O papel da fibra óptica na arquitetura 5G

Simone Rodrigues, Editora da Infra News Telecom

  Passada a euforia do leilão do 5G, as operadoras de telecom agora correm para preparar a infraestrutura de rede. Nessa jornada, a fibra óptica será protagonista, de acordo com Hermano Albuquerque, diretor geral LATAM para o Grupo Halo/Skylane.

  “O padrão 5G apresenta uma nova arquitetura radicalmente dependente de uma infraestrutura de fibra óptica de altíssima capacidade, pois a qualidade oferecida pela fibra será necessária em áreas mais próximas do usuário”. É o que diz o executivo num artigo publicado nesta edição da Revista Digital Infra News Telecom.

  O sucesso do 5G ainda está atrelado a tecnologias inovadoras de transporte (mdhaul, backhaul e fronthaul) capazes de oferecer alto throughput,  baixíssima latência e confiabilidade.

  No artigo desta edição, Albuquerque explica que a tecnologia introduz o conceito de virtualização e desagregação das funções atribuídas às unidades de banda base e unidades de rádio remoto, distribuindo-as em múltiplos elementos de rede como unidade central, unidade de distribuição e unidade de rádio.  “A distribuição destes recursos na planta externa resulta em uma nova arquitetura 5G que chamamos de “x-Haul” com possíveis rupturas de mercado e novas oportunidades para provedores de serviços de backhaul.”

  O potencial de negócios com o 5G é enorme em todo o mundo. De acordo com um relatório da Future Market Insights, o mercado global de tecnologia 5G alcançará a marca de US$ 9,6 bilhões em 2022 e esse volume deve atingir US$ 248,4 bilhões até 2028. A FMI segmentou o setor com base em tecnologia, aplicação, vertical e regiões.  O estudo ainda indica que os investimentos em infraestrutura será prioridade máxima de qualquer país e as operadoras de telecom do todo o mundo já começaram a atualizar suas redes para oferecer serviços 5G.

  No Brasil, a telefonia móvel segue em expansão. Segundo dados da Anatel, o setor cresceu 0,71% em março último, em comparação a fevereiro último, com adição de 1,82 milhão de usuários. No trimestre, o aumento foi de 1,02%. Como resultado, o país alcançou 258,27 milhões de acessos móveis. A tecnologia 5G já marca presença, com o 5G-DSS chegando a quase 2 milhões de acessos.

  Outros assuntos desta edição são inteligência artificial nos data centers, redes de sensores sem fio industriais, computação quântica, dados não estruturados e, claro, carreira.

O novo modelo de negócio do backhaul

Os serviços de backhaul evoluíram de soluções de cobre TDM para múltiplos serviços Ethernet de 1 a 10 Gbps iluminados sobre fibra em operações 4G LTE. O 5G vai mudar ainda mais esse cenário.

Hermano Albuquerque, diretor geral LATAM para o Grupo Halo/Skylane

  Os argumentos em torno da implementação do 5G colocam a tecnologia como a primeira geração de serviços de banda larga móvel no início do século XXI com uma grande propaganda em torno das infinitas possibilidades oferecidas pela internet de alta velocidade. Mas como justificar o investimento maciço nas redes sem aplicações e infraestrutura inovadoras para impulsionar sua adoção?

  A Deloitte Consulting estima que será necessário investimentos de US$ 130 bilhões a US$ 150 bilhões em infraestrutura de fibra óptica para construir o 5G nos EUA, no prazo de cinco a sete anos – sem contar os demais países. No Brasil, o montante total de investimentos para implementação do 5G gira em torno de R$ 48 bilhões, mas não há uma quantia exata do quanto será destinado à fibra óptica.

  Os visionários afirmam que o 5G oferecerá acesso a novas tecnologias como inteligência artificial e infraestrutura urbana inteligente as quais devem definir a próxima revolução digital. As empresas e países que não agirem agora estarão em grande desvantagem em relação às potências globais que estão de fato investindo no 5G.

  Ao olharmos para o mundo pós-Covid, percebemos que a sobrevivência econômica e social está ligada à capacidade de trabalhar, comunicar-se e se entreter a distância. Se há um momento para que uma nova e revolucionária tecnologia de Internet tome posse, esse momento é agora.

  Os serviços de backhaul – rede que conecta a infraestrutura móvel aos principais “hubs” de transmissão – evoluíram de soluções de cobre TDM (“time-division-multiplexing”) para múltiplos serviços Ethernet de 1 a 10 Gbps iluminados sobre fibra em operações 4G LTE.  Em muitos casos, o backhaul tradicional também evoluiu para o uso de fibras próprias ou de terceiros, iluminadas ou não.

