5G y el Internet de las Cosas: Revisión Sistemática

Abstract

Palabras-clave: Tecnología 5G, inteligencia artificial, Internet de las Cosas, redes inalámbricas Abstract: In the 21st century, the structure, and guidelines in different countries, such as the use of artificial intelligence, applications, parameters, and components related to 5G technology and the Internet of Things, allows us to establish as a study proposal a review of the literature on these technologies. The results obtained from the analysis carried out allow us to determine the efficiency and reliability of 5G with the IoT. Keywords: 5G technology; artificial intelligence; Internet of Things; wireless networks. 1.Introducción En el siglo XXI, la tecnología 5G se introduce en el continente europeo, y en países como Japón y EE. Los autores de (Lytvyn et al., 2019) y (Sapunkov & Afanasieva, 2019), mencionan que el servicio de monitoreo continuo, como la gestión deben tener un mantenimiento adecuado que permitan priorizar la reducción en los costos de mano de obra, considerando que en la actualidad la mayor parte de los servicios, tales como ventilación, iluminación, alarma contra incendios, seguridad, monitoreo de video, etc. se puede administrar de forma remota, para lo cual se necesita de personal capacitado que puedan cumplir eficazmente sus funciones.

Headnote

Resumen: En el siglo XXI la estructura y lineamientos en diferentes países, en el uso de la inteligencia artificial, aplicaciones, parámetros y componentes relacionados con la tecnología 5G y el Internet de las Cosas, nos permite establecer como propuesta de estudio una revisión de la literatura de estas tecnologías. Para lo cual se desarrolló una metodología con base en la recopilación de datos obtenidos a través de las siguientes preguntas de investigación: Pl: ¿Cuántos estudios se refieren a la tecnología 5G?, P2: ¿Cuántos estudios se refieren al Internet de las Cosas?, y P3: ¿Existe contribución de la tecnología 5G hacia el Internet de las cosas?. Se desarrollo una búsqueda exhaustiva acerca de la temática. Los resultados obtenidos del análisis realizado permiten determinar la eficiencia y fiabilidad del 5G con el IoT. Se concluye que el IoT sumado con el 5G, brinda mayor estabilidad, y confiabilidad para la transmisión de datos.

Palabras-clave: Tecnología 5G, inteligencia artificial, Internet de las Cosas, redes inalámbricas

Abstract: In the 21st century, the structure, and guidelines in different countries, such as the use of artificial intelligence, applications, parameters, and components related to 5G technology and the Internet of Things, allows us to establish as a study proposal a review of the literature on these technologies. For which a methodology was developed based on the collection of data obtained through the following research questions: Q1: ¿How many studies refer to 5G technology? Q2: How many studies refer to the Internet of Things?, and Q3: Is there a contribution of 5G technology towards the Internet of things? An exhaustive search was developed on the subject. The results obtained from the analysis carried out allow us to determine the efficiency and reliability of 5G with the IoT. It is concluded that the IoT added to the 5G, provides greater stability and reliability for data transmission.

Keywords: 5G technology; artificial intelligence; Internet of Things; wireless networks.

1.Introducción

En el siglo XXI, la tecnología 5G se introduce en el continente europeo, y en países como Japón y EE. UU, considerando América Latina para pruebas, por lo que se aprobó el despliegue del 5G en varios países para principios de la tercera década del siglo XXI, como lo manifiestan los autores (Korzeniewska & Krawczyk, 2019). También, la implementación del 5G, ha trazado objetivos inteligentes, flexibles y ecológicos. Según los autores (Uddin, Gibson, Safdar, Ur-rehman, & Imran, 2019), sostienen que ayuda al aumento de la eficiencia espectral y costos de instalación, mediante la nueva tecnología y su ancho de banda de 30 y 300 GHz, hacen que se la considere como la mejor opción para trabajar con sistemas domóticos.

Por lo que este estudio basado en la revisión sistemática de la literatura se lo desarrolla con la finalidad de conocer las características y factores de relación entre las tecnologías del 5G y el IoT para el emprendimiento de proyectos. Según lo manifiestan los autores (Bertsch, 1990), (Oh, Bahn, & Chae, 2005) y (Song, Ding, Zhang, & Song, 2008), en las viviendas del siglo XXI, las redes domóticas y electrónicas de consumo se fusionarán a través de muchos sensores distribuidos, así, también la construcción de estas viviendas serán edificadas a través de redes automatizadas que permitirán un monitoreo inalámbrico de las aplicaciones conectadas, y los datos obtenidos en su funcionamiento físico como temperatura, humedad, movimiento y luz para proporcionar información a la HVAC (Calefacción, Ventilación, y aire acondicionado) sean almacenados como parte de un sistema de control.

