Tecnologias de redes sem fio para casas inteligentes: uma análise técnica e econômica

Abstract

O conceito da Smart Grid encontra-se em execução e é uma realidade próxima, sua aplicação foi acelerada pela redução dos custos dos componentes eletrônicos, a evolução da Internet das Coisas e a necessidade do desenvolvimento de soluções mais eficiente para os veículos elétricos e a geração distribuída. Os principais projetos ao redor do mundo estão começando pela implementação de Smart Homes, devido a maior facilidade da solução técnica e alta compensação. Toda essa implementação está acompanhada de barreiras técnicas e econômicas, devido ao aumento de dados gerados e o aumento do custo direto dos produtos. Os principais problemas relatados são: a grande oferta de tecnologias de comunicação e a falta de interoperabilidade entre a solução dos fabricantes. Este documento foca no estudo das principais redes sem fio, Sub-GHz, Wi-Fi e ZigBee, realizando um comparativo através de análises técnica e econômica das redes, visando eleger a melhor solução para um controle e gerenciamento de demanda dentro de uma Smart Home. As tecnologias são testadas por meio de um experimento computacional parametrizado por dados obtidos de um teste de campo, aplicado num ambiente real, baseado numa residência no Brasil. A simulação foi utilizada para avaliar as tecnologias de rede sem fio de forma mais ampla, permitindo simular um ambiente completo de Smart Home para gerenciamento e demanda de energia, aplicando um nodo de comunicação para cada ponto de energia. A análise econômica relaciona o custo direto de rádios da tecnologia e seu consumo de energia, baseado em tarifas da distribuidora local da residência. Concluiu que a rede sem fio Wi-Fi, baseado no padrão IEEE 802.11, é a melhor solução para aplicações de gerenciamento de demanda e energia de ambientes Smart Home, apresentando maiores taxa de sucesso de transmissão e melhor custo benefício.

Abstract: The Smart Grid concept is being implemented and it is a close reality, its application has been accelerated by the reduction of the electronic component?s costs, the Internet of Things evolution and the necessity to develop more efficient solutions for electric vehicles and distributed generation. The main projects around the world are starting with the implementation of Smart Homes, due to the greater easy technical solution and high compensation. These implementations are followed by technical and economic barriers, due to the increase in data generation and the increase products price. The problems reported are: the large variety of technologies communication and the lack of interoperability between the manufacturers' solution. This document focuses on the study of the main wireless networks, Sub-GHz, Wi-Fi, and ZigBee, through a technical and economic comparison analysis of the networks, highlighting the best solution to demand and energy management inside a Smart Home. The technologies are tested by means of a computational experiment, parameterized by data obtained from a field test, applied in a real environment, based on a residence in Brazil. The simulation was used to evaluate wireless network technologies in more details, allowing to simulate a complete Smart Home environment for energy and demand management, applying a communication node for each energy point of a smart home. The economic analysis relates the direct cost of technology module and their energy consumption, based on rates from the local distributor of the residence. In conclusion, the Wi-Fi technology, based on the IEEE 802.11 standard, was the best solution for demand and energy management applications in Smart Home environments, with higher transmission success rates and better cost benefit.