Tecnologia 5G - Geração de Tecnologia Móvel

Tecnologia 5G
Geração de Tecnologia Móvel

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Evolução das Tecnologias
Disponível em: https://www.ericsson.com/en/5g/what-is-5g
Latência: 100ms
Latência: 30ms
Latência: 1ms
• 1G: lançamento da telefonia celular -
somente chamadas;
• 2G: introdução das mensagens de
texto;
• 3G: possibilidade de conexão com
internet;
• 4G: conectividade internet com alta
velocidade.
• Já o 5G pode ser denominado como a
geração da hiperconectividade.

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As coisas mudaram muito desde a primeira geração da tecnologia móvel:
• Tecnologia 1G  A primeira geração foi uma tecnologia muito utilizada na década de 1980 pela rede AMPS, do inglês Advanced
Mobile Phone System, que era formada por sistemas analógicos e só era possível fazer transmissão de voz. A era 1G foi definida por
telefones do tamanho de pastas e conversas curtas entre um número relativamente pequeno de profissionais.
• Tecnologia 2G  A segunda geração foi uma tecnologia que ficou popular na década de 1990 em que o telefone celular começou a ser
mais utilizado pela população e o sinal mudou de analógico para um sinal digital, além da transição para a criptografia digital e com as
tecnologias mais utilizadas CDMA e GSM (Global System for Mobile Communication) que se tornou padrão. Na liderança para 2G, a
demanda por serviços móveis cresceu e nunca diminuiu. O 2G foi importante para distribuir serviços de voz e mensagens de texto.
Havia, também, capacidade para transmissão de dados, mas de forma limitada: o pico de taxa de transferência de dados era de
aproximadamente 97 Kbps.
• O sinal passa a ser digital, mas a tecnologia de rede ainda é a comutação de circuitos, assim como na Primeira Geração. A primeira
tecnologia 2G implantada o Brasil foi o TDMA, logo em seguida o CDMA, que evoluiu para o GSM.
• Algumas melhorias ao padrão GSM facilitaram a transmissão de dados e o acesso à internet por celulares. As tecnologias General
Packet Radio Service (GPRS) e Enhanced Data for Global Evolution (EDGE) foram fundamentais nesse processo, oferecendo maiores
velocidades de transmissão – no caso do GPRS, o pico atingia uma taxa de aproximadamente 171 Kbps, enquanto o EDGE alcançava até
384kbps.
• GPRS e EDGE trouxeram maior velocidade na transmissão de dados e permitiram o uso de internet por celulares, mas ainda operavam
como avanços dentro da tecnologia 2G. Por isso, esses serviços foram frequentemente chamados de "2,5G" ou "2,75G", simbolizando a
transição entre as gerações.
• Entre gerações (2,5G) - Seu grande diferencial foi uma técnica avançada de modulação que permitia a comutação por pacotes ao invés
de circuitos, a mesma técnica de transmissão adotada pelo IP da arquitetura TCP/IP.
Disponível em: https://canaltech.com.br/internet/diferencas-entre-1g-2g-3g-4g-5g-6g/
https://www.gta.ufrj.br/grad/10_1/movel/caracteristicas.html

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Disponível em: http://www.wirelessbrasil.org/wirelessbr/colaboradores/marilson/migrar_gsm/mig01.html
Histórico dos padrões móveis
1G 2G 2G 2,5G

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Disponível em: https://www.researchgate.net/figure/Differences-among-CDMA-FDMA-and-TDMA_fig2_353856800

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• Tecnologia 3G  O 3G, lançado em 2001, corresponde à terceira geração de conexão móvel, que consolidou o acesso e a navegação
pela internet por celulares. O enfoque dos novos padrões e tecnologias foi o uso diário de serviços de internet, como a navegação em
sites, redes sociais, acesso a e-mails e troca de mensagens.
• O padrão utilizado foi o Universal Mobile Telecommunication System (UMTS), que auxiliou na migração do GSM para o 3G, e foi o
primeiro a alcançar a marca de 2 megabits por segundo na taxa de transmissão em dispositivos parados. A implantação do 3G, no
entanto, foi um processo demorado em vários países devido ao uso de um espectro de frequência diferente do 2G. A mudança de
geração ampliou o acesso à internet móvel, comportando números cada vez maiores de taxas de dados.
• Assim como na geração anterior, o 3G recebeu melhorias ao longo dos anos, aumentando a velocidade e a capacidade de transmitir
dados móveis. A introdução da tecnologia High Speed Packet Access (HSPA) elevou o pico de downloads a 14 Mbps, enquanto a HSPA+
permitiu taxa de até 42 Mbps. Você pode notar a presença dessas tecnologias com o "H" ou "H+" exibidos em seu celular.
• Telefones que cabem no bolso, SMS e acesso móvel à internet eram marcas do mundo 3G.
• Tecnologia 4G  Seguindo com a transição entre gerações, o 4G representa a quarta grande fase de tecnologias para a conexão móvel,
com avanços significativos na transmissão de dados. Através do padrão Long Term Evolution (LTE), foi anunciada em 2010 e ampliou a
velocidade, a capacidade de tráfego e a estabilidade do uso de internet em celulares.
• O 4G possibilitou usar dados móveis para realizar serviços que, até então, eram limitados à conexão por banda larga fixa. A nova
tecnologia permitiu, por exemplo, reproduzir vídeos em alta definição, jogar online e realizar de videoconferências com velocidade e
estabilidade que não eram disponibilizadas no 3G. A quarta geração trouxe uma taxa de transmissão que podia atingir até 300 Mbps e
é uma rede baseada em protocolo IP, o que aumenta a capacidade de usuários simultâneos.
• As atualizações e melhorias na rede incluíram o LTE Advanced e o LTE Advanced-Pro, que elevaram a velocidade de conexão,
construindo uma transição para a próxima geração. Essas inovações trouxeram tecnologias como o carrier aggregation, atribuindo o
uso de mais de um bloco de frequência para a navegação, ampliando as taxas de transmissão.
• Graças ao 4G, temos smartphones, lojas de aplicativos e YouTube.

