Artículo de revisión teórica

Vol. 4 Núm. 10 Suplemento CICA Multidisciplinario

Julio-Diciembre 2020

TECNOLOGÍA 5G Y SU RELACIÓN CON EL CONSUMO DE ENERGÍA DEL IOT EN UNA SMART HOME

REVIEW OF THE LITERATURE ON 5G TECHNOLOGY AND ITS RELATIONSHIP TO IOT ENERGY CONSUMPTION IN A SMART HOME

TECNOLOGIA 5G E SUA RELAÇÃO COM O CONSUMO DE ENERGIA DA IOT EM UMA CASA INTELIGENTE

AUTORES

Washington Xavier Garcia Quilachamin¹ Autor de correspondencia washington.garcia@uleam.edu.ec

Universidad Laica Eloy Alfaro de Manabí – Ecuador

Kelvin Adrian Atiencia Fuentes⁰ email: atienciafuentes@gmail.com

Universidad Laica Eloy Alfaro de Manabí – Ecuador

Jenniffer Dennisse Ante Moreno⁰ email: jeniferante@yahoo.es

Universidad Laica Eloy Alfaro de Manabí – Ecuador

José Augusto Cadena Moreano⁰ email jose.cadena@utc.edu.ec

Universidad Técnica de Cotopaxi - Ecuador.

Luzmila Elisa Pró Concepción⁰ email: lproc@unmsm.edu.pe

Universidad Nacional Mayor de San Marcos - Lima – Perú

Recibido: 10/08/2020 Aceptado: 30/11/2020 Publicado: 30/12/2020

RESUMEN

La evolución de la tecnológica 5G ha influido en el Internet de las Cosas acorde a las comunicaciones inalámbricas con una menor latencia, en comparación con las redes existentes, además las suscripciones que se llevaran a cabo hasta el año 2025. La relación del 5G con el IoT han determinado su aplicación en una Smart home y su estudio con referencia al consumo de energía. Por lo que, el objetivo de esta investigación es conocer sobre la tecnología 5G y su relación con el consumo de energía con base al Internet de las Cosas en una Smart home y sus aplicaciones. Estos resultados nos permiten determinar que el 5G y el IoT tendrán un mayor consumo energético con alrededor del 80% de potencia total, debido a la transmisión y recepción de una gran cantidad de datos. Así mismo se presentan métodos que permiten minimizar el consumo energético hasta un 99% de efectividad.

PALABRAS CLAVE: Tecnología 5G, IoT, Smart Home, Consumo energético.

ABSTRACT

The 5G technological evolution has influenced the Internet of Things according to wireless communications with lower latency, compared to existing networks, in addition to the subscriptions that will be carried out until 2025. The relationship between 5G and IoT has determined its application in a Smart home and its study with reference to energy consumption. Therefore, the objective of this research is to learn about 5G technology and its relationship with energy consumption based on the Internet of Things in a Smart home and its applications. These results allow us to determine that 5G and IoT will have a higher energy consumption with around 80% of total power, due to the transmission and reception of a large amount of data. Likewise, methods are presented that allow minimizing energy consumption up to 99% effectiveness.

KEY WORDS: 5G technology, IoT, Smart Home, Energy consumption.

RESUMO

A evolução da tecnologia 5G influenciou a Internet das Coisas segundo as comunicações sem fio com menor latência, em comparação às redes existentes, além das assinaturas que serão realizadas até 2025. A relação do 5G com a IoT determinou sua aplicação em um Casa inteligente e seu estudo com referência ao consumo de energia. Portanto, o objetivo desta pesquisa é conhecer a tecnologia 5G e sua relação com o consumo de energia a partir da Internet das Coisas em uma Casa Inteligente e suas aplicações. Esses resultados nos permitem determinar que o 5G e o IoT terão um maior consumo de energia com cerca de 80% da potência total, devido à transmissão e recepção de uma grande quantidade de dados. Da mesma forma, são apresentados métodos que permitem minimizar o consumo de energia em até 99% de eficácia.