  Os serviços de backhaul por atacado no ambiente 4G e nos ambientes anteriores eram simples e diretos. Um fornecedor de backhaul poderia utilizar uma fibra de 24 ou 48 núcleos ou uma solução WDM em uma estação móvel e confiar na capacidade da fibra para as necessidades atuais e futuras. Com o tempo, muitos provedores de serviços utilizaram tais soluções como fonte de receita e como uma forma de ampliar a construção de novas redes de fibra.

 

Ruptura do mercado?

 

  O padrão 5G apresenta uma nova arquitetura radicalmente dependente de uma infraestrutura de fibra óptica de altíssima capacidade, pois a qualidade oferecida pela fibra será necessária em áreas mais próximas do usuário. O padrão 5G introduz o conceito de virtualização e desagregação das funções atribuídas às BBUs – unidades de banda base e RRH – unidades de rádio remoto, distribuindo-as em múltiplos elementos de rede como a CU – unidade central, a DU – unidade de distribuição e a RU – unidade de rádio.

  Estes elementos de rede reúnem os recursos de múltiplas unidades de rádio em uma unidade DU e CU. A distribuição destes recursos na planta externa resulta em uma nova arquitetura 5G que chamamos de “x-Haul” com possíveis rupturas de mercado e novas oportunidades para provedores de serviços de backhaul.

  Os principais fornecedores de serviços móveis já vêm se preparando para essa mudança fundamental na infraestrutura de conexão, investindo fortemente no crescimento das redes de acesso local em fibra.

  A imagem acima compara o backhaul móvel tradicional ponto a ponto, possivelmente em um anel de fibra ou em uma única passagem de fibra, com a nova arquitetura distribuída 5G x-Haul. A arquitetura x-Haul agregará dados de múltiplos rádios (RUs) a elementos DU e CU a taxas de dados significativamente mais altas do que as gerações anteriores.

  Além disso, a infraestrutura de fibra necessária para suportar os enormes requisitos de dados do 5G será central para o novo modelo econômico de ofertas de backhaul. Um novo cálculo será necessário para contabilizar a localização dos ativos de fibra, disponibilidade de largura de banda e os níveis de serviço para impulsionar a implantação do 5G.

 

Localização de ativos de fibra

 

  A disponibilidade do acesso de fibra fronthaul será o maior desafio de mercado na implantação do 5G. É verdade que as faixas de frequência do 5G de sub-6GHz e ondas milimétricas (>24,25 GHz) oferecem serviços de largura de banda potencialmente assombrosos (20 Gbps downstream e 10 Gbps upstream), mas elas têm o inconveniente de uma área de cobertura substancialmente menor.

  Uma célula 4G, normalmente, pode cobrir uma área de alguns quilômetros quadrados, em comparação com células na faixa milimétrica de menor alcance, distribuídas a aproximadamente cada 300 metros, resultando em até 60 pequenas células a cada 2.5 km², cada uma potencialmente exigindo até seis fibras (figura acima).

  Mesmo regiões com alta densidade populacional ou centros urbanos onde a fibra possa estar presente, a ampliação das redes de óptica se mostrará um desafio, abrindo oportunidades para uso de transceptores ópticos que aumentem a capacidade de banda com o mesmo número de enlaces disponíveis.

 

Disponibilidade de banda larga

 

  A banda larga móvel do 5G atinge taxas de dados semelhantes às redes terrestres, mas também exige que os links que alimentam a rede sejam superdimensionados. O aumento dessa capacidade se inicia na unidade de rádio, com transceptores de fibra óptica de 10 e 25Gbps, aumentando para 25 a 100 Gbps no midhaul, atingindo conexões de 25 e 100 Gbps, até alcançar 100 Gbps no backhaul (figura 1).

  A proposta de valor do 5G para provedores de serviços móveis vai muito além da simples ampliação da banda larga móvel, principalmente por gerar a oferta de novos serviços mais avançados: ioT – Internet das coisas, monitoramento de energia, agricultura inteligente, telemedicina e aplicações críticas de desempenho, como carros autônomos, são algumas das muitas aplicações da tecnologia 5G.  Já a arquitetura de suporte 5G x-Haul exigirá não apenas ampliações sucessivas de largura de banda nas conexões de transporte do backhaul, mas também nos segmentos de rede de distribuição (midhaul) e acesso (fronthaul).

 

Níveis de serviço

 

  Os acordos de nível de serviço para serviços 5G “x-Haul” não serão menos rigorosos do que os serviços da geração anterior. Transceptores de fibra óptica podem ser instalados em diversos pontos dos bairros, postes de luz, postes de serviços públicos e até mesmo semáforos, locais não exatamente ideais para dispositivos normalmente utilizados. Transceptores comuns normalmente operam em temperaturas operacionais de 0°C a +70°C, projetados para uso em ambientes climatizados e controlados.