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• Tecnologia 5G  A quinta geração procura trazer mais do que aumentar a velocidade: marcará, também, a conexão sem fio para
outros aparelhos. Os resultados são previstos para uso doméstico, com a ampliação do conceito de casas conectadas; e em serviços
industriais, com novas possibilidades de automação e Internet das Coisas (IoT).
• O 5G utiliza um padrão chamado de NR. Em termos de velocidade, estima-se que a marca dos Gigabits por segundo seja alcançada.
Além disso, o 5G terá grande redução da latência, o que pode permitir atividades à distância em tempo real.
• A implantação do 5G ainda está em período de testes em diversos países e passa por uma série de processos. Para o consumidor final,
há um detalhe muito importante: para acessar o 5G, é necessário trocar o seu telefone celular por um aparelho compatível. O iPhone
12, lançado em 2020, é o primeiro modelo compatível da Apple. Desde o ano passado, Samsung, Motorola, Realme e Huawei também
lançaram celulares compatíveis.
• No Brasil, a chegada da tecnologia ainda depende do leilão das frequências disponíveis para o 5G. Em fevereiro de 2021, a Anatel
divulgou o edital desse processo. O documento determina que, a partir de 31 de julho de 2022, o 5G precisa estar garantido nas
capitais do país, com ampliação para outras cidades nos anos seguintes.
• Agora, o 5G está remodelando completamente nossas vidas profissionais e pessoais, permitindo novos casos de uso, como veículos
conectivos, realidade aumentada e vídeos e jogos aprimorados.

1G 2G 3G 4G 5G
Sistema
Analógico
Família
CDMA
Família
GSM
Outros FDMA, TACS TDMA,PDC,IDEN UMTS, TD-SDMA, WIMAX WIMAX
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Disponível em: https://www.teleco.com.br/5g_brasil.asp
GSM GPRS EDGE
CDMA
2000
1XRT
WCDMA HSPA HSPA+
EVDO
LTE LTE
ADVANCED
LTE
ADVANCED
PRO
5G
AMPS

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Sigla Significado
AMPS Advanced Mobile Phone System - Sistema de Telefonia Móvel Avançado - Padrão analógico para telefonia móvel.
TACS Sistema de Acesso de comunicação Total;
LTE Long Term Evolution - Evolução de Longo Prazo;
GSM
Global Sytem for Mobile Comunications - Sistema Global para Comunicações Móveis - The working principle of GSM
follows FDMA or TDMA;
EDGE Enhanced Date Rates For GSM Evolution - Taxas de Dados Ampliadas para a Evolução do GSM. É uma evolução do GSM;
CDMA Code Division Multiple Access - Acesso Múltiplo por Divisão de Código;
W-CDMA Wideband Code Division Multiple Access - Acesso Múltiplo por Divisão de Código em Banda Larga;
TDMA Time Division Multiple Access - Múltiplo acesso por divisão de tempo;
FDMA Frequency Division Multiple Access - Múltiplo Acesso por Divisão de Frequência;
GPRS General Packet Radio Service - Serviço de Rádio de Pacote Geral;
PDC Celular Digital Pessoal;
EVDO Evolution - Data Only;
1xRT 1x Radio Tansmission Technology;
UMTS Universal Mobile Telecommunications Service - Sistema de Telecomunicações Móveis Universal;
HSPA, HSPA+ High Speed Packet Access (+PLUS) - Acesso a Pacotes em Alta Velocidade;

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O que é a Tecnologia 5G
Projetada para:
• Grande conectividade;
• Bilhões de dispositivos;
• IoT, IIoT;
• Smart cities;
• Saúde;
• Trânsito;
• Internet;
Disponível em: http://www.emfexplained.info/?ID=25916

O que é a Tecnologia 5G
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Principais vantagens:
• Maior velocidade, baixa latência e alta conectividade (diversidade de
dispositivos);
• Permitir novas oportunidades e modelos de negócio (empreendedorismo e
inovação).

Aplicações e Características -
Tecnologia 5G
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Três categorias de aplicações e características:
1. Comunicações M2M
• Troca de dados entre dispositivos e máquinas;
• Manufatura, agricultura e comunicações empresariais;
2. Ultra-reliable low latency (URLLC)
• Controle em tempo real, baixa latência;
• Robótica, sistemas de segurança, segurança, veículos inteligentes;
3. Enchanced mobile broadband
• Velocidades rápidas;
• Acesso à internet, mobilidade.

Arquitetura 5G
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• Servidores locais e centrais;
• Células: Macros / Pequenas.
Technology Response time
(milliseconds)
4G - LTE systems 20-30 ms
5G – EMBB - enhanced mobile broadband 4-5 ms
5G - URLLC (Ultra Reliable Low Latency Communications) systems 1 ms

Arquitetura 5G
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Estação base:
• Antenas MIMO;
• Multiple input, multiple output;
• Mesmo tamanho das antenas 4G;
• Beamforming:
o Direcionar o sinal para os usuários e dispositivos;
o Uso de algoritmos de processamento para o melhor caminho para o sinal;

Arquitetura 5G
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Bandas:
• Em torno de 3,5 GHz e 2,3 GHz;
o Bloco B com 80 MHz nacional assim ficou a ocupação:
o B1 + D33: Claro, Frequência: 3,3 GHz - 3,4 GHz;
o B2 + D35: Vivo, Frequência: 3,4 GHz - 3,5 GHz;
o B3 + D34: TIM, Frequência: 3,5 GHz - 3,6 GHz.
• 28 GHz, 37 GHZ e 39 GHz
• 64 - 71 GHz (não licenciada)
• 70/80 GHz
• Reuso de bandas menores;

Arquitetura 5G
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Bandas:
• Já na oferta dos lotes C, ele foi criado como um bloco nacional de 80 MHz, compreendido
entre 3,6 e 3,68 GHz, porém fatiado em diversas regiões do Brasil:
o Lote C2 (Região Norte + SP): Sercomtel;
o Lote C4 (Região Nordeste): Brisanet;
o Lote C5 (Região Centro-Oeste): Brisanet;
o Lote C6 (Região Sul): Consórcio 5G Sul;
o Lote C7 (RJ+ES+MG): Cloud2U;
o Lote C8 (MG+MT+SP): Algar Telecom.
• Sendo assim, do total de frequências compreendido pela banda n78 do 5G NR, os
serviços móveis irão ocupar a banda entre 3,3 GHz e 3,68 GHz. Foi convencionado pela
Anatel que a banda entre 3,7 e 3,8 GHz será utilizada para SLP (Serviço Limitado Privado),
em redes 5G privativas sejam elas indoor ou outdoor.