PALAVRAS-CHAVE: Tecnologia 5G, IoT, Smart Home, Consumo

INTRODUCCIÓN

Existe un gran interés por las nuevas aplicaciones de la tecnología móvil, especialmente por la tecnología de quinta generación (5G) de acuerdo con (Slalmi et al., 2019) explica que no solo mejora los casos de uso celular existentes, sino que también se expande a una nueva área de casos de uso y escenarios como son el IoT y la Smart home. El Internet de las Cosas (IoT) se refiere a la coordinación de diversas máquinas, dispositivos y aplicaciones conectados a Internet a través de múltiples redes cableadas o inalámbricas. Entre ellos se incluyen objetos cotidianos como smartphones, tablets y otros productos electrónicos de consumo y máquinas como vehículos, equipados con conectividad IoT a través de la cual se pueden enviar y recibir datos. Según el autor (Marin et al., 2017) manifiesta que podrían equiparse con conectividad inalámbrica una gran variedad de monitores y sensores que posibilitarían aplicaciones inteligentes inalámbricas como es el caso de una Smart home. De acuerdo con (Uddin et al., 2019) Muchos dispositivos IoT se pueden usar para diferentes propósitos dentro de los Smart home. Esto muestra que IoT y la red 5G se ha introducido como una forma de mejorar la sostenibilidad dentro del medio ambiente laboral y mejora de la vida cotidiana dentro de los hogares.

Según (Sofi & Gupta, 2018) el crecimiento exponencial de dispositivos, objetos y sensores conectados a la red 5G, están aumentando constantemente la demanda de energía, con un crecimiento sin precedentes en los servicios de datos inalámbricos, lo que genera problemas de agotamiento de baterías para los nodos/dispositivos inalámbricos. Así también, los autores (Soliman & Song, 2017) especifican que esto se debe a que varios dispositivos incluyendo los del IoT están formando una red ultradensa, por lo que la necesidad de mantener la eficiencia energética debe ser de gran preocupación. Esto se ha planificado en diferentes tipos de métodos, considerando una arquitectura de varios niveles para hacer que la red sea rápida y amigable con la energía. En este documento se presentan estudios que se enfocan al ahorro energético en relación con el 5G, IoT y la Smart home, como también soluciones que se han realizado en diferentes países para minimizar la cantidad de consumo de energía.

El objetivo de esta investigación es conocer sobre la tecnología 5G y su relación con el consumo de energía con base al Internet de las Cosas en una Smart home y sus aplicaciones. Por lo tanto, se plantean las siguientes preguntas que nos permiten obtener información relacionada con nuestro objetivo y que permitan fundamentar el proceso desarrollado con relación al consumo energético. P1) ¿Como afectara la tecnología 5G a la eficiencia energética en el IoT conectados a una red?, P2) ¿Cuáles son las aplicaciones que utilizan 5G en una Smart Home con IoT?, P3) ¿Existen métodos para disminuir el consumo de energía en una Smart Home proporcionada por la red 5G en el IoT?

Este documento está organizado de la siguiente manera, en la Sección 2 se presenta los materiales y métodos relacionados acerca de la temática de nuestra investigación. La Sección 3 describe los resultados encontrados respondiendo a las preguntas de la sección anterior. La Sección 4 se enfoca en el análisis de los resultados obtenidos sobre la tecnología 5g y su relación con el consumo de energía en IoT aplicada en una Smart home. Después, están las conclusiones de la investigación y finalmente las referencias.

MATERIALES Y MÉTODOS

Se desarrolló una revisión sistemática de la literatura en tres principales procesos, considerando los criterios manifestados por el autor (Svahnberg et al., 2010) y las sugerencias utilizadas por (Schoormann et al., 2018).

• Planificación de la investigación.

• Desarrollo de la búsqueda de información.

• Resultados encontrados

Planificación de la investigación

Para lograr nuestro propósito se elaboró las siguientes preguntas de investigación:

• P1: ¿Como afectara la tecnología 5G a la eficiencia energética en el IoT conectados a una red?

• P2: ¿Cuáles son las aplicaciones que utilizan 5G en una Smart Home con IoT?

• P3: ¿Existen métodos para disminuir el consumo de energía en una Smart Home proporcionada por la red 5G en el IoT?

Para la construcción de los términos de búsqueda de la información se ha considerado las sugerencias del autor (Svahnberg et al., 2010), como se detalla a continuación:

• Identificación de términos alternativos y sinónimos de las palabras claves como términos de búsqueda.

• Búsqueda de información mediante el uso de operadores lógicos AND y OR como conectores.

• Motores de búsqueda empleados como: IEEE Xplore Digital Library, Springer Link, ACM Digital Library y Science Direct.

• Palabras claves que se utilizarán para elaborar la cadena de búsqueda de información (artículos registrados en journal, libros y actas de congresos).

En este estudio también se consideraron criterios de inclusión como de exclusión. Como criterio básico de inclusión se consideran los siguientes:

• Artículos que estén disponibles en texto completo en revistas y libros.