  Esta condição é especialmente verdadeira para os transceptores WDM.  No entanto, tais transceptores podem falhar fora de ambientes climatizados devido ao desvio do comprimento de onda em diferentes temperaturas, podendo causar interrupção de serviço.  Portanto, uma atenção cuidadosa deve ser dada às classificações de temperatura nos transceptores óticos.

  A indústria de equipamentos de rede reconhece três padrões de temperatura operacional para transceptores óticos: 0°C a +70°C ou temperatura padrão, temperatura industrial (ITEMP) -40°C a +85°C e temperatura estendida, não claramente padronizada pelos fabricantes. Em muitos casos, esses transceptores supostamente classificados na “faixa estendida” não foram verdadeiramente testados para operar em ambientes severos.

 

Conclusão

 

  O novo modelo de backhaul 5G tem tudo para chacoalhar o ecossistema tradicional de backhaul nas redes móveis. O sucesso dos novos projetos será fundamentalmente determinado pelos participantes que tenham a necessária qualidade e capacidade para se adaptarem rapidamente e resolver os desafios dos serviços 5G x-Haul.

Dados não estruturados: Você sabe lidar com esse tesouro em ascensão?

Paulo de Godoy, country manager da Pure Storage no Brasil

  Esta década será um grande marco para os dados não estruturados, ou seja, os dados modernos que não possuem padrões ou alinhamentos, como os que vemos geralmente em redes sociais, com enorme volume de textos, áudios e stickers. Esse marco é baseado em dados do Gartner, que revelou que as taxas de crescimento de dados não estruturados atingiram 30% ao ano, o que significa que em volume total eles quase quadruplicarão até 2027.

  Esse crescimento é um desafio, já que esses dados são criados em vários tamanhos e podem ser armazenados como arquivos (files) ou objetos, com necessidades de desempenho de armazenamento cada vez mais exigentes. Isso resultou no surgimento de uma categoria específica para fornecer esse tipo de armazenamento de forma rápida e unificada, que vem se tornando uma tendência entre as empresas.

 

O que impulsiona essa tendência?

 

  O pano de fundo é o crescimento dos dados não estruturados, que podem incluir grandes quantidades de arquivos ou objetos muito pequenos – geralmente bilhões deles. Eles também podem vir como um número reduzido de arquivos ou objetos muito maiores, como vídeos ou imagens de alta definição – ou uma combinação dos dois. As análises de fluxos de trabalho modernos, por exemplo, podem precisar acessar uma ampla variedade de tipos de dados de diferentes tamanhos.

 

Alto desempenho é a chave

 

  Outro fator importante do armazenamento rápido de arquivos e objetos é o desempenho para acessar os dados não estruturados. Vimos uma explosão em análises e machine learning, impulsionada pela necessidade de extrair valor de enormes quantidades de dados brutos.

  Enquanto isso, as imagens digitais seguem em rápido crescimento, como PACS (sistemas de arquivamento e comunicação de imagens) no setor de saúde. Um exemplo prático é a Paige, empresa pioneira em uso de machine learning para diagnóstico de câncer, e requer capacidade de armazenamento em escala de petabytes com acesso rápido e alto rendimento para reconhecimento de máquina em milhões de imagens em amostras de tecidos de pacientes.

  Além disso, o backup e a proteção de dados também podem produzir imenso volume de arquivos e objetos e de vários tamanhos. Até mesmo para o backup agora são necessárias velocidades de restauração muito superiores para ajudar a efetividade da recuperação dos dados no caso de um ataque de ransomware.

 

Qual é a diferença do armazenamento de objetos?

 

  Por décadas, o armazenamento de arquivos foi uma opção predominante, com soluções NAS de expansão aumentando a capacidade e o desempenho para suportar dados não estruturados. Agora, o surgimento do armazenamento de objetos é uma inovação e está se tornando cada vez mais importante e adotado, impulsionado pela Web e pela ascensão da nuvem.

  Arquivos e objetos podem conter os mesmos tipos de conteúdo. Mas, enquanto os sistemas de arquivos usam um sistema hierárquico baseado em diretório, os de objetos usam uma estrutura ‘plana’ com os dados atribuídos a um identificador individual e metadados que podem ser usados ​​para contextualizar esses objetos.

  Historicamente, o objeto é conhecido como um tipo de armazenamento com menor desempenho e formou uma categoria separada de produto. Isso está mudando conforme as empresas precisam cada vez mais analisar grandes quantidades de dados não estruturados que podem estar em formato de objeto ou arquivo.

  Além disso, à medida que as aplicações e situações evoluem, as empresas precisam de uma plataforma capaz de oferecer suporte a ambos os métodos de acesso e garantir a proteção do investimento durante e após essa transição. Todos esses fatores levaram ao surgimento de soluções de alto desempenho que combinam acesso aos dois.

 

Entenda os benefícios

 

  Ao contrário dos tradicionais dados estruturados – como um banco de dados que suporta um sistema ERP – que tendem a ser estáticos, os não estruturados podem abranger muitos locais e métodos de acesso durante seu ciclo de vida.

