Redes IOT 6

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REDES PARA IOT 
AULA 6 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Prof. Gian Carlo Brustolin 
 
 
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CONVERSA INICIAL 
Neste estudo, temos por objetivo apresentar alguns padrões de interface 
de comunicação para a conectividade de objetos IoT, ou que possam vir a ser 
um padrão interessante para esse fim. 
Para vislumbrar os padrões que podem se tornar soluções viáveis entre 
as tecnologias de LPWAN privadas, um bom norte é seguir as iniciativas de 
redes sem fio, aplicadas em larga escala, nas implantações de cidades 
inteligentes. 
O padrão de redes Wi-SUN (Wireless Smart Utility Network) foi idealizado 
pelo IEEE para o atendimento de smart grid das empresas públicas de serviços. 
Essas redes parecem apresentar bons resultados em implantações FAN (Field 
Area Networks) para medições de energia, água e outros serviços públicos. Criar 
um padrão LPWAN privado para essas empresas pode, inicialmente, parecer 
uma incongruência. Por que não usar o serviço público de telefonia celular como 
base? Tradicionalmente, as empresas de serviços públicos buscam soluções 
privadas por questões de segurança. Em caso de colapso da rede pública de 
telefonia, esses serviços devem perseverar. 
Assim, entender o Wi-SUM depende do conhecimento de alguns 
conceitos do ambiente para o qual ele foi desenvolvido. Considerando esse 
contexto, vamos abordar rudimentos de smart cities (cidades inteligentes, ou 
ainda cidades digitais), com suas soluções tecnológicas, antes de mergulhar, 
ainda nesta aula, em detalhes do protocolo desse padrão. 
TEMA 1 – SMART CITIES E REDES ELÉTRICAS INTELIGENTES 
 A utilização de recursos tecnológicos ligados à computação e à 
comunicação (os chamados TIC – Tecnologias da Informação e Comunicação), 
como forma de permitir a otimização da prestação de serviços públicos, não é 
em si um paradigma novo. A evolução das TIC, principalmente com o surgimento 
dos objetos IoT, conferiu a esse paradigma, entretanto, uma nova leitura. Seria 
possível, com o uso desses objetos, otimizar a entrega de serviços tangíveis, 
como transporte, energia, água e gás. Os mesmos objetos também poderiam ser 
fontes de dados em tempo real, permitindo a avaliação e o planejamento de 
outros serviços. O estudo do uso de TIC e objetos IoT para a prestação de 
serviços públicos em uma geografia urbana é conhecido como smart cities. 
 
 
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1.1 Smart cities 
A ideia de cidades inteligentes é recente (menos de 10 anos). Surge como 
resposta à tendência mundial de concentração populacional em centros urbanos. 
Essa aglomeração não é necessariamente negativa, posto que permite maior 
eficiência em processos de distribuição e produção. Porém, mas para que tais 
benefícios sejam possíveis, a urbanização precisa ser bem administrada 
(Lofhagen, 2020). Soluções tecnológicas para o atendimento automazidado da 
população, bem como o uso de inteligência de dados para o planejamento 
urbano, são inevitáveis na busca por uma boa administração. 
Lofhagen (2020) elenca seis dimensões de análise para pensar a 
tecnologia urbana pública. Entre tais dimensões está, por exemplo, a economia 
inteligente. Essa dimensão envolveria a criação, pelo Estado, de um ambiente 
econômico propício para o desenvelvimento de indivíduos e empresas, 
otimizando serviços (como eduação e saúde pública) em função de 
necessidades locais. Para facultar essa particularização, grandes volumes de 
dados precisam ser adquiridos e tratados. 
A criação de um ambiente urbano inteligente, com controle de iluminação, 
temperatura, além de facilidades de acesso a informações urbanas relevantes, 
é uma outra dimensão estudada pela autora. Outras dimensões são a mobilidade 
inteligente e a governança inteligente. Esta última viabiliza a participação 
constante da população nas tomadas de decisão dos administradores públicos. 
Além desses conceitos genéricos ligados à administração estatal, existem 
outros, mais pragmáticos, que se referem a empresas prestadoras de serviços 
públicos (conhecidas como utilities, em inglês), como distribuidoras de energia 
elétrica e companhias de água e esgoto. 
No caso de uma utility de energia, por exemplo, os processos de 
automação e iteligência não se limitam à iluminação pública e ao tratamento de 
clientes especiais, como hospitais e orgãos públicos de assistência à população. 
A própria administração da entrega de energia, mantendo a estabilidade e a 
disponibilidade da rede, é um processo que tradicionalmente envolve inteligência 
computacional adaptativa. Mais recentemente, soluções de microgeração, como 
energia solar, instaladas nas residências e prédios, fizeram surgir a necessidade 
de medição e operação individual de cada cliente da rede em tempo real. 
 