• Los artículos pueden ser de una revisión de la literatura y/o revisión sistemática

• Artículos relacionados con las preguntas de investigación.

• El rango de búsqueda de los artículos comprendida a partir del año 2017 hasta el año 2021.

Para el criterio de exclusión, se excluyen los artículos que no coinciden con los criterios de inclusión. En la cadena de búsqueda se definió los protocolos considerando al autor (Schoormann et al., 2018), se seleccionó las fuentes de información y creó la estrategia de búsqueda. Para lo cual se utilizaron las siguientes palabras claves: Technology 5G, Energy Consumption, IoT, Smart Home y se estableció la relación lógica utilizando el operador AND, como se describe a continuación:

• 5G technology to energy efficiency in the IoT connected to a network.

• Applications that use 5G in a Smart Home with IoT.

• Methods to reduce energy consumption in a Smart Home provided by the 5G network in the IoT.

Se consideró la búsqueda a través de campos específicos (Title, Abstract, Key, Document title, Publication title) y delimitó descriptores, fechas, tipología etc.

Búsqueda de información

Para realizar el proceso de búsqueda de información que se representa en la Figura 1, se consideró los criterios establecidos en la sección anterior.

Figura 1 Proceso de búsqueda

Fuente: Propia

En la Figura 1, se consideraron los criterios establecidos en la sección anterior. El proceso de búsqueda de información se realizó aplicando la cadena de búsqueda a cada una de las fuentes de datos y, como resultado, se obtuvieron un total de 1462 artículos, ver Tabla 1.

Resultados de la búsqueda

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 eliminaron un total de 1462 trabajos de investigación, obteniendo 107 estudios relevantes de este proceso, del cual se revisó el contenido completo de cada uno de estos artículos, obteniendo 36 estudios principales y del análisis de estos, se obtuvieron artículos relacionados con las redes inalámbricas 5G y el consumo de energía a través del Internet de las Cosas.

Tabla 1 Resultados cadena de búsqueda

Fuente: Propia

A continuación, se presentan los resultados obtenidos por la búsqueda, mediante las columnas agrupadas por los datos. Ver Figura 2.

Figura 2 Resultados de la cadena de búsqueda

Fuente: Propia

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 eliminaron un total de 1462 trabajos de investigación, obteniendo 107 estudios relevantes de este proceso, del cual se revisó el contenido completo de cada uno de estos artículos, obteniendo 36 estudios principales y del análisis de estos, se obtuvieron artículos relacionados a la tecnología 5G y su relación con el consumo de energía en IoT aplicada en una Smart home.

RESULTADOS

En la revisión desarrollada en el período 2017 al 2021, se encontró como resultado información que describe se están utilizando cada vez más dispositivos de IoT y que relacionada con la conexión a Internet dificulta satisfacer la creciente demanda de una mayor capacidad de usuario. Según los autores (Zhao et al., 2019), manifiestan que se debe a la gran variedad de aplicaciones como son: sensores, cámaras, coches autónomos, drones, robots, Smart home y sistemas basados en realidad virtual, los cuales están poblando cada vez más el IoT. Este desarrollo ha traído requisitos desafiantes, especialmente en términos de mayor ancho de banda, movilidad y menor latencia, que requieren nuevas soluciones tanto en el acceso por radio como en la infraestructura de red principal según los autores (Farris et al., 2018).

El Internet de las cosas (IoT) está cambiando las comunicaciones y los servicios en el siglo XXI, al surgir nuevos paradigmas a medida que pasan de una industria convencional a una industria inteligente, teniendo su desarrollo masivo con la implementación de la red 5G. De acuerdo con (Monta & Brice, 2021) La red 5G es considerada una evolución tecnológica, que aumenta la cobertura, la capacidad, la velocidad de transmisión, es decir que pueden alcanzar una gran cantidad de dispositivos conectados al mismo tiempo. Este estudio permito obtener como resultado que el despliegue a gran escala de estaciones base con tecnología 5G y el uso generalizado de teléfonos móviles 5G, se enfatizarán por completo los beneficios económicos de las aplicaciones de IoT en redes 5G, permitiendo que el IoT pueda funcionar de una manera más eficiente.

Considerando a los autores (Al-Absi et al., 2020), las aplicaciones de IoT en el entorno de la red 5G se pueden realizar directamente a través de productos de IoT, logrando así actualizaciones inteligentes sin la necesidad de renovación. Esto permitirá ahorrar en las aplicaciones y a la vez mejorar la instalación y mantenimiento.