Arquitetura 5G SA, 5G NSA e 5G DSS
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Variações da Arquitetura 5G. Os termos usados com o 5G (DSS, NSA e SA) se referem à
disponibilidade de frequências usadas pela rede:
• O padrão SA (Standalone), conhecido como "5G puro", apresenta infraestrutura
própria e sem dependência de antenas utilizadas pela rede anterior;
• O 5G DSS (Dynamic Spectrum Sharing, ou “compartilhamento dinâmico do espectro”)
é uma tecnologia intermediária e não traz todo o potencial da nova conexão. Em
alguns testes, o DSS conseguiu velocidade 2,4 vezes mais rápida que 4G;
• Ainda existe o 5G NSA (Non-Standalone), que utiliza parte da infraestrutura do 4G -
por isso é classificado como "impuro“;
• As versões NSA e SA compartilham as mesmas especificações de camadas físicas e,
portanto, espera-se que o hardware NSA seja compatível com o padrão SA.
• O 5G NR (New Radio) possibilita uma aumento significativo das taxas de dados
devido a incorporação de novas tecnologias, como o massive MIMO (Multiple-Input
Multiple-Output), que numa tradução livre seria Entrada Múltipla e Saída Múltipla”.
• O 3GPP anunciou a conclusão da especificação do 5G NR (New Radio) na sua versão
autônoma (standalone) em jun/18. A versão não autônoma (Non-standalone) havia
sido concluída em dez/17.
• 3GPP -"Third Generation Partnership Project“ – Responsável pela padronização da
evolução do GSM para 3G/4G/5G. É uma organização tecnológica do ramo de
telecomunicações, criada em 1998, que visa padronizar a criação, envio e reprodução
de arquivos multimídia em telefones celulares e outros aparelhos wireless GSM.

5G e o MIMO – Sistemas SISO / SIMO /
MISO / MIMO
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• Sistema SISO (Single-Input Single-Output), com
uma antena nas duas extremidades (uma no
transmissor e outra no receptor);
• Sistema SIMO (Single-Input Multiple-Output),
que inclui várias antenas na extremidade de
recebimento, mas ainda transmitem apenas
com uma única antena;
• Sistema MISO (Multiple-Input Single-Output),
na qual apresenta várias antenas na
extremidade de transmissão e apenas uma na
de recepção;
• Sistema MIMO (Multiple-Input Multiple-
Output) na qual apresenta várias antenas na
extremidade de transmissão e várias antenas
na extremidade de recebimento;
Disponível em: https://info.support.huawei.com/info-finder/encyclopedia/en/MIMO.html
SISO
SIMO
MISO
MIMO

Que tipos de MIMO existem?
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A tecnologia MIMO usa várias antenas para transmitir e receber sinais. Ele é inicialmente usado para
transmissão de dados de usuário único. No entanto, com o desenvolvimento de tecnologias de
transmissão multiusuário, vários tipos de tecnologia MIMO multiusuário são derivados do MIMO. Para
facilitar a distinção entre esses modos MIMO, o tipo MIMO de usuário único é referido como MIMO de
usuário único (SU-MIMO). Os tipos multiusuário da tecnologia MIMO incluem principalmente:
• MIMO multiusuário (MU-MIMO): permite que o transmissor transmita dados para vários usuários
simultaneamente. Wi-Fi 5 passa a suportar MU-MIMO com quatro usuários, enquanto Wi-Fi 6
aumenta o número de usuários em MU-MIMO para oito.
• MIMO cooperativo (CO-MIMO): combina vários dispositivos sem fio em um sistema multiantena
virtual, de modo que os transmissores vizinhos possam transmitir dados para vários usuários
simultaneamente.
• Massive MIMO: aumenta consideravelmente o número de antenas. O MIMO tradicional usa de
duas a oito antenas, enquanto o MIMO massivo suporta até 64, 128 ou 256 antenas. Esta
tecnologia é uma tecnologia chave para comunicações móveis 5G e melhora significativamente a
capacidade do sistema e a eficiência da transmissão.
• Em um sentido amplo, todos os tipos de tecnologia MIMO multiusuário podem ser classificados
como tecnologia MIMO. No entanto, quando MIMO é mencionado, geralmente se refere a SU-
MIMO.

Massive MIMO (5G)
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Disponível em: https://www.qorvo.com/design-hub/blog/best-practices-to-accelerate-5g-base-station-deployment
https://www.fiercewireless.com/tech/t-mobile-exec-says-massive-mimo-can-be-used-tdd-and-fdd-bands
https://www.researchgate.net/figure/Cellular-network-with-the-deployment-of-massive-MIMO_fig3_275061284

Tecnologia MIMO
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O MIMO é implementado principalmente através da diversidade espacial e da multiplexação
espacial. Ambos são classificados como tecnologias de codificação de espaço-tempo para converter
um canal de dados em vários canais de dados.
• Diversidade espacial - A diversidade espacial gera diferentes versões do mesmo fluxo de dados
para que o fluxo de dados possa ser codificado, modulado e então transmitido em diferentes
antenas. O fluxo de dados pode ser um fluxo de dados brutos a ser enviado ou um novo fluxo de
dados como resultado de certa transformação matemática em um fluxo de dados brutos. O
receptor usa um equalizador espacial para receber os sinais separadamente e, em seguida,
executa a demodulação e a decodificação para combinar os sinais do mesmo fluxo de dados e
restaurar os sinais originais. A diversidade espacial pode transmitir dados de forma mais
confiável.
• Multiplexação espacial - A multiplexação espacial divide os dados a serem transmitidos em vários
fluxos de dados para que os fluxos de dados sejam codificados, modulados e, então, transmitidos
em diferentes antenas. Isso melhora as taxas de transmissão. As antenas são independentes
umas das outras. Uma antena fornece um canal independente. O receptor usa um equalizador
espacial para receber os sinais separadamente e, em seguida, executa a demodulação e a
decodificação para combinar os fluxos de dados e restaurar os sinais originais.