 
4 
O aporte de tecnologia neste âmbito em particular é bastante significativo, 
ao ponto de ser considerado o foco inicial de implantação de inteligência urbana 
distribuída. Vamos entender um pouco mais esse tema. 
1.2 Redes elétricas inteligentes 
O uso de tecnologia nas redes elétricas não é algo novo. A operação do 
sistema elétrico nos três níveis (geração, transmissão e distribuição) sempre 
contou com uma boa dose de inteligência computacional. E não poderia ser 
diferente, porque a interligação do sistema elétrico permite a operação em 
praticamente infinitas combinações de geradoras, linhas de transmissão, linhas 
de subtransmissão, linhas de distribuição e ramais. Apesar dessa presença 
computacional precoce, a evolução da tecnologia nas próprias redes sempre foi 
lenta. 
A exigência por eficiência sustentável, o surgimento de objetos capazes 
de operar as redes de distribuição em tempo real, bem como a sedimentação de 
tecnologias de microgeração, viraram as utilities de energia de cabeça para baixo 
na última década. Segundo Berger e Iniewski (2015), “uma variedade de serviços 
de energia, incluindo a resposta à demanda, gerenciamento de carga, geração 
distribuída, tarifação em tempo real e automação de subestação pode ser 
alcançada através da incorporação de tecnologias avançadas de informação aos 
sistemas de energia”, obrigando as empresas a uma intensa atualização 
tecnológica. 
Esse aporte tecnológico leva às redes elétricas inteligentes (REI), cuja 
base de operação é uma rede de comunicação que enfrenta desafios atípicos, 
posto que é preciso suportar sistemas elétricos altamente interligados e 
heterogêneos. Ainda segundo Berger e Iniewski (2015), os requisitos dessa rede 
são confiabilidade (pelo menos maior do que a da rede elétrica em si), 
escalabilidade, disponibilidade, segurança (incluindo a total privacidade e a 
confidencialidade das comunicações), baixa latência (para atendimento, por 
exemplo, da teleproteção, com tempos menores que 10ms), QoS rígido, eficácia 
do custo e interoperabilidade. 
A arquitetura da rede elétrica inteligente inclui quatro camadas: aplicação, 
comunicação, controle de potência e camada de sistema. Da mesma forma que 
na estrutura OSI, cada camada da rede é independente das demais, com 
 
 
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interfaces padronizadas com as camadas superior e inferior. A figura a seguir 
ilustra a divisão em camadas. 
Figura 1 – As quatro camadas da REI 
 
 
Considerando a terceira camada, a que mais nos interessa, observamos 
que ela é composta de três níveis de comunicação: local, rede próxima ou de 
campo e de longa distância. Essas redes têm características um pouco distintas 
do que estamos acostumados em computação. Por conta disso, vamos 
descrever essa camada ainda neste tema. 
Como vimos na figura, existem duas camadas abaixo da camada de 
comunicação: controle de energia, com destaque para o sistema supervisório 
e de aquisição de dados, permitindo a tomada de decisões de operação, e a 
camada de base, que é o sistema de energia, composta pela tríade clássica 
dos sistemas elétricos (geração, transmissão e distribuição). 
Fica claro, pelo diagrama, que a camada de comunicaçãoé responsável 
por conduzir os dados obtidos na operação da rede para o centro de decisão 
(camada de aplicação), reconduzindo posteriormente os sinais de controle e 
gestão da rede elétrica para a camada inferior, do sistema de energia, de modo 
a operar a rede. Vamos analisar este tema em mais detalhes. 
1.3 Camada de comunicação em REI 
Redes de computadores com as quais temos intimidade operam com 
redes amigáveis, ou seja, à exceção de invasores esporádicos, todos os hosts 
de uma rede local fazem parte de uma mesma organização, cuja operação tem 
 