Con relación a P1: Afecta la tecnología 5G a la eficiencia energética en el IoT conectados a una red

La tecnología 5G es la quinta generación de comunicación inalámbrica, la cual utilizarán los dispositivos móviles para conectarse a Internet desde cualquier lugar. Mediante el uso de sistemas de antenas MIMO (Múltiple entrada, Múltiple salida) con el fin de satisfacer las demandas de empresarios, consumidores y las necesidades de los nuevos casos de uso, como es el Internet de las Cosas (IoT) de acuerdo con (Soliman & Song, 2017). Según (Kurk et al., n.d.), el 5G es una nueva propuesta que utilizará un solo dispositivo universal para interconectar todas las infraestructuras de comunicación existentes para proporcionar todas las aplicaciones posibles. En otras palabras, es la evolución de la conectividad de diferentes generaciones de redes que se muestra en la Figura 3, lo que ha cambiado por completo la comunicación y nos ha llevado a un nuevo reino de hiperconectividad.

Figura 3 Evolución de la red de comunicación móvil.

3G (2000)

Servicio: Internet, etc.

Tecnología: Multiplexación y acceso.

Velocidad: 384 kbps a 2 Mbps

Fuente: propia

Con la evolución del 5G se predice que la adopción será mucho más acelerada que la de la generación anterior (4G) donde se indica que en el año 2025 el número de suscripciones mundiales podría incluso superar los 2.726 millones, ver Figura 4. La mayoría de ellas son de Asia y Oceanía con 1.823 millones, mientras que aproximadamente 421 millones y 305 millones estarían en Europa y América del Norte, respectivamente. (Slalmi et al., 2019)

Figura 4 Adopción del 5G en 2025

Fuente: propia

La diversidad de cambios de tecnología e infraestructura inherentes a la implementación de la tecnología 5G ha traído enormes ventajas y desafíos potenciales para cada usuario, empresa y proveedor de servicios. En las Tablas 2 y 3 se enumera los parámetros más relevantes del 5G indicando cuáles son sus ventajas y desventajas. (Batista Moisés; Díaz Eliana, 2019)

Tabla 2 Parámetros de la tecnología 5G (Ventajas)

Fuente: propia

A continuación, en la Tabla 3 se indican las desventajas de los parámetros más relevantes de la red 5G

Tabla 3 Parámetros de la tecnología 5G (Desventajas)

Fuente: propia

El Internet de las cosas se refiere a un sistema de dispositivos físicos que pueden recibir y transmitir datos a través de una red inalámbrica sin intervención humana, es decir, está cambiando la forma en que los proveedores de servicios interactúan con los clientes. (Marin et al., 2017) Las diversas aplicaciones de la tecnología 5G podrían derivar en una oferta de servicios más variada como se indica en la Figura 4. Habrá desde, automóviles, hogares, centros de trabajo y las ciudades se sensorizarán por completo, con infinidad de usos. Según (Al Homssi, Ai-Hourani, Chavez, Chandrasekharan, & Kandeepan, 2019) el IoT creará un mundo ultra conectado. Todos los aspectos de la realidad estarán interconectados a través de redes 5G, lo que generará una gran demanda de conexiones a gran escala, y tendrá un impacto muy importante en la red.

Figura 5 Tecnología 5G y aplicaciones del IoT

Tecnología 5G y su relación con el Internet de las cosas

Fuente: propia

De acuerdo con (Sharma et al., 2017), la conexión entre la asociación público-privada de quinta generación (5G-PPP) y el Internet de las cosas (IoT) y la red de sensores humanos (BSN) es la principal aplicación de las redes 5G. Es decir, el IoT representa la próxima evolución de Internet, que será un enorme salto en los diferentes continentes. Ver Figura 6, donde se indica la cantidad de millones de usuarios hasta el año 2025. Sin embargo, tiene un consumo de energía excesivo para la detección de dispositivos, que incluye el registro, enrutamiento, entre otros, agotará rápidamente los recursos del nodo, lo que puede afectar aún más a toda la red y al consumo de energía para cumplir con los requisitos de las redes 5G y del IoT.

Figura 6 Conexiones y suscriptores en conexiones de IoT

Fuente: Propia

Este nuevo estándar de tecnología 5G puede ser particularmente intensivo en energía, es decir, los móviles inteligentes requieren más consumo de batería y el consumo de energía de las estaciones de base también se triplica, según (Slalmi et al., 2019). Al mismo tiempo, la construcción de redes que apoyan esta demanda de nuevos servicios ha dado como resultado un aumento correspondiente en el consumo de energía, como se indica en la Figura 7, un mayor consumo de energía en comparación con las redes anteriores. (Joshi, 2019).