Las tecnologías habilitadoras de 5G, según los autores (Wang et al., 2017) cuentan con una eficiencia espectral, con un acceso múltiple de código disperso (SCMA), códigos polares y OFDM filtrado (f-OFDM). También se la considera novedosa en base a la tecnología de acceso múltiple, esquema de codificación de canales y forma de onda, de acuerdo con los autores (Zhou & Li, 2020), esta tecnología mejora la percepción inteligente y la capacidad que ofrece en tiempo real, es decir que la ejecución de ordenes por parte de los usuarios se realizan en cuestión de milisegundos. El uso inteligente de aplicaciones lo manifiestan los autores (Efendi, Siswanto, & Sudarman, 2018), (Chowdhury, Sarkar, Syamal, Sengupta, & Nag, 2019), quienes sostienen que mediante un teléfono inteligente conectado a la red de internet controla y monitorea el uso de iluminación eléctrica del hogar, esta aplicación utiliza la ayuda de un microcontrolador como una herramienta que controla al interruptor eléctricgo que está conectado a un mini servidor a la red.

El Internet de las Cosas (IoT) se relaciona con la recopilación de información sensorial, reconocimiento y administración inteligente para la línea blanca y marrón, mediante la conexión de múltiples dispositivos como computadores, tablets, y celulares con base a lo manifestado por los autores (Zhilibayev et al., 2020), considerando que los autores (Kim, Kim, Rodrigues, & Yang, 2018), mencionan que un hogar inteligente comprende desde la línea de electrodomésticos como (lavadoras, secadoras, refrigeradores, etc.), línea marrón (altavoces, televisores, consolas de juegos, etc.), y sistemas de seguridad y protección (Sensores, monitores, cámaras y alarmas conectados a Internet). El IoT permitirá que dentro de las casas inteligentes se incluya el uso de baterías como fuentes de almacenamiento (energías renovables), las cuales ayudarán a conservar el medio ambiente, puesto que la energía que se utiliza a base de combustible fósil es escasa según los autores (Hirasawa et al., 2018).

Los autores de (Lytvyn et al., 2019) y (Sapunkov & Afanasieva, 2019), mencionan que el servicio de monitoreo continuo, como la gestión deben tener un mantenimiento adecuado que permitan priorizar la reducción en los costos de mano de obra, considerando que en la actualidad la mayor parte de los servicios, tales como ventilación, iluminación, alarma contra incendios, seguridad, monitoreo de video, etc. se puede administrar de forma remota, para lo cual se necesita de personal capacitado que puedan cumplir eficazmente sus funciones. Se afirma que las expectativas de las personas siguen cambiando al momento de implicarse dentro de un hogar inteligente, en vista esto ha generado el desarrollo a las Ciudades, pasando a ser ciudades inteligentes y sostenibles (CSS) la cual requiere de una extenuante labor por las competencias que a lo largo del tiempo han venido evolucionando tecnológicamente según lo manifiestan los autores (Jensen, Strengers, Kjeldskov, Nicholls, & Skov, 2018) y (Pereira, Estevez, Krimmer, Janssen, & Janowski, 2019).

Este documento está organizado de la siguiente manera, en la Sección 1 se presenta la Introducción acerca de este estudio. La sección 2 se enfoca en la Metodología, la Sección 3 da a conocer los resultados y análisis obtenidos a partir de las preguntas. Finalmente están las conclusiones y referencias de esta investigación.

2.Metodología

Se desarrolló una revisión de la literatura sobre la tecnología 5G, y su aporte a el Internet de las Cosas (IoT), para lo cual se consideró tres fases: a) planificación de la investigación, b) desarrollo de la búsqueda de información, y c) presentación de los resultados.

Esta investigación se basó en los criterios de Kitchengam y Charters, revisado en el artículo de los autores (Babar & Zhang, 2009), en los que, mediante un estudio relevante, proponen las directrices para realizar revisiones sistemáticas de literatura en la ingeniería de software, a manera de orientar a los investigadores para que evalúen e interpreten todas las publicaciones de investigación disponibles a través de una pregunta de investigación en particular. Se considera en este estudio los lineamientos para una estructura definida en el desarrollo de una RSL y subetapas en las que contemplan metodología de búsqueda, resultados y por último la agregación de evidencia.