 
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um objetivo comum. Em uma REI, as redes congregam usuários distintos e 
mesmo concorrentes. Por exemplo, uma rede de campo FAN em um distrito 
industrial pode congregar vários objetos de indústrias concorrentes entre si. Daí 
a característica diversa das redes de computadores que conhecemos em relação 
às redes de objetos de uma REI. 
A rede local de uma REI é conceitualmente diferente de uma LAN 
tradicional. Há um nível HAN (Home Area Network ou rede residencial) definido 
para conter, eventualmente, os objetos inteligentes domésticos. Ainda no nível 
local, temos a rede predial, BAN (Building Area Network), que pode congregar 
HANs ou ainda ser um ente independente, no caso de prédios monocomerciais. 
No mesmo nível local, se a instalação atendida for uma indústria, teremos a rede 
IAN (Industrial Area Network). 
O próximo nível de rede será a rede de vizinhança, NAN (Neighborhood 
Area Network), e a rede de campo, FAN (Field Area Network). A distinção entre 
esses dois tipos na verdade não mais existe. Porém, originalmente, as redes que 
atendiam dispositivos de controle de rede ou de automação da distribuição de 
energia eram chamadas FAN. As redes que apenas congregavam equipamentos 
de medição dos clientes recebiam a denominação NAN. Essas redes estão se 
tornando gradativamente mais difíceis de distinguir. 
Finalmente, os dados serão entregues a uma rede de longa distância, 
WAN, incluindo a rede de backhaul, o núcleo da rede e a rede metropolitana. 
Essa estrutura hierárquica está ilustrada na figura a seguir. 
Figura 2 – Comunicação hierárquica da REI 
 
 Fonte: Elaborado com base em Berger; Iniewski, 2015. 
 
 
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Nosso estudo, por estar focado em redes para IoT, se concentra no nível 
das redes locais e de sensoriamento e automação NAN/FAN. Dada a brevidade 
deste estudo, não vamos abordar temas interessantes, como carriers 
residenciais e de rede de baixa e média tensão (PLCs, HomePlug, IEEE 1901, 
por exemplo), soluções que usam a própria linha de transmissão como meio de 
comunicação, com aplicação mais voltada às empresas de energia elétrica. 
1.4 Tecnologias sem fio para redes locais e NAN/FAN em REI 
Em soluções implementadas ou em fase de implementação, as 
tecnologias sem fio mais frequentes, para o nível de rede local, são padrões 
802.11, já estudados, Z-Wave, ZigBee, LoRa e IEEE 802.13.4 (Berger; Iniewski, 
2015). O padrão 802.13.4 engloba várias definições de tecnologia para as redes 
de WPAN e, genericamente, para redes de baixas taxas de transmissão, em 
áreas próximas e de baixo custo e consumo, a exemplo do próprio ZigBee, cuja 
especificação tem origem nesse padrão. O WiSUN, que será o nosso foco de 
estudo nesta aula, também tem a mesma origem, tendo recebido a designação 
802.15.4g pelo IEEE. 
Para as redes NAN/FAN, são usados os mesmos padrões, mas neste 
nível algumas soluções de maior alcance são alternativas viáveis, a exemplo de 
802.16 (WiMax), NB IoT e NB LTE, já estudados anteriormente. 
TEMA 2 – INTRODUÇÃO AO WISUN 
O Wi-SUM é baseado no padrão IEEE 802.15.4g para camada física 
(PHY) e no IEEE 802.15.4e para MAC, estabelecendo uma rede de baixíssimo 
consumo de energia, com boa densidade de objetos conectados por rede (até 
cinco mil) e alta interoperabilidade. A velocidade da rede é focada em IoT, 300 
kbps, alcance elevado (4 km). Opera tanto na faixa baixa de UHF como em 2,4 
GHz para conexões indoor. A novidade desse padrão em relação ao LoRa, por 
exemplo, é a sua potencial baixa latência, em torno de 20 ms, o que a torna 
viável para operações de tempo real em controle de provimento de serviços 
públicos essenciais, como gás, água e eletricidade. Outro fator distintivo da 
tecnologia é a especificação pela WiSUM Aliance de tempo de operação. Um 
dispositivo WiSUM deve ser capaz de operar, segundo o protocolo de máxima 
 
