Cabeamento single pair é vital para o futuro da internet das coisas

Luís Domingues (*) – 07.10.2020 – 

A demanda por protocolos de rede padrão de Ethernet industrial de ponta a ponta tem crescido fortemente e deve impulsionar a chamada IIoT, a Industrial Internet of Things

 A maioria das pessoas pode não perceber, mas vivemos um momento de forte crescimento no uso da internet das coisas. Para começar, já temos em uso pelo mundo mais sensores e dispositivos de IoT conectados à internet que smartphones. Segundo dados do Gartner, há no mundo mais de 25 bilhões de equipamentos de internet das coisas em operação. E a IDC estima que até 2025 teremos mais de 40 bilhões de dispositivos de IoT em funcionamento.

Enquanto as aplicações focadas no consumidor – dispositivos portáteis, automação residencial e aplicações automotivas – atraem grande parte da atenção da mídia, elas são modestas diante do potencial da chamada IoT industrial (IIoT). De acordo com dados da consultoria Accenture, os investimentos mundiais nessa área devem saltar de US$ 20 bilhões (valor registrados destinado em 2012), para US$ 500 bilhões já em 2020.

A maioria dos dispositivos conectados – especialmente aqueles usados em operações industriais – é implementada na chamada borda da rede e grande parte necessita de conexão de dados através de rede cabeada. Há equipamentos alimentados por bateria, mas a maioria depende de uma alimentação de energia confiável.

Nesse cenário, cabe aos engenheiros de rede determinar como conectar o grande número de sensores, controladores, câmeras e outros dispositivos de uma maneira que seja eficiente, fácil de expandir e econômica. Tradicionalmente, essas conexões de borda são feitas por meio de links que não são Ethernet, usando um protocolo de rede do tipo Fieldbus. Devido à sua natureza altamente fragmentada e proprietária, há várias implementações que não são interoperáveis.

A integração e coordenação de dispositivos na rede apresenta desafios como a complexidade da instalação, falta de mão de obra qualificada, problemas de interoperabilidade e diversos procedimentos de manutenção. Como resultado, a demanda por protocolos de rede padrão Ethernet industrial de ponta a ponta tem crescido fortemente, com um foco significativo sendo colocado em aplicações de cabeamento single pair.

O Grupo de Trabalho do Ethernet IEEE 802.3 tem discutido os padrões em desenvolvimento a respeito desse filão, com foco em uma rede unificada baseada em Ethernet single pair como alternativa ao cenário extremamente fragmentado. Há várias razões pelas quais esse grupo aposta nessa tecnologia:

• Possibilidades crescentes relacionadas a dados e energia: as normas e as tecnologias avançadas confirmam que a Ethernet single pair poderá suportar velocidades acima de 10 Gbps, como também suportar até 50 watts, atendendo uma ampla variedade de dispositivos que precisam de energia e dados.
• Uso eficiente do espaço: com cerca de 25% da massa e peso dos tradicionais cabos Ethernet de quatro pares, o cabeamento single pair pode ajudar a aliviar o aumento da densidade nas infraestruturas de encaminhamento de cabos e permitir mais, e mais flexíveis, opções de roteamento. Isso inclui conexões com dispositivos menores de alta densidade.
• Segurança de dados: o principal desafio na implantação de IoT em larga escala é garantir a proteção da rede. As aplicações IEEE 802.3 possuem recursos de proteção integrados para permitir comunicações seguras.

O Projeto do IEEE 802.3 para 10 Mbps sobre Ethernet em single pair completou a etapa final da votação e o IEEE-SA Standards Board aprovou a norma IEEE 802.3cg-2019, que foi publicada em fevereiro de 2020.

Os objetivos do projeto abrangem casos de uso em automação industrial, automotiva e predial, com duas camadas físicas (PHY) capazes de suportar as aplicações IEEE 10BASE-T1S com alcance até 15 metros e capacidade opcional de multi-drop a 25 metros, e IEEE 10BASE-T1L com alcance de até 1.000 metros.

Apesar da grande expectativa que o Ethernet single pair traz, é importante ter em conta que a tecnologia não é a solução para todos os cenários. Ela tem limitações quanto à taxa de dados e capacidade de transmissão de energia, o que restringe o segmento máximo e o alcance do link. Essas variáveis devem ser levadas em consideração na decisão de como e onde implementá-lo.

Aplicações como iluminação LED, por exemplo, requerem maior potência, porém menores velocidades de transferência de dados. Por outro lado, aplicações como pontos de acesso sem fio multibanda e multiantenas consomem muitos dados e exigem potências ainda maiores.

Boa parte do desenvolvimento de edifícios inteligentes e automação de processos tem se concentrado na redução das necessidades de energia dos dispositivos conectados.

Vale lembrar que os recursos de transmissão de dados da Ethernet single pair são mais do que suficientes para satisfazer as necessidades da maioria dos dispositivos conectados, pelo menos aqueles atualmente conhecidos. De acordo com a empresa de consultoria de IoT James Brehm & Associates, 86 % dos dispositivos IoT consomem menos de 3 MB por mês.

A discussão entre quatro pares e single pair não exige uma decisão do tipo “um ou outro”. Em muitos casos, eles podem coexistir e servir de suporte para a mesma aplicação. A Ethernet single pair pode ser usada para conectar o dispositivo ao ponto de consolidação de serviço mais próximo e a de quatro pares pode conectar o ponto de consolidação de serviço à sala de equipamentos.

Mas uma coisa é certa, o cabeamento single pair, devido a seu peso, custo e benefícios, bem como a facilidade de instalação e manutenção, combinados ao fato do conhecimento sobre Ethernet ser bem disseminado no mercado, representa uma tecnologia que será essencial para o crescente mercado de internet das coisas nos próximos anos.

* Luís Domingues é Engenheiro da CommScope da área de infraestrutura.