Artigo submetido ao SBCUP 2020 pelo ICT Lab – Instituto Nacional de Telecomunicações-Inatel de autoria de: Antônio Marcos Alberti, Tibério Tavares Rezende, Victor Hugo D. D’Ávila e Karine L.M. da Costa.
Os sistemas de comunicação móvel evoluíram ao longo de uma série de gerações. De sistemas analógicos (1G), passando pelo Global System for Mobile Communications (GSM) (2G), pelo International Mobile Telecommunications-2000 (IMT-2000) (3G), para os sistemas Long Term Evolution-Advanced (LTE-A) (4G), que são os mais utilizados atualmente. Os sistemas de comunicações móveis via satélite se desenvolveram de forma independente dos sistemas terrestres por um longo período. No entanto, em vários parâmetros como, área de cobertura e taxas de dados, os sistemas de comunicação móvel via satélite e terrestres se mostram complementares. O futuro das redes sem fio é uma arquitetura de rede na qual as informações podem ser compartilhadas e acessíveis em qualquer lugar do mundo e em qualquer momento, de maneira transparente e sem interrupções.
De acordo com documentos do International Telecommunication Union – Radiocommunication (ITU-R) e do International Mobile Telecommunications (IMT), o objetivo do 5G (5ª Geração de Comunicação Móvel Sem Fio) é viabilizar uma sociedade conectada de forma integrada a partir de 2020, possibilitando reunir pessoas, objetos, dados, aplicações, sistemas de transporte e cidades em um ambiente de comunicações inteligente. O desenvolvimento do 5G terrestre tem sido o principal agente para revolucionar as comunicações móveis via satélite. O sistema de comunicações híbrido satélite-terrestre, e em especial, a integração de comunicações 5G via satélite e terrestre, é considerada uma tendência de desenvolvimento futuro.
Nesse contexto, integramos os componentes necessários para uma Content Distribution Network (CDN) privada em laboratório, visando operar via enlace 5G usando softwares open source. Configuramos e testamos essa rede com equipamentos reais das empresas de soluções para satélite parceiras do projeto financiado pelo Sindicato Nacional das Empresas de Telecomunicações por Satélite (SINDISAT) em parceria com o Instituto Nacional de Telecomunicações (Inatel). Os resultados obtidos mostram claramente a vantagem do uso de cache de rede para distribuir conteúdos em 5G híbrido.
O trabalho desenvolvido entre a parceria do SINDISAT e Inatel propõem uma arquitetura híbrida terrestre-satélite para infraestrutura da rede 5G e aplica a solução obtida na distribuição de conteúdo com cache de rede. A arquitetura trata de 5G híbrido com armazenamento temporário na própria rede, onde os conteúdos são acessados pelos usuários finais. A proposta se baseia nos principais projetos do programa H2020 Europeu e nos órgãos padronizadores, tais como: 3rd Generation Partnership Project (3GPP), European Telecommunications Standards Institute (ETSI) e ITU-R. O projeto também alimentou com resultados a iniciativa 5G Brasil. Conceitos como controle de rede, segurança, redes centradas em informação, virtualização, distribuição de conteúdo e novos meios de comunicação são explorados e correlacionados.
Essa pesquisa contribui com a implementação e configuração de uma arquitetura 5G híbrida terrestre-satélite para distribuição de conteúdos com cache de rede. Sistemas de comunicação 5G híbridos são uma solução promissora para estender e complementar o acesso em todas as áreas de cobertura. Os dados obtidos com o experimento provam que a rede híbrida operando com CDN se torna mais rápida, robusta e eficiente, apresentando perda mínima de pacotes durante os testes. Através das análises destaca-se que quanto maior o tamanho do arquivo transferido em Bytes, menor é a razão entre os tempos de transferência na rede híbrida comparando os serviços com e sem a utilização da CDN. Depois que a transferência é concluída, é possível replicar o conteúdo via rede local (rede terrestre) para inúmeros usuários localizados próximo do nó de borda que contém uma cópia idêntica do arquivo. Para arquivos menores os resultados mostram grande vantagem da utilização de cache, uma redução de até 30 vezes em relação aos tempos gastos com as transferências realizadas sem cache operando com o modem para 5G desenvolvido pelo Centro de Referência em Radiocomunicações (CRR) do Inatel.
O serviço CDN pode ser configurado para analisar as demandas mais populares e armazenar somente os conteúdos mais acessados, em horários em que o usuário não estiver utilizando a rede, como de madrugada por exemplo. Parte da carga contida na rede pode ser transferida via satélite, com configuração de alta vazão. Uma vez que o conteúdo original chega ao servidor de borda, a rede CDN armazena os dados mais requisitados através de análise e fornece de maneira transparente para o usuário uma cópia do conteúdo com menor tempo.
O 5G híbrido certamente tirará proveito de tecnologias de virtualização, controle e distribuição de conteúdo, reduzindo custos de operação e a latência na rede. Contudo, os resultados obtidos com esse trabalho reforçam e comprovam que a integração da comunicação via satélite será essencial para o atendimento aos vários usuários em potencial que desejam acessar serviços 5G em áreas remotas ou não atendidas pelo 4G. As redes de acesso via satélite 5G trazem possibilidades de inovação e melhorias para a sociedade e viabilizam a prestação de serviço de provedores no âmbito mundial para diversos casos de uso. Podemos destacar: novas formas de digitalizar operações nos setores público e privado, impacto ambiental reduzido, segurança pública inteligente, saúde inteligente, realidade virtual e aumentada, cidades inteligentes, setor industrial 4.0 acessível, veículos autônomos, fazendas inteligentes, dispositivos vestíveis, veículos conectados, etc.