 
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economia de energia (que em breve estudaremos), ao menos 15 anos sem 
reposição de baterias (Wisum Alliance, 2019, p. 9). 
2.1 Histórico 
O padrão WiSUN foi inicialmente idealizado para resolver o problema de 
comunicação sem fio entre sistemas inteligentes de medição de energia elétrica 
e sistemas de gerenciamento de energia residencial – ou seja, para permitir a 
otimização de consumo residencial. O primeiro teste de escala foi realizado no 
Japão, com dezenas de milhões de consumidores. Dado o sucesso do padrão, 
foram feitos estudos de novos campos de aplicação, como agricultura de 
precisão, previsão de desastres e sistemas de suporte inteligente (Harada et al., 
2017). 
As primeiras especificações, alteradas após o sucesso da interface, 
seguiam as seguintes limitações: espectro de frequência liberado para a 
operação de 920 MHz e máxima potência de TX, 20 mW, o que resultou em um 
alcance máximo de 500 m. Esses parâmetros não poderiam atender às novas 
demandas. Porém, elevar a potência de TX reflete diretamente no consumo do 
equipamento, o que limita a flexibilidade de utilização. Dessa forma, foram 
concebidas três categorias topológicas de WiSUM, conforme a sua aplicação. 
2.2 Topologias WiSUM 
Três foram as categorias idealizadas para o padrão: comunicação em 
espaço aberto, comunicação urbana e comunicação móvel. Para comunicação 
em espaço aberto, o padrão atende o monitoramento e o sensoriamento para 
gerenciamento de energia, agricultura e pecuária de precisão, por exemplo. O 
sistema operará em PTM, com cobertura máxima entre 1 e 5 km. A comunicação 
tende a ser predominantemente LOS. Em caso de indisponibilidade temporária 
da estação rádio-base (BS – Base Station), o rádio-cliente poderá usar outro 
rádio-cliente para intermediar a comunicação (protocolo multi-hop). Nessa 
categoria, a BS pode ser composta por um rádio WiSUM ou por vários rádios 
operando em diversidade, desde que a eles sejam agregadas uma unidade de 
processamento de sinais (SPU) para seleção, tratamento e gerenciamento dos 
transceptores. A figura a seguir ilustra essas coposições. 
 
 
 
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Figura 3 – Composições WiSUM: operação em espaço aberto 
 
Fonte: Elaborado com base em Harada et al., 2017, p. 1034. 
Já na categoria de comunicação urbana existe o atendimento a edifícios 
inteligentes, bem como o sensoriamento e o monitoramento de dispositivos 
móveis. A BS é instalada no próprio prédio e a comunicação se dá em NLOS. A 
falta de linha de visada geralmente obrigará o protocolo a operar em multi-hop. 
Na categoria de comunicação móvel, o foco é o atendimento a veículos 
inteligentes e a transportes urbanos multimodais inteligentes. As BSs operam em 
prédios de modo similar ao sistema celular, objetivando garantir comunicação 
 