  Os produtos emergentes de armazenamento rápido de arquivos e objetos suportam NFS – sistema de arquivos distribuídos e protocolo SBM – Server Message Block, que são compatíveis com a maneira como muitas aplicações corporativas existentes são escritas.

  Além disso, as soluções rápidas também podem lidar com dados não estruturados em formatos de acesso a objetos que são o resultado de suas origens na nuvem, como o Amazon S3. Esse tipo de armazenamento também é ideal para nuvens híbridas, com dados não estruturados que podem fazer a transição entre on-premise e na nuvem.

 

O que preciso levar em conta?

 

  Em primeiro lugar, a capacidade. A plataforma precisa ser dimensionada de acordo com as necessidades, que para muitas empresas podem ser petabytes. Como os dados não estruturados podem crescer rapidamente, dimensionar a solução também precisa ser fácil e não envolver configurações de rede complexas ou tarefas manuais para balanceamento de dados.

  Em segundo lugar, o acesso ao armazenamento de arquivos e objetos, oferecendo os principais protocolos como NFS e SMB para arquivos e S3 para acesso aos objetos.

  Em terceiro lugar, deve ser construído para acesso rápido e alto rendimento. A baixa latência – principalmente para operações de acesso de leitura e metadados – é necessária para liberar o potencial de IA e ML, bem como de muitas estruturas de análise modernas. O armazenamento totalmente em flash oferece esse acesso rápido graças à sua natureza de estado sólido.

 

Velocidade é sempre um diferencial

 

  Seja para analisar conjuntos de dados muito grandes ou para realizar uma operação de restauração em massa após um ataque de ransomware, os dados não estruturados podem exigir um desempenho de acesso muito alto. A baixa latência precisa ser combinada com alta taxa de transferência. Para análise de dados, isso significa velocidades medidas em dezenas de gigabytes por segundo. Quando se trata de restaurar sistemas após uma interrupção ou ataque de ransomware, as empresas precisam de uma taxa de transferência próxima a 300 TB por hora, para limitar o tempo de inatividade e os danos financeiros e de reputação da marca.

  Além disso, o alto desempenho tanto do ponto de vista da latência quanto da taxa de transferência deve ser fornecido pela plataforma de forma automática e sem ajustes. O mundo dos dados não estruturados e da análise moderna está evoluindo tão rápido que é difícil prever quais ferramentas, formato de arquivo, tamanho do conjunto de dados ou métodos de acesso serão necessários amanhã. Qualquer solução de storage que exija configuração ou ajuste manual para garantir desempenho para um determinado caso, se tornará obstáculo para a inovação e atrasará os projetos.

  O mundo do armazenamento de dados está realmente embarcando em uma era de prosperidade. O crescimento explosivo das análises modernas, machine learning, inteligência de vídeo e imagem, além dos ataques de ransomware, exigirá soluções criadas para grandes volumes de dados não estruturados, com níveis de desempenho e flexibilidade em termos de métodos de acesso.

  As plataformas rápidas de armazenamento de arquivos e objetos são a resposta para os desafios de hoje e do futuro, e são projetadas para dar suporte às empresas à medida que buscam extrair valor dos dados não estruturados.

.

Inteligência artificial vai levar data centers ao protagonismo no mundo digital

Prof.ª e Dra. Alessandra Montini

  Não à toa, o investimento em data centers segue em alta mesmo após o cenário pandêmico. Apenas nos serviços de cloud computing, o faturamento deve crescer 16% este ano, segundo previsão da consultoria Frost & Sullivan. Até 2022, esse aumento deve chegar a 21,7% na receita total. Afinal, é preciso dar um jeito de suportar a quantidade de dados gerados e trafegados em soluções digitais. Dados do Social Good Brasil estimam que o total de informação produzida praticamente dobra a cada dois anos e em 2021 deve ter ultrapassado a marca de 350 zettabytes – ou 35 trilhões de gigabytes se ficar mais fácil de visualizar.

  Não é necessário falar das vantagens que a inteligência artificial já traz para as empresas e os usuários. Muitos dos serviços que consumimos já utilizam parte dessa tecnologia para melhorar nossa experiência. Do filme na Netflix aos serviços bancários no app, a IA está presente para capturar dados, identificar modelos e se transformar em insights e ações.

  A questão é que cada interação desse tipo gera um aumento no tráfego das informações. Consequentemente, é necessário ter mais robustez na infraestrutura para dar conta de toda essa demanda. Já pensou tentar assistir ao seu filme favorito no domingo e não conseguir porque o servidor está sobrecarregado? Pois é, a eficiência depende justamente dessa capacidade tecnológica de suportar esse volume gigantesco.