Tecnologia MIMO
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Diversidade espacial - A diversidade de espaço melhora a confiabilidade da transmissão de dados
e é aplicável a cenários de transmissão de longa distância que não requerem altas taxas.
Multiplexação espacial - A multiplexação espacial melhora as taxas de transmissão de dados e é
aplicável a cenários de transmissão de curta distância com requisitos de alta taxa.

Três classes/abordagens para uso do
5G - Aplicações práticas
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Foram convencionados pelo 3GPP três tipos de segmento / serviço (Slice/
Service Types, SST) e suas principais características:
1. Banda larga móvel melhorada (eMBB - enhanced Mobile Broadband) -
Velocidades de até 10Gbps;
2. Internet das Coisas Massiva (mMTC - massive Machine-Type
Communication / MIoT, massive Internet of Things) - até 1 milhão de
conexões simultâneas por km2;
3. Comunicações ultra confiáveis de baixa latência (URLLC - Ultra Reliable Low
Latency Communications) - latência menor que 1ms.
Disponível em: https://twitter.com/ITU/status/1052210124490776576/photo/1

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Existem três categorias principais de caso de uso para 5G:
• eMBB - Enhanced mobile broadband - Banda larga móvel aprimorada – fornecendo
velocidades de dados significativamente mais rápidas e maior capacidade, mantendo o
mundo conectado. As novas aplicações incluirão acesso fixo à Internet sem fio para
residências, aplicações de transmissão ao ar livre sem a necessidade de vans de
transmissão e maior conectividade para pessoas em movimento.
• mMTC - Massive machine to machine communications - Comunicações massivas entre
máquinas – também chamadas de Internet das Coisas (IoT), que envolvem a conexão de
bilhões de dispositivos sem intervenção humana em uma escala nunca antes vista. Isso
tem o potencial de revolucionar os processos e aplicações industriais modernas,
incluindo agricultura, manufatura e comunicações comerciais.
• uRLLC - Ultra-reliable low latency communications - Comunicações ultraconfiáveis

de
baixa latência – missão crítica, incluindo controle em tempo real de dispositivos, robótica
industrial, comunicações de veículo a veículo e sistemas de segurança, direção autônoma
e redes de transporte mais seguras. As comunicações de baixa latência também abrem
um novo mundo onde cuidados, procedimentos e tratamentos médicos remotos são
possíveis.

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eMBB
• Enhanced mobile broadband
• (Banda larga móvel aprimorada)
mMTC
• Massive machine to machine communications
• (Comunicações massivas entre máquinas)
uRLLC
• Ultra-reliable low latency communications
• (Comunicações ultraconfiáveis

de baixa latência)
• Velocidades de até 10Gbps;
• Internet móvel com maior velocidade;
• até 1 milhão de conexões
simultâneas por km2;
• IoT - Internet das Coisas
(Internet of Things);
• Casas Inteligentes (Smart
Home);
• Cidades Inteligentes Smart
City);
• Agricultura;
• latência 1ms
• Carro Autônomo;
• Tratamento médico Remoto;
• IIoT - Internet Industrial das
Coisas (Industrial Internet of
Things);
• Robótica Industrial;

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Disponível em: https://www.juniper.net/br/pt/research-topics/what-is-5g.html

5G e Automação Industrial
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Disponível em: https://www.qualcomm.com/media/documents/files/read-the-white-paper-by-heavy-reading.pdf
Use-Case Category Scenario Impact
Time-critical processes • Real-time, closed-loop robotic control Increased efficiency & yields; safety
• Video-driven machine-human interaction
• AR/VR for maintenance & training
Non-real-time processes inside factory • Tracking products & machine inventory
Optimized management of production
facilities
• Non-real-time sensor data
• Remote inspection & diagnostics
Enterprise communication • Logistics & warehousing Improved business operations
• Employee & back-office communications
• Tracking goods post-production
Tabela 1: 5G & Factory Automation Processes
Tabela 2: Industrial Automation Performance Requirements for 5G
Source: 3GPP, ZVEI

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A Tabela 1 mostra três categorias de rede de alto nível para automação de fábrica que podem ser
habilitado pelo 5G: 1) processos em tempo real; 2) processos sem tempo crítico; e 3) mais amplo
comunicações empresariais. Cada uma dessas categorias contribui para o melhor funcionamento do
fábrica ou instalações industriais semelhantes, como armazenamento, logística ou indústrias extrativas
(mineração, petróleo e gás, etc.).
Desempenho URLLC 5G para automação industrial - Critérios de desempenho podem ser resumidos
da seguinte forma:
• Disponibilidade do Serviço: Refere-se à porcentagem de tempo que a comunicação ponta a ponta
serviço de comunicação é entregue, de acordo com um nível de serviço acordado. Para auto-
industriais informação, isso é importante para a "confiança", que é a combinação de confiabilidade,
disponibilidade, manutenção, segurança e integridade do sistema. Confiabilidade é um fator crítico
métrica em sistemas de produção industrial, pois o custo das paradas é muito alto.
• Tempo de ciclo e latência: o tempo de ciclo refere-se ao tempo permitido para um sistema de
controle para gerar um comando, transportá-lo pela rede para um sensor ou atuador e em seguida,
receba a confirmação de que o comando foi entregue com sucesso. a latência permitido pela rede
é, portanto, uma fração do orçamento geral de tempo. Um ciclo de 2 ms tempo, por exemplo, pode
permitir apenas 500 μs para transmissão.
• Área de serviço e densidade: refere-se à área de serviço dentro da qual o desempenho meta deve
ser alcançada. Automação de fábrica geralmente significa redes locais de apenas algumas centenas
de metros, ou mesmo dezenas de metros, em dimensão. Densidade é o número de dispositivos
terminais dentro da área de serviço. Especialmente onde os sensores são usadas, as densidades
podem ser muito altas em relação às redes celulares de área ampla atuais.