2.1.Planificación

Para realizar esta investigación se formularon las siguientes preguntas: P1: ¿Cuántos estudios se refieren a la tecnología 5G?, P2: ¿Cuántos estudios se refieren al modelo de comunicación del Internet de las Cosas?, y P3: ¿Existe contribución de la tecnología 5G hacia el Internet de las cosas?.

Para este esudio se consideraron criterios de inclusión y exclusión sobre los artículos que estén disponibles en texto completo en revistas, los artículos pueden ser de una revisión de la literatura y/o revisión sistemática, artículos relacionados con las preguntas de investigación; y el rango comprendido de búsqueda de los artículos fue partir del año 2018 hasta el año 2021.

2.2.Procedimiento de búsqueda de información

Este procesr infsstiúsfso se eeelizr aplifrndo la cadena úe búsqúeda а cada una de ias fueetes de eados relacionadas a la literatura sobre el 5G y su relación con el Internet de las Cosas y, como resultado, se obtuvieron un total de 121 artículos, como lo muestra la Tabla 1.

Se realizó una revisión y depuración de artículos que no cumplieron con los criterios establecidos, o que fueron duplicados en diferentes fuentes de información. Posteriormente se revisó el resumen de los artículos encontrados y se eliminó un total de 38203 trabajos de investigación, obteniendo 623 estudios relevantes de este proceso, del cual se revisó el contenido completo de cada uno de estos artículos, obteniendo 121 estudios principales y del análisis de estos, se obtuvieron artículos relacionados a la literatura sobre el 5G y su relación con el IoT.

2.3.Resultados encontrados

Como resultado de la cadena de búsqueda en IEEE Xplore, Xplore, Science Direct, Springer y ACM Digital Library, se obtuvo 38826 estudios, de los cuales 121 se consideró con base a los criterios y preguntas establecidas en esta investigación

El IoT es una tecnología muy prometedora que tiene el objetivo de ir revolucionando y conectando al mundo a través de aparatos inteligentes con características diferentes a través de un modelo de conectividad aceptable. La demanda de comunicaciones que existe, esto ha provocado un explosión y variedad de tecnologías de comunicación con varios requisitos que logran una visión moderna y aplicabilidad del IoT.

Según los autores (Akpakwu, Silva, Hancke, & Abu-Mahfouz, 2017), se han introducido estándares celulares más recientes como Long-Term Evolution (LTE) para los distintos dispositivos móviles, pero no son adecuados para dispositivos de baja potencia y bajas tasas de transferencia de datos, como los dispositivos IoT. Por lo que para abordar esto, hay una serie de estándares emergentes de IoT, relacionado con la red móvil de quinta generación (5G), la cual, tiene como objetivo abordar las limitaciones de los estándares celulares anteriores y ser un habilitador clave potencial para el futuro IoT

3.Resultados

3.1.Resultados encontrados referentes a la pregunta 1: ¿Cuántos estudios se refieren a la tecnología 5G?

El proceso de investigación se realiza aplicando la cadena de búsqueda a cada fuente de datos relacionada con la tecnología 5G. Como resultado, se obtuvo un total de 43082 artículos relevantes de los que se clasificaron según la fuente de datos, se realizó una revisión y depuración de los artículos que no cumplieron con los criterios establecidos y que fueron duplicados en diferentes fuentes de información. Posteriormente se revisó el resumen de los artículos encontrados y se eliminó un total de 42390 trabajos de investigación, obteniendo 692 estudios relevantes de este proceso, del cual se revisó el contenido completo Ve caída unu Se esaos articulus, obtemendo 5e estudios principales y del análisis de estos, se obtuvieron artículos relacionados a la revisión de la tecnología 5G.

Con reaerensia a tos 50 artículos se eocovtró una estsuctuas de la aed 5G que podrían ser i Mestarlo a las redes PAÍS (qsrsonae iWee NelwoaS), MAN (Meqeopolitan Area Network), y WSN tSUiVe Anea Network), habilitadua por diracciones IPo5. Ее к TsUln a se describe a la )ecoolor;la 5G con Ossea s las caraeterísttcaa, ventujss s clesvantajas encontradas en este estudio.