  Não é um serviço que aparece para os usuários comuns e tampouco é lembrado quando se fala em negócios disruptivos criados por empreendedores inovadores. Mas não se engane: se há um serviço digital, uma aplicação ou simples interação, por trás vai ter um data center que vai suportar e garantir que esse tráfego de dados aconteça de forma simples e eficiente.

  Eles são a retaguarda que garantem a funcionalidade de todas as aplicações que mudam o mundo. Mas o que fica na retaguarda dos data centers para que eles possam garantir sua própria operação? Diante da quantidade de dados que passa diariamente, é impossível fazer esse monitoramento manualmente. É aqui que entra a inteligência artificial.

  Sim, a própria tecnologia que depende dos data centers para poder funcionar é a que resolve um problema real que este setor enfrentou por muito tempo. A IA possibilitou maior eficiência operacional ao ampliar as capacidades de análises e identificar com antecedência possíveis problemas que podem comprometer a prestação de serviço. Com o perdão do trocadilho, a inteligência artificial cria um ambiente “inteligente” que se monitora e atende todas as necessidades das organizações.

  Imagina se um data center de uma empresa varejista resolve parar de funcionar na véspera da Black Friday porque um problema não foi detectado anteriormente. Pois é, um prejuízo gigantesco que compromete a própria sobrevivência da companhia. Por isso, é preciso colocar as tecnologias de IA para fazerem aquilo que os profissionais de TI não têm condições de fazer. Ou seja, monitorar sistemas em tempo real, identificar potenciais ameaças, otimizar a operação ao perceber picos de uso, garantir eficiência energética e até criar automações a partir da definição de padrões no dia a dia.

  Essas vantagens já ocorrem em projetos específicos que combinam a inteligência artificial com os data centers. Entretanto, é preciso levar essa relação adiante. Se os data centers são cada vez mais importantes para o sucesso de qualquer solução digital, é fundamental que eles possam assumir esse protagonismo na estratégia comercial das empresas.

  Com o apoio de ferramentas de IA, esses ambientes podem oferecer uma visão bem mais completa sobre a infraestrutura de TI e, principalmente, auxiliar no desenvolvimento de novos modelos de negócio. Afinal, eles garantirão a velocidade, as informações e a estrutura necessária para que a organização possa inovar continuamente.

  Fala-se tanto em Metaverso, mas pouco se discute da estrutura tecnológica necessária para garantir a criação desses ambientes híbridos. Num mundo em que a transformação digital é cada vez mais necessária, é preciso garantir que o funcionamento dos data centers esteja alinhado aos principais objetivos do negócio. Para o que já está em curso (e para tudo aquilo que certamente virá no futuro), esse setor precisa se aliar à inteligência artificial para atender todas as demandas e resolver todos os problemas. Somente assim estaremos prontos de verdade para os desafios do virtual.

Redes de sensores sem fio industriais: Padrões, desafios e requisitos

Uma rede de sensor sem fio pode ser caracterizada pela utilização de nós sensores capazes de se comunicar em variados ambientes para as mais diversas aplicações.

José Carlos da Silva e Joseval Melo Santana

  A conveniência e a capacidade de conectar dispositivos sem o uso de fios levam a uma crescente aceitação da tecnologia de transmissão sem fio pelas indústrias de bens de consumo. Dessa forma, destacam-se as redes de sensores sem fio.

  Uma rede de sensor sem fio pode ser caracterizada pela utilização de uma certa quantidade de nós sensores capaz de se comunicar em variados ambientes para as mais diversas aplicações. Tratando-se de uma rede de sensores sem fio industrial, os nós sensores podem ser instalados em equipamentos industriais para monitorar alguns parâmetros críticos, como, por exemplo, temperatura, vibração, e verificar sua eficiência com base em uma combinação de medições. Após coletados, os dados monitorados são transmitidos por meio de um canal sem fio para uma central de monitoramento, que analisa os dados a partir de cada sensor, conforme ilustra a figura abaixo.

  Na indústria, por exemplo, existe uma grande diversidade de setores onde as redes de sensores sem fio podem ser implementadas: química, petroquímica, petróleo e gás, usinas nucleares, automação e controle da manufatura. A utilização dessas redes permite eliminar a necessidade da presença humana em vários locais, incluindo áreas perigosas e de difícil acesso. Na implementação de sistemas de monitoramento e controle em ambientes industriais, as redes de sensores sem fio, em comparação com as redes de sensores cabeadas existentes, têm inúmeras vantagens: flexibilidade na instalação e atualização da topologia da rede, redução na implementação e custos de manutenção. Porém, apesar das vantagens, é preciso lidar com questões específicas relacionadas aos ambientes industriais, como, por exemplo, atenuação, ruídos, interferências e propagação multicaminhos. Além dessas possibilidades mencionadas, outro fator que pode degradar o desempenho e prejudicar a qualidade das comunicações sem fio é a existência de transmissões simultâneas em enlaces na própria rede de sensores sem fio.