 
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LOS sempre que possível. Um sistema de gerenciamento das várias BSs deverá 
ser implementado. 
Agora que já conhecemos os rudimentos, as facilidades e os objetivos 
dessa tecnologia, podemos mergulhar nos protocolos das camadas PHY e MAC, 
de modo a entender o padrão por uma aproximação técnica. 
TEMA 3 – CAMADA PHY WISUM 
Já antecipamos que o WiSUM se baseia no padrão IEEE 802.15.4, como 
as demais soluções para atendimento de sensores e acionadores. A 
especificação das camadas física e de enlace/rede dessa tecnologia estão 
descritas precisamente nos padrões 802.15.4g e 802.15.4e. Neste tema, vamos 
estudar a camada física WiSUM, responsável pelo surpreendente desempenho 
dos transceptores dessa tecnologia.3.1 Visão geral da IEEE 802.15.4g 
A norma IEEE 802.15.4g é de fato uma extensão da 802.15.4, que trata 
genericamente de comunicações sem fio de baixa taxa de transmissão ou LDRW 
(Low Data Rate Wireless). Essa extensão foi criada para acomodar 
especificações de medições por objetos inteligentes de serviços públicos, 
alterando algumas características da camada PHY da norma original, o que gera 
a necessidade de alterar também a camada MAC, o que levou à criação da 
norma 802.15.4e, que vamos estudar ainda nesta aula. 
A nova norma estabelece três PHYs ou três possibilidades de modulação 
para os rádios: multi-rate FSK (MR-FSK), MRoffset QPSK e MR-OFDM. A 
primeira técnica, MR-FSK, atraiu a maior parte dos fabricantes interessados no 
desenvolvimento dos transceptores. Atualmente, é onipresente nessa 
tecnologia. Trataremos a seguir dessa técnica de modulação aplicada ao 
WiSUN. 
3.2 Modulação de sinal 
Como vimos, a modulação do sinal de dados no WiSUM é feita por 
chaveamento de frequência. A tabela a seguir ilustra alguns parâmetros de 
modulação MRFSK que serão tratados na sequência. 
 
 
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Tabela 1 – Parâmetros de frequência WiSUM 
 
Fonte: Elaborado com base em Harada et al., 2017, p. 1035. 
Na tabela, temos as bandas de frequências utilizadas na Europa e nos 
EUA. No Brasil, a liberação da faixa provavelmente será mantida segundo os 
parâmetros europeus. Observe que, na descrição da modulação, ocorre a 
precedência da expressão filtered, ou “filtrada”, de forma a indicar que para 
operar nessas faixas de frequência (dominadas pelas operadoras de celular) é 
necessário filtrar o FSK, limitando o espalhamento nesse espectro. Depois dessa 
expressão, temos um número que indica a amplitude da constelação da 
modulação, que pode ser entendida como o número de portadoras ou fases 
envolvidas. A expressão do sinal de transmissão FSK é dada por: 
 
Onde: ƒc e Ǿ(t) são a frequência e a fase da portadora. 
A filtragem é feita por um filtro gaussiano, cuja expressão matemática é: 
 
Onde: 
 e B é a banda resultante da filtragem. 
A filtragem de um sinal FSK por um filtro gaussiano resulta na modulação 
GFSK, que é a técnica presente na camada PHY do WiSUM. 
3.3 Quadro de transmissão 
 
 
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O quadro de transmissão MR-FSK está ilustrado na figura a seguir. 
Basicamente, há um cabeçalho de sincronização composto de uma sequência 
alternada de 0 e 1, que pode ter entre quatro e mil bytes. Após essa sequência, 
temos um delimitador, seguido do controle/comprimento do frame e finalmente 
dos dados. 
Figura 4 – Quadro de transmissão 
Sinc. 01010101... Delimitador Comprimento DADOS DADOS DADOS 
 
O delimitador não só indica o final da sequência de sincronização, como 
também informa se há algoritmo de correção de erro. Além disso, aponta qual 
dos dois tipos possíveis de correção de erro foi implementada na transmissão do 
quadro, considerando a norma. A correção de erro, se habilitada, é feita por 
algoritmo de correção, com redundância, de código convolucional, que cobre 
tanto os dados como o segmento de comprimento do frame. Os campos iniciais 
são transmitidos sem passar pelo algoritmo de correção. 
O campo de controle, composto por 2 bytes, contém outras informações 
além do comprimento do campo de dados. No primeiro byte, os primeiros cinco 
bits não indicam o comprimento, mas fornecem informações sobre a 
necessidade de correção de padrões longos de 0 e 1 (Data Whitening), ou ainda 
se houve variação de taxa de transmissão. A correção de padrões longos é uma 
técnica bastante usada em rádio comunicação, uma vez que longas sequências 
de um tipo de bit geram invariância no sinal transmitido, alterando a banda total 
do sinal. A correção é feita por algoritmos próprios definidos pela União 
Internacional de Telecomunicações. A implementação de DW só deve ser feita 
caso seja detectado um padrão recorrente de invariância, uma vez que há 
retardo no tratamento dos dados e ocupação da capacidade de processamento 
do equipamento. 
3.4 Demodulação 
O processo de demodulação segue basicamente a sequência inversa à 
modulação, com a inserção de um bloco de compensação da portadora. Neste 
bloco, o demodulador filtra a portadora para que, comparando-a com o padrão 
esperado, seja possível obter informações para o tratamento do sinal recebido. 
 