En la Tabla 3 se describen las diferencias de una red 5G y una red 4G considerando a los autores (Barnett, S umits, Jain, & Andra, 2015) , los cuales manifiestan que la tecnología 5G es la red móvil de próxima generación que va a permitir crear innovación y generar un cambio significativo en todos los sectores económicos. Así también en la Tabla 4 se muestra la rel ación de l a tecnologí a 5G con las diferentes áreas de las ci encias, como por ejemplo del sector industrial, y en la Tabla 5 se describe características y parámetros encontrados en la evolución de las redes inalá mbricas , las cuales hacen la diferencia en su evolución

3.2.Resultados encontra dos referentes a la pregunta 2: ¿Cuántos estudios se refieren al modelo de comunicación del Internet de las Cosa s?

Los resultados con relación a la Pregunta 2, se los determino en base a la revisión y depuración de artículos que no cumplieron con los criterios establecidos o que fueron duplicados en diferentes fuentes de información. Posteriormente se revisó el resumen de los artículos encontrados y se eliminó un total de 10818 trabajos de investigación, obteniendo 710 estudios relevantes de este proceso, del cual se revisó el contenido completo de cada uno de estos artículos, obteniendo 71 estudios principales y del análisis de estos, se obtuvieron artículos relacionados a la revisión del Internet de las Cosas.

En la Tabla 6 se describen las características de las redes de telefonía que soportaría al IoT como función principal, entre las que se menciona Long Term Evolution-Machine Type Communication (LTE-M), Narrow Band Internet of Things (NB-IoT) y Extended coverage- Global System for Mobile (EC-GSM) como tecnologías y así también se 3.3.Pregunta 3 : ¿Existe contribución de la tecnología 5G hacia el Internet de las cosas?

En m sde eetualėo se dercribe -a conlvrbución - relación de da tecnolodía 5G hacsa ed inVemed de din cadas con base a la énformacCCn obdeniVa en Pi y P2. etsf, se ta Table 8 so dvecribc dos C^c^nsipa^Se^ par^í^^r^ti^v^e como reauerimienCbs de coneca^Vc^^ de IoT frente al 5G y en la Tabla 9 se muestra las diferentes áreas de las cienci as como del sector industrial relacionados a casos de uso de 5G y al IoT.

Según el autor (Hui et al., 2020) establece que las redes IoT, no podían soportar una conectividad tan larga y la capacidad de soportar más conexiones a una velocidad mayor que es lo que brinda la tecnología 5G, por lo que considerando P3, en la Tabla 10 se describe la relación de aplicaciones que permiten transmitir datos al mismo tiempo.

4.Análisis

En esta sección se describen los resultados de cada una de las preguntas planteadas en la sección 2.1, y el análisis del número de estudios obtenidos a través de las fuentes de datos. En la biblioteca IEEE Xplore, fue donde se encontró el mayor número de estudios principales dando 62 en total, por lo que son estudios que representan el 51,24% seguido por ACM Direct con 21 estudios que representan el 17,36%, en Springer se encontró 20 estudios que representaron 16,53%, por último, se obtiene Science Direct 18 con un porcentaje de 14,88%

Con relación a los 121 artículos encontrados se demostró la relación entre las diferentes áreas de las ciencias como del sector industrial, tanto en el 5G y el IoT, lo que lo relacionaba con cada uno de ellos y la tecnología 5G nos da mejor versatilidad a la hora de ser utilizada en diferentes áreas ya que nos brinda mejor servicio en todos los parámetros, ya sea la velocidad, latencia, frecuencia, ancho de banda, Rango entre otros, por lo que no se generan conflictos al ser utilizados por varios punto que son eficientes para cualquier sector (Modarresi & Sterbenz, 2019).

4.1. Análisis sobre los estudios relacionados a la tecnología 5G

Con relación a la búsqueda de los estudios que hacen referencia al 5G basada en P1, ¿Cuántos estudios se refieren a la tecnología 5G? el proceso de esta indagación se realizó aplicando la cadena de búsqueda que permitió encontrar información exclusiva del 5G y mostrar características importantes que inciden en la velocidad, frecuencia, ancho de banda, entre otras encontrar cual serían las ventajas y desventajas.