Figura 7 Rendimiento energético del 5G

Años

Fuente: Propia

El consumo de energía de una red móvil está dominado por las Estaciones Base (BS), que actualmente consumen alrededor del 80% de la potencia total (Series, 2020). Sin embargo, los autores (Soliman & Song, 2017) garantizan que este incremento de consumo no afectará significativamente la autonomía de dispositivos como móviles o tabletas, pero sí afectará lo relacionado al IoT y a los sensores que tengan que transmitir gran cantidad de información constante y no estén conectados a la red eléctrica.

Los dispositivos en IoT son operables en modo continuo, por lo que la cantidad total del consumo de energía es demasiado alta, según el autor (Sharma et al., 2017) considera que existe fallas de energía para los nodos que operan en la batería que conducen a un gran número en una red, debido a que la recepción masiva de datos requiere un procesamiento eficiente, que se produce a costa de un mayor consumo de recursos energéticos. El aumento masivo de los dispositivos conectados que componen un IoT completamente formado es probable que requiera mejores eficiencias energéticas de las posibles actualmente, de acuerdo con (Al Homssi, Ai-Hourani, Chavez, Chandrasekharan, & Kandeepan, 2019). Por lo tanto, la red de IoT deben abordar cuidadosamente el problema del consumo de energía con el fin de prolongar la vida útil de los dispositivos IoT y mejorar su facilidad de uso en la red (Morin et al., 2017).

Con relación a P2: Aplicaciones que utilizan 5G en una Smart Home con IoT

Una Smart Home según (Al Homssi, Ai-Hourani, Chavez, Chandrasekharan, Kandeepan, et al., 2019) se la conoce como Connected Home, Home Automation o Domotics y se describe como una casa que contiene una red de comunicación que conecta diferentes dispositivos y permite controlarlos, monitorearlos y acceder de forma remota. Así mismo, los autores (Rao & Prasad, 2018) manifiestan que un hogar inteligente tiene que satisfacer los requisitos de los residentes en casa y fuera de casa. El consumo de energía en los hogares debe gestionarse inteligentemente controlando la luz y otros aparatos e integrándolo con los sistemas de seguridad del hogar. Debe tener una plataforma de pasarela doméstica que acepte diferentes tecnologías como sus entradas, las combine y se comunique con el sistema de monitorización centralizado.

Figura 8 Aplicaciones que utilizan 5G en una Smart Home con IoT.

Fuente: Propia

De acuerdo con el autor (Habbal et al., 2019) las aplicaciones de una sociedad inteligente que conecte hogares inteligentes serán alcanzadas por dispositivos inalámbricos densos con inteligencia que pueda detectar y controlar diferentes equipos y aparatos eléctricos.

Los casos de uso en Smart home incluyen monitor y control remoto de seguridad, electrodomésticos, sistemas de iluminación, aspersores de agua, como se indica en la Figura 8. Estarán llenos de dispositivos conectados, no sólo proporcionando información sobre su entorno, sino también comunicándose entre sí. según los autores (Rao & Prasad, 2018). Podemos agregar que el sistema de tecnología 5G en la Smart home permite servicios personalizados, servicios de alta sensibilidad, servicios de alta resolución, servicios de alta seguridad y confiabilidad, y servicios de control industrial, incluidas bajas tasas de rendimiento de datos como sensores e Internet de las cosas (IoT), y aplicaciones especiales de estructura de fotogramas cortas, observación de vídeo en tiempo real con acceso a ubicaciones específicas, facilitarán en gran medida la adopción generalizada de más nuevas tecnologías en sistemas 5G (Chu et al., 2020). A continuación, la Tabla 4 muestra algunas de las aplicaciones utilizadas en hogares inteligentes mediante el uso de tecnología 5G y del IoT.

Tabla 4 Aplicaciones de una Smart Home con 5G e IoT

Fuente: Propia

De acuerdo con (Slalmi et al., 2019) la redes de sensores que se aplican en una Smart Home se refieren, por ejemplo, a los contadores de gas, agua y electricidad. Potencialmente, cada hogar está equipado con una multitud de sensores y medidores que pondrán un alto requisito en la capacidad del sistema de comunicación para proporcionarles conectividad.