 
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Após a filtragem, o estágio demodulador GFSK precisa ser sincronizado com o 
sinal recebido, para que compreenda corretamente as variações de frequência 
e fase. 
Demodulado o sinal, uma nova fase de sincronização é encetada para a 
obtenção do clock. Obtido o clock, será possível extrair do quadro recebido os 
campos delimitador e controle, que orientam a decodificação de Whitening – DW 
(se houver) e correção de erro, segundo o tipo escolhido na transmissão. O 
diagrama a seguir ilustra o processo. 
Figura 5 – Demodulação 
 
TEMA 4 – CAMADA MAC WISUN 
A camada de controle de acesso ao meio, MAC, na norma 802.15.4e, 
pode apresentar características síncronas e assíncronas. As MAC assíncronas 
são as escolhidas para a maioria das implementações. Tais protocolos 
assíncronos ainda podem operar em três modos, quais sejam: CSMA/CA, CSL 
e RIT. Vamos entender cada um deles. 
 
 
 
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4.1 Protocolo CSMA/CA 
O protocolo CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision 
Avoidance) é uma evolução do protocolo CSMA/CD, estudado anteriormente. 
Naquele caso, o protocolo buscava detectar a colisão (CD- Colligion Detection) 
e avisar as estações para que suspendessem as transmissões, aguardando 
nova janela. O CSMA/CA, por sua vez, é um protocolo que busca evitar a colisão 
(CA – Collision Avoidance). Nessa versão, antes de iniciar a transmissão 
propriamente dita, o dispositivo envia um “aviso de transmissão” RTS (Request 
to Send), aguardando o CTS (Clear to Send) da BS. Só então os dados são 
transmitidos. O dispositivo também escuta o meio antes de enviar o RTS, 
tentando avaliar o nível de RF para antever a presença de dados de outros 
dispositivos. 
O protocolo CSMA/CA é uma das possibilidades de MAC para o WiSUN. 
Embora seja a técnica preferida nas novas versões de WiFi, como já estudamos, 
tem desvantagens importantes naquelas aplicações, em virtude do delay 
inserido no caso de não recepção do CTS. Nas aplicações de baixa velocidade 
do WiSUN, tais desvantagens são bem menos perceptíveis. 
4.2 Protocolo CSL 
No CSL (Coordinated Sampled Listening), cada dispositivo amostra o 
meio em intervalos constantes de tempo dito MCP (MAC CLS Period), comum a 
toda a rede. Quando um dispositivo deseja transmitir, ele emite uma sequência 
de despertar – WS (Wakeup Sequence), repetida continuamente, com duração 
maior que o MCP. 
Os demais dispositivos amostram o meio ao menos uma vez durante o 
WS transmitido. Ao perceber a sequência, desligam os transmissores por um 
período de quarentena. 
4.3 Protocolo RIT e F-RIT 
O protocolo RIT (Receiver Initiated Transmission), ou protocolo de 
transmissão iniciada pelo receptor, tem um comportamento um pouco distinto 
dos demais protocolos, focado em operação da rede no modo Mesh. Na figura a 
seguir, cada dispositivo que deseja fazer uma transmissão emite uma requisição 
(data request) a intervalos constantes. Nessa requisição, que é aderente ao 
 
 
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quadro que estudamos anteriormente, o campo de dados informa a identificação 
da subrede e do endereço do transmissor, bem como a subrede e o endereço 
de destino. 
Figura 6 – Protocolo RIT 
 