  Uma maneira de lidar com questões relacionadas à comunicação sem fio, no tocante à qualidade dos canais no ambiente industrial, é o desenvolvimento de protocolos que utilizam múltiplos canais. A utilização de protocolos multicanais permite alcançar uma melhor utilização das frequências, aumentando a capacidade da rede por meio da transmissão simultânea usando várias frequências diferentes, e minimizar interferências.

  Desta forma, a caracterização de ambientes industriais, verificando-se as fontes de interferência e as características de propagação, é um passo importante para o desenvolvimento de novas aplicações e protocolos que fazem uso de redes sem fio.

 

Requisitos para redes de sensores sem fio industriais

 

  As redes de sensores sem fio industriais necessitam satisfazer alguns requisitos específicos no domínio industrial, dentre eles estão:

• Tamanho dos sensores e custo: dispositivos compactos e de baixo custo são importantes para realizar implantações em grande escala.

• Interoperabilidade: redes de sensores sem fio industriais devem ser capazes de interagir com as redes de sensores cabeadas e redes de sensores sem fio já existentes no ambiente industrial.

• Consumo de energia: sensores devem economizar a energia de suas baterias para prolongar sua vida útil.

• Autoconfiguração e auto-organização: redes de sensores devem ter a capacidade de operar independentemente da intervenção humana por longos períodos de tempo.

• Tolerância a falhas: a rede de sensores necessita ser construída de tal forma que a falha de um ou de alguns nós sensores não resulte em falha de toda a rede.

• Enlace confiável: devido á baixa potência dos nós sensores, os enlaces em ambientes industriais podem degradar e levar á perda de pacotes e atrasos.

• Garantias de tempo real: alguns sistemas, como sistemas de controle, necessitam de comunicação com atrasos previsíveis.

• Escalabilidade: redes de sensores sem fio industriais devem ser escaláveis para suportar mudanças na topologia da rede, permitindo a inclusão ou remoção de vários nós na rede.

• Qualidade de serviço: existe uma grande variedade de aplicação, onde cada uma necessita de requisitos diferenciados, como, por exemplo, confiabilidade, latência e disponibilidade. Como exemplo de QoS – qualidade de serviço, podemos mencionar o tempo de entrega das informações entre o sensor e o sink.

 

Aplicações das redes de sensores sem fio industriais

 

  As redes de sensores sem fio industriais podem ser aplicadas em vários seguimentos da indústria:

• Uma rede de sensores sem fio é utilizada para medir a pressão anular da cabeça de um poço em uma plataforma de petróleo no oceano. Em outra aplicação, a temperatura de um secador rotativo industrial é controlada para garantir o processo de secagem.

• Em outro exemplo, relatamos a utilização de uma rede de sensores cujo objetivo é monitorar um equipamento responsável pela fabricação de correias e outras máquinas.

• Sensores sem fio podem ser instalados internamente nas bombas para coletar dados referentes ao desgaste de componentes internos. O objetivo é realizar a manutenção preventiva das bombas substituindo os componentes desgastados.

• Redes de sensores sem fio industriais podem ser utilizadas para monitorar o processo de usinagem em uma máquina com controle numérico computadorizado (CNC).

  Como pode ser observado, existe uma grande diversidade de aplicações e domínios em que as redes de sensores sem fio podem ser utilizadas. Dessa forma, os requisitos necessários para aplicações de tais redes em ambientes industriais podem variar significativamente. Diante disso, o conhecimento da arquitetura e padrão a ser implementado é de extrema relevância.

 

Sobre os autores

 

José Carlos da Silva é Bacharel em análise de sistemas, pós-graduado em redes de computadores, mestre em engenharia mecânica com ênfase em Automação e Robótica e Doutorado em Mecatrônica pela Universidade Federal da Bahia. Atualmente é professor efetivo do Departamento de Sistemas de Informação da Universidade Federal de Sergipe. Atua na área de ciência da computação, com ênfase em redes de computadores e comunicação de dados. Experiência em processos de fabricação e robótica industrial. Possui as certificações HCIA-5G Networks, HCIA-Artificial Intelligence e HCIA-Routing and Switching (Huawei Certified Information Communication Technology Associate) (Huawei Certified ICT Associate).

 

Joseval de Melo Santana é doutor em desenvolvimento regional e urbano e mestre na área de informática pela Universidade Salvador UNIFACS. Atualmente, é professor associado da Universidade Federal de Sergipe – UFS. Tem experiência na área de tecnologias em saúde e sistemas de informação. Em seu currículo Lattes os termos mais frequentes na contextualização da produção científica, tecnológica e artístico-cultural são: Avaliação de Tecnologias em Saúde (ATS), Qualidade do Atendimento dos Centros de Saúde, Gestão dos Serviços Públicos, Iridologia Computacional, Localização de Informação e Espectrometria de Documentos Eletrônicos (detecção de plágio).