3.3. Con relación a P3: Métodos para disminuir el consumo de energía en una Smart Home proporcionada por la red 5G en el IoT

En resumen, la tecnología 5G será significativamente más intensiva en su uso de energía que las generaciones anteriores de conectividad inalámbrica. La tecnología 5G probablemente aumentará el total del consumo de energía de la red en un 150% a 170% para 2026, según (Gao et al., 2017). Dicho estudio calcula que en 2030 la tecnología de la información consumirá una quinta parte de toda la electricidad mundial.

En un intento de superar esas limitaciones de consumo de energía, se presentan las posibles soluciones actuales relacionadas con la eficiencia energética. En la Tabla 5 se encuentran métodos que se han implementado para la reducción de energía.

Tabla 5 Métodos para disminuir el consumo de energía.

Fuente: Propia

Para complementar los suministros de energía se utilizan diferentes tipos de fuentes de energía, por ejemplo, viento, vibración, movimiento, onda electromagnética (EM) y solar de acuerdo con (Buzzi et al., 2017). Al mismo tiempo diferentes países desarrollan nuevas soluciones para minimizar los consumos energéticos, de esta manera, la red de distribución puede reducir la dependencia de la red principal, aumentar la eficiencia de la utilización de la energía y también reducir los costos de energía para los usuarios. (Hui et al., 2020).

A continuación, se presentan distintos países donde se han aplicado proyectos enfocados como soluciones para la reducción de energía debido a la tecnología 5G.

Tabla 6.- Aplicación de Proyectos como Solución para la reducción de energía

Fuente: Propia

De esta manera, la red de distribución puede reducir la dependencia de la red principal, aumentar la eficiencia de la utilización de la energía y reducir los costos de energía para los usuarios. Según (Salh et al., 2020). Los usuarios pequeños en futuros sistemas de energía tendrán más DER, EVs, baterías de almacenamiento de energía y cargas flexibles. Basado en redes 5G y IoTs omnipresentes, todos los usuarios pueden comprar y vender electricidad por sí mismos. (Soliman & Song, 2017).

DISCUSIÓN

Esta sección describe el informe del análisis basado en los resultados obtenidos con respuestas a 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. Science Direct, en la cual se encontró el mayor número de estudios principales, 14 estudios que representan el 39,3%, seguido por IEEE Xplore con 10 estudios que representan el 32,1%, Springer Link con 8 estudios que representan el 17,9% y la biblioteca digital ACM con 3 estudios que representan el 11%.

Análisis sobre cómo afecta la tecnología 5G a la eficiencia energética en el IoT conectados a una red

Con relación a la búsqueda de cómo afecta el 5G a la eficiencia energética en el IoT conectados a una red basada en P1, manifiesta que la tecnología 5G es una red de comunicación inalámbrica que nos permite una mayor conexión y velocidad, por lo tanto, se prevé que la red 5G tendrá una adopción mundial de 2.726 millones de suscripciones en el año 2025. En relación con el estudio desarrollado se considera que la velocidad, la latencia y la cobertura de red son parámetros del 5G, que influyen en la eficiencia energética en una IoT considerando las ventajas y desventajas descritas. Además, el Internet de las cosas (IoT) admite recibir y transmitir datos, permitiendo tener una gran variedad de aplicaciones como es la Smart home. En otras palabras, la red 5G y el IoT generarán una gran demanda de conexiones a gran escala, y tendrá un impacto muy importante en la red y el consumo energético. En el caso del 5G las estaciones de base, baterías de los dispositivos son su principal demanda de agotamiento, de la misma forma en el IoT afectara el consumo en los sensores que tengan que transmitir bastante información de manera constante y no estén conectados a la red eléctrica. Es decir, se agota rápidamente y afecta al consumo de energía para cumplir con los requisitos de las redes 5G y el Internet de las cosas.

Análisis sobre las aplicaciones que utilizan 5G en una Smart Home con IoT

En P2 se propuso: ¿Cuáles son las aplicaciones que utilizan 5G en una Smart Home con IoT?, Por lo que en base a los resultados obtenidos se describen nueve aplicaciones en una Smart home, donde seis de ellas descritas como: seguridad, asistencia de voz, multimedia, electrodomésticos, asistente de voz, bloqueo-acceso y medidor inteligente cumplen con las funciones del IoT y del 5G al mismo tiempo, considerando que las aplicaciones de un hogar inteligente permiten estar conectador a una red de comunicación con diferentes dispositivos proporcionado información del entorno para controlar el hogar de una manera más cómoda, segura y con mayor confort. Así también los resultados obtenidos permiten determinar que el Internet de las cosas IoT gestiona los diferentes equipos, aparatos eléctricos, sensores y medidores inteligentes, con una mayor velocidad en relación con la red 5G.