Fonte: Elaborado com base em Harada et al., 2017, p. 1035. 
Após o “data request”, o dispositivo aguarda um período igual, escutando 
a rede. Nesse período, o dispositivo verifica se há uma requisição para ele na 
rede. Se a requisição chega neste intervalo e é emitida pelo equipamento 
destino, TX iniciará a transmissão de dados. 
 Essa técnica permite a um dispositivo entrar em modo de latência após 
aguardar o períodoposterior ao “data request”, pois apenas nesse intervalo 
escutará a rede, despertando novamente apenas no novo ciclo de requisição. As 
latências podem chegar a dez segundos. O consumo de energia em latência 
será de apenas 2 μA, 8 mA em escuta e 14 mA quando em transmissão (Wisum 
Aliance, 2019). 
Uma implementação um pouco mais densa do protocolo é o F-RIT. Nessa 
versão, é acrescentado um pré sensoriamento de portadora, ou seja, o 
dispositivo, antes de mandar a requisição, escuta o meio; caso perceba a 
presença da portadora, aborta a transmissão do data request. O dispositivo 
tentará nova transmissão apenas no próximo ciclo. Essa técnica reduz as 
colisões, porém pode acarretar retardo de transmissão. 
Todas as técnicas que trabalhamos podem ser configuradas na maioria 
das soluções WiSUM. Como vimos, cada uma delas apresenta vantagens e 
desvantagens. O projetista, entendendo as particularidades de cada aplicação, 
poderá escolher a solução de maior otimicidade. 
 
 
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TEMA 5 – WISUM PARA IOT 
Os padrões IEEE que definem o WiSUM são relativamente novos, de 
modo que poucos fabricantes implementaram esses padrões em seus 
dispositivos. Isso não significa que a quantidade de objetos IoT equipados com 
transceptores WiSUM seja pequena. Esse paradoxo pode ser explicado pela 
origem do padrão ligada às empresas prestadoras de serviços públicos. Os 
protocolos IEEE 802.15.4g e IEEE 802.15.4e foram desenvolvidos para atender 
às exigências de redes de comunicação para tais empresas, principalmente para 
as empresas de energia elétrica, que têm um nível mais restritivo de 
especificações para atendimento às suas REIs. 
Entendido esse paradoxo, é bastante provável que em breve o padrão 
esteja popularizado e disponível em larga escala, tornando-o uma opção 
interessante para o projeto de uma rede segura de objetos inteligentes, sem 
limitação do número de objetos, e com resiliência suficiente para o atendimento 
a sistemas heterogêneos e de disponibilidade variável. 
Outro indicativo importante da robustez do protocolo e de seu potencial 
de crescimento é a criação da WiSUM Aliance. 
5.1 WiSUM Aliance 
Todos os padrões de comunicação longevos, como WiFi, LoRa e ZigBee, 
apresentam uma associação de manutenção do protocolo, que certifica os 
fabricantes de dispositivos, atestando a compatibilidade com o padrão, bem 
como a interoperabilidade entre dispositivos de fabricantes distintos. 
O padrão WiSUM tem associação com sede no Japão, país precursor no 
uso dessa tecnologia. A associação recebeu o nome de WiSUM Aliance, com 
um sítio eletrônico com várias informações interessantes sobre as 
funcionalidades e topologias possíveis1. 
A consulta ao site é indicada para um aprofundamento dos conhecimentos 
de aplicações possíveis e de casos de sucesso em operação. Na área destinada 
à certificação (Certification), você pode conferir todos os fabricantes e 
equipamentos certificados, o que permite uma pesquisa do estado atual de 
implantação da tecnologia. 
 
