Análise do desempenho das tecnologias Wi-Fi 5, Wi-Fi 6 e redes 5G privativas para aplicações de vídeo na indústria 4.0

Abstract

O avanço das redes sem fio no contexto da Indústria 4.0 exige soluções capazes de atender a aplicações com elevados requisitos de taxa de transmissão, baixa latência e alta confiabilidade, principalmente em sistemas de visão computacional e monitoramento em tempo real. Nesse cenário, tecnologias como Wi-Fi 5 (IEEE 802.11ac), Wi-Fi 6 (IEEE 802.11ax) e as redes 5G privativas destacam-se como alternativas promissoras para a transmissão de vídeo em ambientes industriais. Neste contexto, estudos experimentais em ambientes industriais são necessários para avaliar o desempenho dessas tecnologias em diferentes cenários. Esta dissertação analisa o desempenho dessas soluções em duas etapas experimentais. Na primeira fase, foi realizada a comparação entre as tecnologias Wi-Fi 5 e Wi-Fi 6 para a transmissão de dados, considerando os requisitos de taxa de bits de um middleware de vídeo. Na segunda fase, comparou-se o desempenho de uma rede Wi-Fi 6 e de uma rede 5G privativa na transmissão de vídeo em tempo real em um ambiente industrial. A arquitetura experimental estabelece dois domínios de acesso sem fio configurados sob condições equivalentes, de modo a garantir a comparabilidade dos resultados. O ambiente utiliza um middleware de vídeo responsável pela geração e transmissão de fluxos a 30 FPS (Frames Per Second), com resoluções que variam de VGA até DCI 4K. A análise considera métricas diretamente associadas à qualidade do vídeo, como taxa de bits, manutenção da taxa de quadros e perda de quadros, além da avaliação de diferentes larguras de canal no Wi-Fi 6 (20, 40 e 80 MHz) e cenários com e sem linha de visada. O conjunto experimental da segunda fase totaliza 640 execuções, correspondendo a aproximadamente 53 horas e 30 minutos de medições contínuas. Os resultados indicam que, em cenários de menor exigência de taxa de bits, como VGA e HD, ambas as tecnologias atendem aos requisitos da aplicação com desempenho semelhante. Entretanto, à medida que a demanda por taxa de bits aumenta, as diferenças estruturais entre as tecnologias tornam-se mais evidentes. O Wi-Fi 6 apresenta maior variabilidade na taxa de bits, comportamento associado ao mecanismo de acesso ao meio baseado em contenção CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance), especialmente em condições de elevada ocupação espectral. Em contrapartida, a rede 5G privativa mostra maior previsibilidade temporal e menor oscilação nas métricas de taxa de bits. Contudo, a rede 5G apresenta maior sensibilidade a cenários sem linha de visada em resoluções mais elevadas, como DCI 4K, nos quais se observa redução da taxa média de transmissão. Como contribuição, o trabalho fornece uma base experimental para apoiar a tomada de decisão quanto à adoção de redes Wi-Fi 6 ou 5G privativas em aplicações industriais de vídeo, ao evidenciar vantagens, limitações e comportamentos distintos de cada tecnologia sob diferentes condições operacionais.