O futuro da computação quântica

O artigo apresenta os principais desenvolvimentos recentes para ajudar a resolver problemas complexos da computação quântica. Mas, mesmo com os avanços, ela continuará trabalhando em conjunto com a computação clássica.

Kaladhar Voruganti e David Hall, da Equinix

  Houve avanços significativos na computação quântica nos últimos anos para alinhá-la aos problemas atuais. Neste artigo, trazemos uma atualização sobre os principais desenvolvimentos recentes para ajudar a resolver problemas complexos. Mesmo com esses avanços, ela continuará trabalhando em conjunto com a computação clássica para realizar a maioria dos trabalhos.

O que é computação quântica?

 

  Em um computador clássico, switches operados eletronicamente, chamados transistores, são usados para representar os números 0 e 1 que representam “bits” individuais. A partir desses componentes básicos, os cientistas da computação demonstraram que é possível realizar uma grande variedade de abordagens computacionais para resolver problemas.

  Embora os engenheiros tenham assegurado que os transistores ficaram menores e mais numerosos, ampliando o tipo de problemas que os cientistas da computação podem resolver, a tecnologia não é muito diferente dos dispositivos anteriores aos transistores das décadas de 1930 e 1940 baseados em válvulas ou tubos.

  Em um computador quântico, os transistores são substituídos por dispositivos que representam bits quânticos ou “qubits”, que são capazes de representar um 0 e um 1 ao mesmo tempo. Isso por si só não é muito útil, a menos que faça parte de um processador quântico capaz de lidar com uma quantidade maior de qubits. Em um computador clássico, as CPUs modernas exigem bilhões de transistores para executar sistemas operacionais e aplicações modernas. Em um computador quântico, cada estado é representado simultaneamente, e é possível resolver problemas computacionais de alta complexidade usando apenas 100 qubits. Alguns desses problemas demorariam infinitamente mais tempo para uma CPU clássica moderna resolver.

  Tomemos como exemplo o problema do vendedor que transita entre cidades. Na computação clássica, seria preciso uma quantidade muito grande de bits para representar todas as cidades em que esse vendedor atua, e com muita rapidez. Se o comerciante precisasse visitar mais cidades, seria necessário muitos mais bits para representá-las. No entanto, na computação quântica, uma vez que uma série de qubits estão emaranhados, eles podem representar simultaneamente dois estados de uma só vez (onde n representa o número de qubits emaranhados), mais opções de soluções alternativas podem ser representadas simultaneamente de forma mais eficiente e processadas em paralelo muito mais rapidamente.

 

Por que computação quântica?

 

  A promessa da computação quântica é que ela nos ajudará a enfrentar determinados tipos de problemas que os computadores clássicos de hoje não podem resolver em um período de tempo razoável. É importante observar que a computação quântica não é uma panaceia para todos os tipos de problemas de computação, mas é boa para grande parte das pesquisas do tipo “agulha no palheiro”. Por exemplo, se você quisesse encontrar um item em uma lista de um trilhão e cada item levasse um microssegundo para ser verificado, um computador clássico o faria em uma semana, mas um computador quântico levaria um segundo.

  Aplicações reais da computação quântica incluem:

• Descobrir a rota ideal que um vendedor deve seguir para ir a várias cidades e economizar tempo e custos de combustível.

• Simular reações químicas para criar baterias melhores para carros elétricos.

• Na área de criptografia, para quebrar ou criar códigos de segurança.

• Encontrar eventos de Higgs (um dos campos da teoria da física de partículas) e a origem do universo.

• Permitir que as empresas financeiras analisem melhor os seus dados para determinar fraudes ou equilibrar as suas carteiras de investimentos.

  Muito do interesse inicial na computação quântica também pode ser atribuído ao fato de que os computadores quânticos, que são potentes o suficiente, podem ser usados para quebrar determinados tipos de códigos de criptografia. Isso pode afetar a segurança de celulares, contas bancárias, endereços de e-mail e carteiras de criptomoedas. Como resultado, as organizações, no devido tempo, terão que modificar algumas de suas soluções existentes para a era da computação quântica.

 

O desafio para a computação quântica

 

  Um dos maiores problemas enfrentados pelos computadores quânticos hoje é que os qubits emaranhados começam a perder coerência em relação a outros qubits. Portanto, um algoritmo precisa fazer o seu trabalho rapidamente antes que isso aconteça.

  Atualmente, a maioria dos computadores quânticos só pode manter algumas dezenas de qubits coerentes. Um estudo recente mostrou que os raios cósmicos podem introduzir uma explosão de erros de perda de coerência que são difíceis de corrigir usando técnicas padrão de correção. Isso contribui para a nossa incapacidade de representar problemas significativos da vida real em um computador quântico.