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• Comunicação e interface para outros protocolos;
• Integração com tecnologias existentes;
• 5G Alliance for Connected Industries and Automation;
TSN Profinet
EtherCAT
Ethernet/IP
Outros
protocolos
Encapsulamento
Adaptadores
5G
• Requisitos de heterogeneidade:
o Diferentes meios físicos (cabo, ótico, rádio);
o Diferentes tecnologias (barramentos industriais, redes diversas);
o Diferentes protocolos e serviços;
o Interoperabilidade;
o Plataformas de desenvolvimento;
o Ferramentas de gestão;
o Reconfiguração de dispositivos;
o Busca aumentar a integração, reduzindo trabalhos de configuração;
Disponível em: https://www.youtube.com/watch?v=Y1Jq9Z5IOAg&t=1368s

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Local-Area 5G Network With Path Diversity
Source: Qualcomm

31
Neste exemplo de tempo crítico, mostrado na Figura anterior, um veículo guiado automaticamente
(AGV) conecta-se a serviços de controle industrial que fornecem roteamento e instruções de trabalho
pelo 5G rede. Para garantir a disponibilidade, o AGV é servido por duas (ou mais) estações base de
rádio e combina o sinal de cada um. Um sistema usando uma única estação base e um AGV com um
sistema de antena avançado, normalmente oferece alta confiabilidade em relação ao WiFi das redes de
hoje, dados os recentes avanços no processamento de sinal e assim por diante. Neste caso, porém, as
estações base são sincronizadas de modo que fluxos de dados redundantes sejam enviados e recebidos
de/para o AGV. Combinando o sinal de várias estações base, comunicações altamente confiáveis,
resistentes a objetos em movimento e obstruções físicas, podem ser alcançado, de acordo com as
metas de disponibilidade listadas na Tabela 2.
Dessa forma, o design da rede 5G local ajuda a garantir a confiabilidade do sistema e o torna robusto
às mudanças ambientais e à frequente reconfiguração das linhas de produção e processos.

32
Disponível em: https://nokia.com/networks/go-allwhere/private-wireless/manufacturing/

Topologia da Rede Móvel
33
Disponível em: https://www.oficinadanet.com.br/artigo/733/gsm_o_que_e_e_como_funciona
Rede GSM – Tecnologia 2G

34
Disponível em: https://www.teleco.com.br/tutoriais/tutorialredegsm/pagina_3.asp
AUC HLR EIR
MSC/VLR
BSC
BTS
SS
BSS
Cell1 Cell2
Cell3
Base Transceiver Station
(BTS)

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BSC1
BSC3
BSC2
HLR1
BSC21 BSC22
VLR2
Visitor Location Register (VLR)
Home Location Register (HLR)
Mobile Switching System (MSC)
MSC1 MSC2

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A rede GSM é subdividida em duas camadas: Switching System (SS), ou CORE network (núcleo da rede), e Base Station System (BSS), ou
access network (rede de acesso).
Base Station System (BSS) - A BSS é a camada que cuida do acesso do usuário à rede. É através dessa camada que o usuário se conecta
para poder realizar a comutação de voz ou dados (ligação telefônica).
Os nós que compõem a BSS são responsáveis pela conectividade entre a central e o terminal móvel (celular). São eles: a Base Transceiver
Station (BTS) e a Base Station Controller (BSC).
Base Transceiver Station (BTS) - A função da BTS é prover a conexão de rádio para a estação móvel (celular). É composta basicamente de
rádios transmissores e receptores TRX, Processador de Sinal, Equipamentos de Controle, Antenas e Feeder Cables. Pode-se dizer que uma
BTS é uma célula dentro da estrutura geográfica da rede. Entretanto, podem ser encontrados exemplos em que uma BTS é na verdade um
conjunto de três células diferentes, como descrito anteriormente na apresentação da célula setorizada.
Base Station Controller (BSC) - A BSC é a controladora das BTS’s, e sua função é alocar um canal para a duração da chamada, monitorar as
chamadas visando qualidade e potência transmitida pela BTS ou a estação móvel, e garantir o handover para outra célula, quando
requerido.
A BSC controla uma ou mais áreas de localização (LA’s), dependendo de sua capacidade. Então é comum encontrarmos redes em que o
número de BSC’s seja grande.

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Switching System (SS) - A SS é a camada da rede que cuida da comutação de chamadas, do encaminhamento de mensagens e da
sinalização. Os nós que a compõem são: Mobile Switching System (MSC), Home Location Register (HLR), Visitor Location Register (VLR),
Authentication Center (AUC), Equipment Identity Register (EIR) e Gatway Mobile Switching Center (GMSC).
Mobile Switching System (MSC) - A MSC é a central de comutação da rede GSM. Ela é responsável por encaminhar e comutar as
chamadas e mensagens de cada estação móvel (celular) e equipamento da rede.
A MSC provê a conexão entre os assinantes da rede, e conexão da rede GSM com a rede PSTN (rede fixa). Ela coordena os processos de
Location Update e Handover na rede, gerencia os recursos de rádio (BSC’s) e gerencia a informação de bilhetagem para os assinantes.
A MSC é uma controladora de BSC’s, e isso faz com que ela seja o centro da rede GSM. Ela recebe todas as informações da rede e, assim,
todas as chamadas e mensagens originadas vão para a MSC para serem comutadas aos destinos correspondentes.
Home Location Register (HLR) - O HLR é a base de dados de assinantes na rede. Nele estão armazenadas informações como número do
assinante (MSISDN), identificação do assinante na rede (IMSI), tipo de plano assinado pelo usuário e serviços suplementares do assinante.
A ativação e a desativação de serviços é feita no HLR. Isso significa que a operadora GSM usa o HLR para ativar e desativar os serviços
fornecidos aos seus usuários.
Para o assinante se registrar na rede, o HLR é consultado para verificar se o assinante tem ou não permissão para usar os serviços
oferecidos pela operadora.
A MSC mantém um canal de sinalização com o HLR para verificação e identificação do usuário, como pode ser observado na figura a seguir.

