalável para aplicações nas cidades inteligentes. É utilizada para analisar grandes volumes de dados coletados por sensores e dispositivos.
Veículos Aéreos Não Tripulados (UAVs): Os UAVs desempenham funções essenciais em vigilância, monitoramento do tráfego, entregas e até mesmo em ações de segurança nas cidades inteligentes.
Essas tecnologias trabalham em conjunto para estabelecer uma infraestrutura nas cidades inteligentes, visando aprimorar a qualidade de vida, preservar recursos e otimizar as operações urbanas. Elas desempenham um papel vital na coleta de dados em tempo real, na análise dessas informações e no suporte à tomada de decisões embasadas em benefício dos cidadãos e do meio ambiente urbano. O artigo ressalta a importância das redes de comunicação eficientes para o sucesso das cidades inteligentes e a necessidade contínua de pesquisa e desenvolvimento na área. As cidades inteligentes são um campo em crescimento, e as soluções de rede desempenham um papel fundamental na garantia da conectividade, segurança e eficiência dos sistemas. Portanto, este artigo fornece uma sólida base de conhecimento para pesquisadores, profissionais e tomadores de decisão envolvidos na construção e aprimoramento de cidades inteligentes.
Por Anderson Ferreira
Fonte:
JAWHAR, Imad; MOHAMED, Nader; AL-JAROODI, Jameela. Networking architectures and protocols for smart city systems. Journal of internet services and applications, v. 9, n. 1, 2018. Disponível em: .