Análisis sobre los métodos para disminuir el consumo de energía en una Smart Home proporcionada por la red 5G en el IoT

Con relación a P3: ¿Existen métodos para disminuir el consumo de energía en una Smart Home proporcionada por la red 5G en el IoT?, Se analizó el problema del consumo energético en una Smart home ocasionados por el IoT y la tecnología 5G, permitiendo encontrar diferentes métodos que nos permita superar las limitaciones del consumo de energía, debido a que habrá un aumento del 150% a 170% en el año 2026. Por lo consiguiente se presentan diez métodos para disminuir el consumo de energía, cuatro de ellos aplican a los tres campos que son 5G, IoT y Smart home, tal es el caso de Energy harvesting que permite cargar las baterías de los dispositivos recogiendo energía electromagnética sobrante del entorno, también tenemos el método Mode DTX que reduce el consumo cambiando al modo de suspensión durante pequeños periodos. Además, se presentan cuatro proyectos que se están realizando en diferentes países, como es el caso de Reino Unido, con el proyecto VPP que es el único que aplica con los tres campos seleccionados, dando un 99%. Ya que se centra en las baterías que suministraran energía en periodos cortos cuando se produzca la carga máxima.

CONCLUSIONES

En este documento, presentamos la nueva tecnología 5G que revolucionará las comunicaciones inalámbricas trayendo consigo un aumento en el rendimiento de transferencia, mayor velocidad y menor latencia, pero al mismo tiempo también traerá un gran consumo energético. Además, una de las aplicaciones del IoT más populares es la Smart Home, que tiene requisitos bastante diversificados y desafiantes en términos de rendimiento, seguridad, gestión, confort y costo.

Aplicando la red 5G en la Smart home produce un mejor desempeño de comunicación en los dispositivos y aplicaciones que permiten que sea un lugar reconfortante, pero teniendo en cuenta un mayor consumo, así mismo hay diferentes métodos y proyectos como se mencionan en la sección tres, que permiten disminuir el consumo producido por el 5G y el IoT de diferentes maneras para así poder mejorar el rendimiento de ellos mismo.

BIBLIOGRAFIA

Al-Absi, M. A., Al-Absi, A. A., Sain, M., & Lee, H. J. (2020). A State of the Art: Future Possibility of 5G with IoT and Other Challenges. https://doi.org/10.1007/978-3-030-37551-5_3

Al Homssi, B., Ai-Hourani, A., Chavez, K. G., Chandrasekharan, S., & Kandeepan, S. (2019). Energy-Efficient IoT for 5G: A Framework for Adaptive Power and Rate Control. 2018, 12th International Conference on Signal Processing and Communication Systems, ICSPCS 2018 - Proceedings, 1–6. https://doi.org/10.1109/ICSPCS.2018.8631733

Al Homssi, B., Ai-Hourani, A., Chavez, K. G., Chandrasekharan, S., Kandeepan, S., Li, S., Ni, Q., Sun, Y., Min, G., Al-Rubaye, S., Baltaci, A., Zoppi, S., Kellerer, W., Schupke, D., Dzogovic, B., Santos, B., Noll, J., Do, V. T., Feng, B., … Rodriguez, J. (2019). Service-oriented architecture for IoT home area networking in 5G. 5G Networks: Fundamental Requirements, Enabling Technologies, and Operations Management, 2019-Septe(6), 359–364. https://doi.org/10.1109/CCOMS.2019.8821727

Baltaci, A., Zoppi, S., Kellerer, W., & Schupke, D. (2019). Evaluation of cellular IoT for energy-constrained WAIC applications. IEEE 5G World Forum, 5GWF 2019 - Conference Proceedings, 359–364. https://doi.org/10.1109/5GWF.2019.8911660

Batista Moisés; Díaz Eliana. (2019). Ingeniería en Telecomunicaciones 65. 65–72.

