Há alguns anos, a Internet das Coisas (IoT) tem sido uma realidade em constante evolução. A possibilidade de que as máquinas (nós) possam se comunicar entre si abriu caminho para aplicativos que prometem ter um impacto profundo em nossas vidas. Eles incluem agricultura inteligente, automação residencial e comunicação entre veículos.

Um dos principais elementos da IoT é a comunicação sem fio entre as máquinas, conhecido como comunicação máquina a máquina (M2M). Ao contrário das redes móveis, como 4G, ou redes WiFi, uma proporção significativa das comunicações M2M é caracterizada por velocidades de transmissão muito baixas, pacotes de dados muito pequenos e um grande número de dispositivos. Esses recursos representam um grande desafio em termos de coordenação de redes de telecomunicações.

Pesquisas recentes apresentam eficiência, algoritmos de baixa complexidade para que a Internet das Coisas via satélite seja cada vez mais acessível, graças à implementação de esquemas avançados de acesso aleatório por satélite. A pesquisa é desenvolvida em estudo publicado em Jornal Internacional de Comunicações e Redes por Satélite , dos quais um de seus autores é Giuseppe Cocco, pesquisador do Departamento de Tecnologias da Informação e Comunicação (DTIC) e do Centro Aeroespacial Alemão (DLR), junto com pesquisadores da Agência Espacial Européia.

O número de sensores conectados ao mesmo satélite pode ser extremamente alto

Suponhamos que uma cultura tenha um sensor de umidade conectado a um satélite que transmite informações apenas quando a umidade cai abaixo de um determinado limite. O sensor pode não enviar nenhuma informação por um longo tempo e, quando decidir fazê-lo, a quantidade de dados é muito pequena (apenas alguns bits). Nesse caso, o volume de dados de controle necessários para estabelecer uma conexão com a rede de satélites pode exceder a quantidade de dados úteis (carga útil) transmitida pelo sensor.

Embora isso possa não parecer um problema ao lidar com um único sensor, no caso de redes de satélite, o número de sensores conectados a um único satélite pode ser extremamente alto. Mesmo que cada sensor transmita uma pequena quantidade de dados muito ocasionalmente, o volume total de tráfego pode ser muito grande. Além disso, remover ou reduzir as informações de controle no tráfego M2M pode levar a sinais de diferentes sensores interferindo uns com os outros, o que pode causar a perda de informações enviadas e, no caso de tráfego intenso, até mesmo para um colapso da rede.

Neste contexto, entende-se como a informação de controle de tráfego M2M é um desperdício de recursos significativo, mas necessário para evitar interferências, o que pode levar à necessidade de usar uma largura de banda mais ampla, satélites maiores e mais caros ou mais deles, um custo mais alto de comunicação M2M e um impacto negativo no desenvolvimento da IoT.

Para resolver este problema, nos últimos anos, foram desenvolvidos novos sistemas avançados de acesso aleatório múltiplo que permitem uma grande limitação das informações de controle sem afetar o desempenho da rede. Esses sistemas funcionam tão contra-intuitivamente, isso é, em vez de tentar evitar interferências, eles aumentam, deixando cada nó para transmitir várias cópias da mesma mensagem sem saber se mais alguém está transmitindo ao mesmo tempo.

"O truque está em como o receptor explora essa interferência para limpar o sinal recebido, extrair informações úteis dele, "explica Cocco." Para ter uma ideia de como esses sistemas funcionam, você pode pensar em como você come uma alcachofra:cada vez que você remove uma folha, você come o pedaço bom dela, mas as folhas que estão abaixo também são liberadas, então há pelo menos uma nova folha que pode ser removida toda vez, "acrescenta o co-autor do artigo.

Vários artigos em revistas científicas internacionais confirmaram que o acesso múltiplo aleatório baseado na transmissão de várias cópias de cada mensagem é muito promissor. Contudo, esses estudos utilizam simplificações (necessárias para trabalhar de forma mais simples com equações e simulações) que não permitem avaliar o desempenho desses sistemas em um ambiente real, os autores do estudo explicam.

"Nossa contribuição vai além dessas simplificações. Estudamos o impacto em todo o sistema de vários elementos presentes em sistemas reais (como imperfeições na eletrônica de baixo custo que são típicas de muitos nós de IoT) e desenvolvemos algoritmos que ajudam a fortalecer o sistema contra eles. Assim, temos feito um esforço particular para desenvolver algoritmos que são ao mesmo tempo eficientes e de baixa complexidade, para que a IoT via satélite seja cada vez mais eficiente e acessível para todos, "conclui Cocco.