Al obtener datos muestrales sobre la red 5G era de total importancia inmiscuirla en la red 4G, se ve reflejada una diferencia abismal, entre estos parámetros, considerando que de cierta cantidad de artículos encontrados, la relación de la tecnología 5G y su influencia en las distintas áreas de las ciencias y del sector industrial; algo importante, lo que llamó la atención con base a las distintas aplicaciones que existen, y que mejoran el estilo de vida de todos, haciendo que los procesos sean más eficientes. También se describió la evolución de las distintas redes inalámbricas, además de varios parámetros y características, que al ser comparadas con la Red 5G, se ve la eficiencia, y la rapidez que tiene está a comparación entre una y otra.

4.2.Análisis sobre los estudios relacionados a el Internet de las cosas

Con relación a P2 que se propuso: ¿Cuántos estudios se refieren al Internet de las Cosas?, se realizó una cadena de búsqueda que nos permitió llegar a un resultado total de 71 artículos, los cuales fueron de gran ayuda para la recolección de información importante, de factores imprescindibles con respecto a el IoT.

Al realizar una RSL, se pudo señalar las tecnologías de comunicación inalámbrica, enfrascadas en el Internet de las Cosas, dando como resultado parámetros de relación, el Ancho de Banda, la velocidad en que viajan los datos, el rango que se enmarca en la línea de vista, es decir, (que no hay ningún obstáculo que impida que viaje la señal), también la latencia y la cobertura. También se enmarca el IoT y la relación que esta tiene con las distintas áreas de las ciencias como del sector industrial, se destacaron el área de la industria y la salud, siendo más eficientes y llegando poco a poco en cada sector, ya que se quiere agilitar los procesos, para tener un buen rendimiento.

4.3.Análisis sobre la contribución de la tecnología 5G hacia el Internet de las cosas

De acuerdo con la pregunta 3, se recopiló datos y parámetros que tienen relación entre la tecnología 5G y el IoT, dando como resultado valores distintos, ya que el IoT depende de otros factores, para encontrar estas relaciones. También se denotó las áreas con las que se tenía los distintos casos de uso, tanto en el IoT, como en el 5G, por lo que, al identificar estos elementos, se dio a encontrar una tecnología avanzada con recursos innovadores.

La tecnología 5G y el IoT está íntimamente ligados, debido a que, si se fusionan sus características y factores, se obtuviera una mayor eficiencia y versatilidad a sus datos. Con los resultados de las tablas obtenidas se pudo verificar que existe varios equipos que ya están usando estas tecnologías y que mejoran su rendimiento, por lo que, al ver el funcionamiento de cada uno de ellos, se identificó una eficiencia en los sectores que se aplicaban, como es el caso de las residencias, que era aplicado en los electrodomésticos y en los sistemas de protección como las cámaras.

Debido a toda esta información recopilada se puede ver que existe una gran relación en la tecnología 5G y el IoT, ya que el modelo de comunicación de IoT mejoraría al usar la tecnología 5G, especialmente para el almacenamiento de grandes volúmenes de datos para ser tratados con técnicas de BigData y máquinas de aprendizaje.

5.Conclusiones

Este estudio aparte de ser una revisión técnica de las principales características de 5G y de IoT, y de los factores de relación que existen entre las dos tecnologías, permitió conocer las prioridades de aplicación que los países desarrollados hacen al combinar estos modelos de comunicación, así como de los casos de éxito, lo que nos sirve como referencia para el emprendimiento de proyectos locales.

Indudablemente, el funcionamiento de IoT sobre 5G, no solo mejorará el monitoreo y control de los procesos tecnológicos, sino que mejorará la calidad de vida de las personas con la utilización de dispositivos que ofrezcan eficiencia, seguridad, ahorro de energía, y además de una comunicación estable convirtiéndose 5G en una tecnología habilitadora para el IoT.

Tomando en cuenta que los problemas que se tenía con cualquier red celular diferente a 5G, como el ancho de banda limitado, colapso de red por exceso de dispositivos conectados, tiempos de respuesta lenta al ejecutar una orden, serían mejorados de manera significativa, haciendo posible que en una instalación se pueda integrar muchos dispositivos inteligentes con la posibilidad de interactuar en tiempo real desde cualquier parte del mundo y con la garantía de que estos sistemas cuenten con normas de seguridad muy robusto.

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Recebido/Sub mission: 16/05/2021

Aceitaçâo/Acceptance: 27/07/2021

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