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Visitor Location Register (VLR) - O VLR é uma base de dados temporária de usuários visitantes, sendo geralmente montada no mesmo
equipamento da Central (MSC). No entanto, dependendo do tamanho da rede e número de assinantes, pode também ser alocada em um
equipamento dedicado.
Entende-se por visitante todo assinante que não está registrado na MSC responsável por aquela área. Isso pode ocorrer também dentro
de uma mesma rede (dentro da mesma PLMN), isso se a operadora possuir mais de uma MSC.
Nesse caso, pode-se imaginar o seguinte cenário: um usuário da operadora XYZ está registrado na MSC1 e, portanto, seus dados estão
armazenados no HLR1. Se ele estiver em Roaming (visita) na área da MSC2 dessa mesma operadora, para que ele possa se conectar a rede
o VLR da MSC2 precisa ter suas informações.
Então, a MSC2 solicita uma cópia dos dados desse usuário para o HLR1 e grava no VLR2, a fim de poder autorizar a conexão desse usuário.
Assim que o usuário sair da área de cobertura da MSC2, esta irá apagar seus dados no VLR2.
Isso acontece também entre diferentes operadoras. Portanto, toda MSC possui um VLR.
Authentication Center (AUC) - A AUC é o nó de rede que cuida da segurança para os assinantes, sendo responsável por autenticar os
usuários da rede a fim de prevenir fraudes como a Clonagem. Seu sistema de autenticação é simples e eficaz, utilizando chaves e
algoritmos de autenticação.
O pacote utilizado para a Autenticação do assinante é chamado de Triplex. O triplex é gerado na AUC utilizando o IMSI do usuário.
A AUC possui um gerador RAND (gerador randômico), que é parte integrante das informações que completam o Triplex. O RAND é gerado
e utilizado juntamente com o IMSI e a Chave de Autenticação Ki para gerar o SRES (Signed Response). Essas três informações RAND, IMSI e
a Chave Ki passam pelo algoritmo de autenticação A3 e formam o SRES.
A mesma coisa é feita com o algoritmo A8 para gerar a Chave Kc. As três informações geradas RAND, SRES e Kc formam o Triplex. A
estação móvel (celular) faz a mesma coisa no SIM card e envia o Triplex para a AUC. Os dois Triplex gerados são comparados e, se forem
iguais, a autenticação está completa e o usuário poderá se conectar a rede.

39
Equipment Identity Register (EIR) - O EIR é a Base de dados que armazena o IMEI. O IMEI é o numero de série da estação móvel (celular),
gerado na fabrica do hardware. Esse IMEI é enviado para a operadora assim que o usuário adquire o aparelho na loja.
O IMEI é basicamente utilizado para a segurança contra furto do aparelho móvel (celular). Isso significa que nenhum individuo que não
seja o comprador do aparelho possa utilizá-lo, uma vez que o IMSI é atrelado ao IMEI.
Assim, nenhum outro SIM card que não seja o original será aceito na operadora, fazendo com que o aparelho seja bloqueado.
Gateway Mobile Switching Center (GMSC) - O GMSC é o portão de entrada e saída para outras redes. É através dele que a operadora se
comunica com outras redes, sejam elas redes móveis (PLMN) ou redes fixas (PSTN).
Um usuário que esteja em Roaming em outra rede poderá se comunicar com a sua rede Home ou rede de origem através do GMSC.
O GMSC tem a função de obter informações do HLR sobre usuários presentes na rede para assim poder re-routear as chamadas.
Authentication Center (AUC)

40
Disponível em: https://www.teleco.com.br/tutoriais/tutorialmvnoimp1/pagina_2.asp
https://docplayer.es/58242286-Vacios-regulatorios-en-el-area-de-core-de-la-telefonia-movil-wilson-forero-jimenez-
universidad-santo-tomas.html
BSS – Base Station
Subsystem
BTS
BSC
HLR
SGSN GGSN
MSC
REDE
TELEFÔNICA
(PSTN)
INTERNET
VLR
2G
NSS – Network & Switching Sbsystem
EIR AuC
Rede GSM –
Tecnologia 2G
Um
ETM
Subsystem
BTS
BSC
Ubis
ETM
MSC
VLR
Gb
BTS
ETM
A

41
(interfaces)
Subsistema de comunicação da Rede NSS: é o conjunto de elementos computacionais encarregados de realizar o controle e administração
das chamadas dos usuários, bem como o armazenamento das informações a elas relacionadas. É composto pelos seguintes elementos:
MSC (Mobile Switching Center): este elemento controla o estabelecimento, roteamento e terminação da chamada, através do BSC e BTS,
do usuário chamador para o usuário chamado. Isso dá mobilidade ou transferência entre os BSCs. Ele transmite não apenas a voz, mas
SMS, serviços de mensagens curtas de texto e encaminhamento de chamadas. Realiza o controle das BSCs e permite a comunicação com o
VLR e HLR e outros operadores.
HLR (Home Location Register): é o elemento que armazena dados do usuário, serviços prestados como SMS, correio de voz, serviços de
dados, além de servir como consulta de dados do usuário ao MSC.
VLR (Visitor Location Register): É um elemento lógico independente, mas está dentro do MSC. Ele armazena as informações dos assinantes
que estão conectados ao referido MSC, localização no nível BTS e BSC, tempo de registro do usuário no MSC. Ele também armazena as
informações fornecidas pelo HLR, o que permite não solicitar repetidamente ao HLR informações de assinante.
EIR (Equipment Identification Register): tem como função verificar o identificador do ETM ou IMEI (International Mobile Equipment
Identification) e é único no mundo. Cada operadora identificou cada um dos IMEI de seus usuários. Se o telefone for roubado e
denunciado e denunciado à operadora, o IMEI é colocado na lista negra pelo EIR. Se o EIR detecta uma chamada para o número de celular
roubado, ele a interrompe, mesmo que o SIM seja diferente, deixando o telefone inoperante. O EIR também suporta uma lista cinza na
qual a chamada não é descartada, mas envia um anúncio informando sobre seu uso.
AuC (Authentication Center): é um elemento complementar do HLR. Para manter a confidencialidade nas comunicações e identificá-las
com segurança, são utilizadas chaves privadas para cada SIM. Essas chaves também são armazenadas no AuC. Por questões de segurança,
eles não são armazenados em nenhum outro lugar da rede e o AuC os mantém protegidos.