  Além disso, não há uniformidade nos hardwares de computação quântica subjacentes. Várias empresas estão buscando diferentes abordagens para a construção de um computador quântico. Isso é muito semelhante à forma como tivemos vários projetos de transistores nos primórdios da computação. Como resultado, só é possível que determinados problemas sejam mapeados de maneira eficiente em tipos específicos de hardware de computação quântica subjacente. A pesquisa para resolver o problema da decoerência e projetar computadores quânticos para uso geral está em andamento e ainda estamos a cerca de cinco anos de resolver problemas significativos em um computador quântico. Enquanto isso, antecipamos a implantação de computadores quânticos e clássicos de forma híbrida para fornecer eficiências computacionais.

 

Como os computadores quânticos estão sendo implantados

 

  A promessa da computação quântica é que ela nos ajudará a enfrentar determinados tipos de problemas que os computadores clássicos de hoje não podem resolver em um período de tempo razoável.

  Computadores quânticos exigem hardware personalizado. Hoje, apenas os grandes hyperscalers e poucas empresas de hardware fornecem emuladores para computadores quânticos, bem como equipamentos de tamanho limitado, como um serviço em cloud. Atualmente, os computadores quânticos estão sendo direcionados para problemas que exigem muita computação e não são sensíveis à latência. Além disso, as atuais arquiteturas de computadores quânticos não estão maduras o suficiente no que diz respeito ao manuseio de grandes tamanhos de dados. Como resultado, em muitos casos, um computador quântico é normalmente implantado juntamente com um clássico de forma híbrida. Embora um computador quântico em si não consuma muita energia durante a computação, ele requer refrigeradores criogênicos especializados para manter baixas temperaturas supercondutoras.

  As previsões atuais mostram que haverá custos fixos de resfriamento com pouco custo de energia incremental à medida que a quantidade de qubits aumenta até determinado limite. No entanto, serão necessários muitos desses refrigeradores para suportar computadores que fornecem milhões de qubits. Os refrigeradores criogênicos atuais consomem cerca de 24 kW por unidade por aproximadamente 1.000 qubits. Esse orçamento de energia não inclui a energia para o computador clássico, armazenamento e hardware de rede em torno de um computador quântico.

 

Pilhas de software quântico e de rede

 

  Muitas pilhas de software estão sendo propostas para a computação quântica que consistem em virtualizar o hardware de computação quântica físico subjacente e construir uma camada virtual de qubits lógicos. Além disso, as pilhas de software fornecem compiladores que convertem construções de linguagem de programação de nível superior em comandos de montagem de nível inferior que operam nos qubits lógicos.

  Os provedores de pilhas de software também desenvolvem modelos específicos em nível de aplicação que são específicos do domínio (por exemplo, problemas de otimização ou problemas específicos de aprendizagem de máquina) e que mapeiam o modelo de programação de computação quântica. O objetivo é ocultar a complexidade sem comprometer a performance geral ou a manobrabilidade do hardware de computação quântica subjacente.

  Com relação a uma pilha de redes nativas de computação quântica, o seu desenvolvimento ainda está nos estágios iniciais. Atualmente, dados e resultados de computação quântica precisam ser convertidos em uma forma que possa ser entendida por equipamentos de rede clássicos e, em seguida, convertidos novamente em um formato compreensível de computação quântica. Muitas pesquisas estão sendo realizadas na área de redes nativas de computação quântica, onde o emaranhamento de qubits pode ser alcançado em longas distâncias.

 

Preparando a computação quântica para comercialização

 

  Muitas grandes empresas de computadores estão investindo bilhões de dólares na construção de computadores quânticos. Da mesma forma, instituições acadêmicas também investem dinheiro e capacidade intelectual nessa área. A geração atual de computadores quânticos precisa ser gerenciada por especialistas devido aos seus requisitos especializados de hardware e resfriamento. Como resultado, em um futuro próximo, a funcionalidade de computação quântica será oferecida principalmente como um serviço em cloud.

  No entanto, haverá clientes que vão querer implantar os seus dados e hospedar a parte clássica de computação e armazenamento de sua arquitetura geral em seus próprios data centers privados ou em um colocation, principalmente por razões de privacidade e controle, e esses clientes gostariam de aproveitar a funcionalidade de computação quântica em um provedor de serviços.

  Em conclusão, estamos nos estágios iniciais da era dos computadores quânticos híbridos, onde os computadores clássicos descarregam determinados tipos de processamento em equipamentos quânticos com número limitado de qubits. Acreditamos que essa será a norma para a computação quântica pelos próximos cinco anos, antes que computadores quânticos nativos não híbridos, contendo milhares de qubits, comecem a resolver problemas da vida real.

Carreira, Freud e autoconhecimento

Edgar Amorim, facilitador DiSC e coach executivo, da Amorizar Pessoas