Comunicação D2D em redes 5g: desafios

On 26 de fevereiro de 2016 by Ricardo Pagoto

Introdução aos desafios no 5G

O 5G se diferencia por um novo modelo de comunicação entre dispositivos. As redes celulares atuais não permitem que dispositivos se comuniquem diretamente na banda licenciada. A comunicação sempre se faz através de uma estação base (Base Station – BS). Porém, cada vez mais os dispositivos possuem a capacidade de trafegar dados mais pesados como fluxo de vídeos em tempo real. Contudo, a atual estrutura de rede celular não consegue fazer esse tipo de comunicação de maneira totalmente satisfatória, fazendo com que a rede deva evoluir.

Uma visão sobre a evolução da telefonia

evolution5G

Evolução da telefonia e a interação com usuário

A próxima geração de redes celulares (5G) se baseia em duas camadas, uma com macro células, onde as BS se comunicam com os dispositivos, da mesma forma como ocorre hoje, e outra com comunicação dispositivo para dispositivo (D2D). Fazer os dispositivos agirem como pontos de retransmissão faz com que outros dispositivos possam se conectar a esses e criar uma rede mesh ad-hoc. Essa solução traz alguns desafios, tais como segurança na transmissão de informação entre os dispositivos, gerenciamento de interferência entre os dispositivos, já que toda comunicação será feita dentro da mesma banda, alocação de recursos e uma política de pagamento para uso dessa arquitetura de duas camadas.

5gevo

1 – Comunicação cooperativa no 5G

As redes celulares 4G utilizam essa comunicação através de terminais de retransmissão fixos, fazendo com que a confiabilidade dos links, eficiência espectral, capacidade do sistema e alcance de transmissão aumente consideravelmente. Contudo, a total capacidade de comunicação cooperativa só pode ser alcançado se utilizarmos dispositivos móveis, tais como smartphones, para que a comunicação D2D possa ocorrer, dentro da banda licenciada, entre os usuários. Desta forma, a BS tem pouco ou nenhum envolvimento na comunicação.

2 – Vantagens da comunicação D2D

Vários serviços, como serviços sensíveis ao contexto, se beneficiam com essa comunicação para, por exemplo, diminuir o custo da comunicação. Além disso, a comunicação D2D pode fazer com que serviços de computação em nuvem móveis compartilhem recursos para usuários que estão próximos.

Prestadores de serviços também podem se beneficiar desse tipo de comunicação. Em lugares com muitas pessoas, como em estádios de esportes e shoppings, eles podem disseminar seus serviços e diminuir a carga na rede.

Outra grande aplicação da comunicação D2D é em áreas de catástrofes, como terremotos e deslizamento de terra. Nessas áreas, provavelmente a rede celular sofreu danos, parciais ou totais. Com os dispositivos se comunicando diretamente, a informação posse ser transmitida e chegar a seu destino.

3 – Cenário atual do D2D5G

Hoje, algumas tecnologias já fazem a comunicação D2D, algumas delas são o Bluetooth e o Wi-Fi Direct. Porém, elas não atuam em bandas licenciadas, portanto não é cobrado para utilizá-la e não existe garantias de segurança nem de qualidade de serviço (Quality of Service – QoS). Para não perder mercado nessa área, as operadoras e vendedores de celular querem entrar no ramo D2D.

4 – Tipos de comunicação D2D

Do ponto de vista da camada de dispositivos, a operadora de celular pode ter um controle maior ou menor na comunicação entre os dispositivos. Esse controle passa, principalmente, na alocação de recursos para os dispositivos (tanto fonte quanto destino), além dos de retransmissão. Quatro tipos diferentes podem ser destacados:

4.1 – Retransmissão por dispositivo com estabelecimento de link controlado pela operadora (Device relaying with operator controlled link establishment – DR-OC).

Um dispositivo que esteja na borda de uma célula ou em uma área com pouca cobertura pode se comunicar com a BS através de dispositivos de retransmissão. Isso permite ao dispositivo ter melhor QoS ou duração de bateria. A BS pode escolher ter um controle parcial ou total no estabelecimento de link com os dispositivos de retransmissão.

4.2 – Comunicação D2D direta com estabelecimento de link controlado pela operadora (Direct D2D communication with operator controlled link establishment – DC-OC).

Os dispositivos fonte e destino se comunicam diretamente, sem a necessidade da BS, porém, ela controla o estabelecimento do link entre eles.

4.3 – Retransmissão por dispositivo com estabelecimento de link controlado por dispositivos (Device relaying with device controlled link establishment – DR-DC).

Fonte e destino são totalmente responsáveis pelo estabelecimento de link, através de outros dispositivos, sem a ajuda da BS.

4.4 – Comunicação D2D direta com estabelecimento de link controlado por dispositivos (Direct D2D communication with device controlled link establishment – DC-DC).

Fonte e destino se comunicam diretamente sem que a operadora controle. Portanto, fonte e destino devem utilizar seus recursos de forma que não tenha muita interferência na comunicação D2D de outros dispositivos ou com a BS.

5 – Desafios

Como a comunicação será feita através de outros dispositivos, a segurança e o controle de interferência são desafios principais na arquitetura de comunicação em duas camadas. Com vários dispositivos diferentes dentro do raio de alcance, não existe garantias de que todos estarão com boas intenções e não queiram roubar alguma informação. Além disso, com todos os dispositivos utilizando a mesma banda para se comunicar, a interferência nos sinais só aumenta, fazendo com que tanto a comunicação entre os dispositivos quanto a comunicação dos dispositivos com a BS seja prejudicada.

Além disso, é necessário criar um mecanismo que incentive os usuários, mesmo pagando para utilizar a rede, a compartilhar seus recursos, como banda de comunicação, para que eles possam funcionar como dispositivos de retransmissão.

6 – Conclusão

A rede celular 5G é o próximo passo na comunicação. Porém, apenas a estrutura que possuímos hoje não é suficiente para acompanhar o crescente fluxo de dados que dispositivos móveis produzem. Com isso, a introdução da possibilidade de comunicação D2D dentro dessas redes traz vários benefícios, entre eles a diminuição da carga de tráfego na rede. Contudo, desafios também surgem com essa nova possibilidade. Os principais são a segurança da informação quando ela é trafegada pelos dispositivos, o controle da interferência na comunicação e incentivos aos usuários para que, mesmo pagando para utilizar o serviço de comunicação, seus dispositivos possam servir como retransmissores dentro da rede.

Referências

http://europa.eu/rapid/press-release_MEMO-14-129_en.htm

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Comunicação D2D em redes 5g: desafios
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A rede celular 5G é o próximo passo na comunicação. A possibilidade de comunicação D2D dentro dessas redes traz vários benefícios, entre eles a diminuição da carga de tráfego na rede.
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