42
RNS – Radio
Network System
NodeB
RNC
HLR
SGSN GGSN
MSC/
MSS
REDE
TELEFÔNICA
(PSTN)
INTERNET
VLR
3G
CN – Core Network
EIR AuC
Tecnologia 3G
UTRAN – Universal
Terrestrial Radio
Access Network
Uu
ETM
RNS – Radio
Network System
NodeB
RNC
Iub
Iu
Iur
ETM
MSC/
MSS
VLR
Iu
NodeB
ETM

43
(interfaces)
UTRAN - Universal Terrestrial Radio Access Network - Esta é a rede de acesso UMTS que permite a conectividade entre a ETM e a CN Core
Network da rede UMTS. É dividido em subsistemas de rede de rádio RNS (Radio Network System), cada um composto por um RNC e o
número de NodeBs conectados a ele.
NodeB: é o mesmo BTS, mas da terceira geração. Os nodos B estão localizados nos mesmos sites da BTS e, devido aos custos, permitem a
atribuição de sinal ao usuário 3G ao utilizar a interface aérea com tecnologia WCDMA. Também realiza o controle das informações
originadas pelo ETM através da interface Uu.
RNC (Radio Network Controller): executa funções semelhantes ao BSC e controla os NodeBs conectados a ele. Além disso, gerencia os
recursos da interface Iu; discrimina tráfego de voz e dados e gerencia os canais associados.
CN Trunk Network (Core Network): este subsistema é composto por dois grupos:
• O primeiro grupo é CS Circuit Switching (Circuitos Comutados). É responsável por rotear o tráfego de voz entre os usuários do ETM e o
tráfego de voz com o rede pública comutada PSTN, através do MSC.
• O segundo grupo é a comutação de pacotes PS (Packet Switched). É responsável por interligar os usuários por meio do SGSN e do GGSN,
com as redes de dados e demais serviços do ISP, componentes que serão explicados a seguir.
SGSN (Serving GPRS Support Node): é o elemento que recebe as comunicações de dados das BSCs. Suas funções são a distribuição de
pacotes de dados e a localização e gerenciamento de usuários conectados na área gerenciada.
GGSN (Gateway GPRS Support Node): recebe as comunicações do usuário dos SGSNs. Ele também controla os SGSNs para que possam
receber comunicações de qualquer SGSN, mesmo em outro país com usuários em roaming, e executa funções de controle e cobrança.

44
eNodeB
SGW
PGW
MME
INTERNET
HSS
4G
EPC – Evolved Packet Core
Tecnologia 4G
ETM
E-UTRAN – Universal
Terrestrial Radio Access
Network
eNodeB
S1
ETM
eNodeB
ETM
SGW
S11
S8
X2

45
(interfaces)
E-UTRAN - Evolved UMTS Terrestrial Radio Access Network ou Universal Terrestrial Radio Access Network: subsistema formado pelos
eNodeBs (Enhanced Node B)
eNodeB: Evolved Node B equivalente ao NodeB. A diferença é que o eNodeB executa as funções do RNC. O elemento eNodeB se conecta
diretamente ao backbone IP da própria operadora, já que toda a comunicação é via IP. Não há chamadas de voz e o ETM tem que passar
para 2G ou 3G para usar o serviço de voz. No futuro, serão implementadas chamadas VoLTE ou VoIP (voz sobre IP) para permitir conexões
de voz e dados 4G.
EPC Evolved Packet Core: subsistema responsável pelo controle e gerenciamento dos serviços dos usuários com o ETM, composto pelo
MME (Mobility Management Entity), S-GW (Serving Gateway) e P-GW (PDN Gateway).
MME: é o componente responsável pela gestão da rede LTE. Controla o RTM com a identificação do usuário em combinação com o HSS e a
escolha do SGW que irá gerenciar o serviço solicitado.
S-GW: é o elemento que recebe as comunicações de dados dos eNodes B, e gerencia toda a mobilidade do ETM no momento do
handover, realiza o roteamento de pacotes e, em algumas operações, realiza a contabilidade baseada no usuário.
PGW: é o equivalente do GGSN na rede 2G e 3G, e é responsável por atribuir os endereços IP a cada usuário, realizar tarefas de controle de
dados e cobrança.

46
NB - Node B
BTS BSC
RNC
HLR
SGSN GGSN
MSC/
MSS
REDE
TELEFÔNICA
(PSTN)
INTERNET
VLR
3G
2G
CN – Core Network
RNS – Radio Network
System
Tecnologia Integrada
para 2G e 3G
MGW
Subsystem

47
GERAN
NB - Node B
BTS BSC
RNC
HLR
SGSN GGSN
MME
MSC/
MSS
SGW PGW
EIR HSS
REDE
TELEFÔNICA
(PSTN)
INTERNET
VLR
4G/LTE
3G
2G
CS Core
EPC
PS Core
UTRAN
E-UTRAN
S1
eNB – eNode B
Abis A
Gb
Gs
C,D,F,H
Gn
Gc
Gr, Gf
Gi
IuPs
I
u
C
s
S3
S4
S1
S12
S11
S5/S8
SGi
S13
S6a
IuB
X2
Tecnologia Integrada
para 2G, 3G, 4G/LTE

48
Sigla Significado
AMPS Advanced Mobile Phone System
AUC Authentication Center
BSC Base Station Controller
CORE Core Network, Núcleo de Rede
EDGE Enhanced Data Rates for GSM Evolution
GGSN Gateway GPRS Support Node
GPRS General Packet Radio Service
GSM Global System for Mobile Communications
HLR Home Location Register
HSS Home Subscriber Server
IP Protocolo de Internet
LTE Long Term Evolution
MGW Media Gateway
MME Mobility Management Entity
MSC Mobile switching system
MSS Mobile Switching Centre Server
PCRF Policy and Charging Rules Function
PDN-GWG Packet Data Network Gateway/Packet Gateway
PGW Packet Data Network Gateway
PSTN Rede Pública de telefonia Comutada (RPTC) - Public switched telephone network
QOS Qualidade de serviço (Quality of Service)
RNC Radio Network Controller
SAE System Architecture Evolution
SGSN Serving GPRS Support Node
S-GW Serving Gateway
SMSC Short Message service center
STP System Transfer Protocol
UDC User Data Convergence
UMTS Universal Mobile Telecommunications System - é uma das tecnologias de terceira geração móvel.
VLR Visitor location register