1 Disponível em: . Acesso em: 21 fev. 2022. 
 
 
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Outra consulta interessante é a comparação entre WiSUM, LoRa e NB-
LTE para o uso em objetos IoT, tema que resumiremos a seguir. 
5.2 WiSUM, LoRa o NB-LTE para conectividade de objetos IoT? 
A WiSUM Aliance publicou um estudo sobre as vantagens e 
desvantagens do uso dessas três tecnologias para atendimento às redes de 
objetos IoT (Wisum Aliance, 2019). 
O protocolo LoRaWAN tem a desvantagem de ser proprietário de um 
determinado fabricante, o que implica um acesso parcial à documentação dos 
protocolos, o que interliga a longevidade do padrão àquela da indústria 
proprietária. Naturalmente, existem outros fabricantes que produzem 
dispositivos compatíveis com o padrão LoRa; entretanto, como o padrão não é 
totalmente aberto, a compatibilidade nunca será plena. Do ponto de vista do 
consumo, os valores de repouso são idênticos, porém em escuta e transmissão 
a variação pode chegar a 50% a favor do WiSUM. 
O padrão NB-LTE (Narrow Band LTE), ou NB-IoT, ofertado por 
operadoras de celulares, é constituído de fato por ao menos dois padrões 
distintos, um gerenciado por um grande fabricante chinês e outro ligado a 
fabricantes europeus. Os padrões sofreram várias atualizações e se 
aproximaram, ainda que tenham se mantido distintos. Mesmo nas novas 
tecnologias de redes celulares 5G, que prometem novidades importantes nessa 
área, não há um padrão único previsto para a operação de banda estreita. Do 
ponto de vista do consumo, os valores de repouso são maiores em comparação 
às tecnologias anteriores. Porém, em transmissão, a variação é grande, podendo 
chegar 300 mA. A grande desvantagem dessa tecnologia, entretanto, é a 
questão da operação. Uma rede NB-IoT depende da presença da operadora 
celular na região e da disponibilidade do serviço. Esse fator limita 
substancialmente a aplicação da tecnologia, principalmente fora dos centros 
urbanos. 
 
 
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FINALIZANDO 
Nesta aula, estudamos alguns conceitos interessantes sobre smart cities 
e REI. Por um lado, a sua existência foi possibilitada pela evolução dos objetos 
IoT; por outro lado, constituíram-se elementos de tração para a evolução desses 
objetos. Estudamos com certa profundida o padrão WiSUM, que é uma excelente 
solução para a criação de redes de objetos IoT do ponto de vista técnico. Porém, 
dada a sua origem recente e a conexão com padrões exigentes de qualidade, 
ele pode apresentar custos elevados de aquisição. 
Chegamos ao fim de nosso estudo sobre redes para IoT. Partimos da 
difícil definição de objetos IoT, e então conhecemos a sua arquitetura e 
funcionamento, avaliando as principais redes para a conectividade desses 
objetos. Ainda não se pode definir quais serão os padrões de rede 
preponderantes no atendimento a tais objetos, pelo simples fato de que os 
próprios objetos ainda estão em franca evolução. Veremos, em um curto espaço 
de tempo, objetos inteligentes capazes de realizar funções que neste momento 
não existem. Certamente, os requisitos de rede serão impactados de tal forma 
que será preciso criar novas soluções. De qualquer forma, o estudo das redes 
rudimentares atualmente disponíveis forma uma base de conhecimento para o 
entendimento das redes do futuro. 
 
 
 
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REFERÊNCIAS 
BERGER, L. T.; INIEWSKI, K. Redes elétricas inteligentes: aplicações, 
comunicação e segurança. São Paulo: LTC, 2015. 
HARADA, H. et al. IEEE 802.15. 4g based Wi-SUN communication 
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WISUM ALIANCE. Comparing IoT networks at a glance: How Wi-SUN FAN 
stacks up against LoRaWAN and NB-IoT. 2019. Disponível em: . Acesso em: 19 fev. 2022. 
	Conversa inicial
	TEMA 1 – SMART CITIES E REDES ELÉTRICAS INTELIGENTES
	TEMA 2 – INTRODUÇÃO AO WiSUN
	TEMA 3 – CAMADA PHY WiSUM
	TEMA 4 – CAMADA MAC WiSUN
	TEMA 5 – WiSUM PARA IoT
	FINALIZANDO
	Nesta aula, estudamos alguns conceitos interessantes sobre smart cities e REI. Por um lado, a sua existência foi possibilitada pela evolução dos objetos IoT; por outro lado, constituíram-se elementos de tração para a evolução desses objetos. Estudamos...
	REFERÊNCIAS