49
(interfaces)
Sigla Significado
A
Interface entre BSC e MSC - permite a interligação entre o BSC e o MSC, utiliza o sistema de sinalização
número 7, faz o gerenciamento do BSS, gerenciamento de chamadas e gestão da mobilidade.
Air esta interface é a que conecta o ETM com o BTS por meio de sinais de rádio pelo ar.
Abis
Interface entre BTS e BSC - esta interface é a que conecta o BTS com o BSC, para o qual utiliza o protocolo
LAPD, que é responsável pela sinalização e controle da BTS, e sincronização com o ETM.
Gb Interface entre BSC e SGSN
luB Interface entre NodeB e RNC
luCs Interface entre RNC e núcleo de comutação da rede
luPS Interdace entre RNC e núcleo de comutação de pacotes
S1
Interface entre EnodeB e MME - é uma interface de plano de usuário entre o eNodeB e o MME. Ele é usado
para transmitir os dados do plano do usuário de uplink e downlink entre o eNodeB e o MME.
S11
é uma interface do plano de controle entre o MME e o S-GW. É usado principalmente para transmitir
configuração de portador, atualizar e deletar mensagens entre o MME e o S-GW.
S12
Interface entre RNC e MME - é uma interface para o plano do usuário (User plane) entre o RNC e o S-GW. Ele
flui entre o RNC e o S-GW quando usado para entregar com o UTRAN.
S4 é um plano de sinalização e interface de plano de usuário entre SGSN S4 e S-GW.
S5/S8
é uma interface entre o plano de sinalização e o plano do usuário entre o S-GW e o P-GW. É usado para
exclusão e para a criação do contexto para a transmissão de dados.
X2 Interface entre EnodeBs.

50
(interfaces)
HLR (Home Location Register) - o HLR (Home Location Register) é um banco de dados de usuários (assinantes), contém informações e perfis de usuários, é utilizado em redes móveis
celular.
O HLR contém informações dos usuários, como número permanente do telefone celular, informações de conta, status da conta, as preferências do usuário, plano contratado pelo usuário,
a localização atual do usuário, etc.
Os HLRs são usados pelas MSCs (Mobile Switching Center) ou Centrais de Comutação Móveis para verificar se o assinante pode originar uma chamada, quais serviços foram contratados,
existência de créditos, etc.
PTS (Ponto de transferência de sinalização) - o PTS (Ponto de Transferência de Sinalização) é responsável pela sinalização entre a central celular (MSC) e as outras centrais. No protocolo
de sinalização por canal comum #7 (SS7), o plano de sinalização e controle é separado dos canais de voz, os caminhos são independentes. Há uma rede nacional de nós PTS interligada
para que as centrais possam estabelecer as rotas para se completar uma chamada enquanto o usuário está digitando os números do telefone desejado.
MSC (Mobile Switching Center) / MSS (Mobile Soft Switch) ou centro de comutação móvel gerencia o estabelecimento e o término de chamadas De e Para usuários móveis. Um MSC é
responsável pelo roteamento de chamadas de voz e dados, bem como outros serviços (tais como chamadas em conferência, fax e dados por comutação de circuito).
Originando/recebendo uma chamada. Quando um telefone móvel é ligado ele procura um canal de controle não utilizado, toma-o e requisita um registro.
O MSS (Mobile Soft Switch) separa o controle de chamadas e funções de comutação em nós separados e fundamentalmente muda a forma de comutação dos serviços móveis, como voz
e SMS, são manipulados. Isso permite que o projeto de rede seja muito mais eficiente através de otimização da localização de equipamentos, maior escalabilidade e O & M simplificado.
Suporte flexível para as tecnologias em evolução e modernização do hardware e complementos do IMS para proporcionar uma migração suave e eficaz para o futuro "All-IP" da rede. Em
experiência comercial, mostrou que pode melhorar as capacidades de serviço, resultando em potencial receita e economia até 50% do núcleo da rede OPEX.
Os benefícios mais importantes de um Softswitch estão nos operacionais:
• Aumento da eficiência de transmissão.
• Expansão flexível e evolução da rede.
• Projeto de rede otimizado com controle de chamadas centralizado e de comutação distribuída reduz os custos de O&M e do site.
SMSC (Short Message Service Center) - um centro de SMS (SMSC) é responsável por tratar as operações de SMS de uma rede sem fio. Quando uma mensagem SMS é enviada de um
telefone móvel, ela alcança um centro de SMS em primeiro lugar. O centro de SMS, em seguida, encaminha a mensagem SMS para o destino. Uma mensagem SMS pode passar mais de
uma entidade de rede (por exemplo, SMSC e SMS gateway) antes de chegar ao destino. A principal tarefa de um SMSC é rastrear a mensagens SMS e controlar do processo. Se o
destinatário não está disponível (por exemplo, quando o celular está desligado), o SMSC irá armazenar a mensagem SMS. Ele irá encaminhar a mensagem SMS quando o destinatário
estiver disponível.
Muitas vezes um SMSC é dedicado a lidar com o tráfego de SMS de uma rede sem fio. Um operador de rede normalmente gerencia seu próprio SMSC(s) e loca-os dentro de seu sistema
de rede. No entanto, é possível que um operador de rede possa usar um SMSC de terceiros que se situa fora do sistema de rede sem fio.
Você deve saber o endereço do SMSC da operadora para uso de mensagens SMS com o seu telefone móvel. Tipicamente, um endereço de SMSC é um número de telefone convencional
no formato internacional. Um telefone celular deve ter uma opção de menu que pode ser usado para configurar o endereço do SMSC. Normalmente, o endereço do SMSC é pré-definido
no cartão SIM pelo operador da rede, o que significa que você não precisa fazer quaisquer alterações.
RNC (Radio Network Controler) - é responsável pelo controle da estação rádio base no acesso das redes 3G (UTRAN – UMTS Terrestrial Radio Access Network), ou seja, as estações que
estão conectadas á ele. O RNC realiza a gestão dos recursos de rádio, algumas das funções de gestão da mobilidade e é o ponto onde a criptografia é feita antes dos dados dos usuários
serem enviados de e para o terminal móvel. O RNC, conforme figura 4, se conecta à rede de comutação por circuito através do Media Gateway (MGW) e na rede de comutação por
pacotes através do SGSN (Serving GPRS Support Node). Existem três tipos de RNC: C-RNC (Controladoria RNC), D-RNC (RNC Drift) e S-RNC (Serving RNC).

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Notas do Editor