Buzzi, S., Chih-Lin, I., Klein, T. E., Poor, H. V., Yang, C., & Zappone, A. (2017). A survey of energy-efficient techniques for 5G networks and challenges ahead. IEEE Journal on Selected Areas in Communications, 34(4), 697–709. https://doi.org/10.1109/JSAC.2016.2550338

Chu, Y., Pan, L., Leng, K., Fu, H. C., & Lam, A. (2020). Research on key technologies of service quality optimizationfor industrial IoT 5G network for intelligent manufacturing. International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 107(3–4), 1071–1080. https://doi.org/10.1007/s00170-019-04389-4

Dzogovic, B., Santos, B., Noll, J., Do, V. T., Feng, B., & Van Do, T. (2019). Enabling smart home with 5G network slicing. 2019 IEEE 4th International Conference on Computer and Communication Systems, ICCCS 2019, 543–548. https://doi.org/10.1109/CCOMS.2019.8821727

Farris, I., Orsino, A., Militano, L., Iera, A., & Araniti, G. (2018). Federated IoT services leveraging 5G technologies at the edge. Ad Hoc Networks, 68, 58–69. https://doi.org/10.1016/j.adhoc.2017.09.002

Gao, W., Ma, L., & Chuai, G. (2017). Energy efficient power allocation strategy for 5G carrier aggregation scenario. Eurasip Journal on Wireless Communications and Networking, 2017(1), 1–10. https://doi.org/10.1186/s13638-017-0924-1

Habbal, A., Goudar, S. I., & Hassan, S. (2019). A Context-aware Radio Access Technology selection mechanism in 5G mobile network for smart city applications. Journal of Network and Computer Applications, 135(March), 97–107. https://doi.org/10.1016/j.jnca.2019.02.019

Hui, H., Ding, Y., Shi, Q., Li, F., Song, Y., & Yan, J. (2020). 5G network-based Internet of Things for demand response in smart grid: A survey on application potential. Applied Energy, 257(August 2019), 113972. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2019.113972

Joshi, B. (2019). Breaking the energy curve: why service providers should care about 5G energy efficiency.

Joung, J., Ho, C. K., Adachi, K., & Sun, S. (2018). A Survey on Power-Amplifier-Centric Techniques for Spectrum- and Energy-Efficient Wireless Communications. IEEE Communications Surveys and Tutorials, 17(1), 315–333. https://doi.org/10.1109/COMST.2014.2350018

Kurk, M., Vice, E., Chief, P., & Officer, O. (n.d.). Fast-forward to the future with 5G networks. 5.

Marin, R. C., Ciobanu, R. I., Dobre, C., Mavromoustakis, C. X., & Mastorakis, G. (2017). A context-aware collaborative model for smartphone energy efficiency over 5G wireless networks. Computer Networks, 129, 352–362. https://doi.org/10.1016/j.comnet.2017.06.011

Monta, M., & Brice, J. (2021). 5G Network Security for IoT Implementation : A Systematic Literature Review. 28–40.

Morin, E., Maman, M., Guizzetti, R., Duda, A., Morin, E., Maman, M., Guizzetti, R., & Duda, A. (2017). Comparison of the Device Lifetime in Wireless Networks for the Internet of Things To cite this version : HAL Id : hal-01649135 Comparison of the Device Lifetime in Wireless Networks for the Internet of Things.

Mu, J., & Han, L. (2017). Performance analysis of the ZigBee networks in 5G environment and the nearest access routing for improvement. Ad Hoc Networks, 56, 1–12. https://doi.org/10.1016/j.adhoc.2016.10.006

Ngo, H. Q., Larsson, E. G., & Marzetta, T. L. (2017). Energy and spectral efficiency of very large multiuser MIMO systems. IEEE Transactions on Communications, 61(4), 1436–1449. https://doi.org/10.1109/TCOMM.2013.020413.110848

Qu, X., Hui, H., Ding, Y., & Luan, K. (2018). Optimal Control of Intelligent Electricity Consumption for Residential Customers Considering Demand Response. Energy Procedia, 145, 510–515. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2018.04.074

Rahim, M. R. A., Rashid, R. A., Rateb, A. M., Sarijari, M. A., Abdullah, A. S., Hamid, A. H. F. A., Sayuti, H., & Fisal, N. (2018). Service-oriented architecture for IoT home area networking in 5G. 5G Networks: Fundamental Requirements, Enabling Technologies, and Operations Management, September, 577–601. https://doi.org/10.1002/9781119333142.ch16

Rao, S. K., & Prasad, R. (2018). Impact of 5G Technologies on Smart City Implementation. Wireless Personal Communications, 100(1), 161–176. https://doi.org/10.1007/s11277-018-5618-4

Saghezchi, F. B., Mantas, G., Ribeiro, J., Al-Rawi, M., Mumtaz, S., & Rodriguez, J. (2017). Towards a secure network architecture for smart grids in 5G era. 2017 13th International Wireless Communications and Mobile Computing Conference, IWCMC 2017, 121–126. https://doi.org/10.1109/IWCMC.2017.7986273

Salh, A., Shah, N. S. M., Audah, L., Abdullah, Q., Jabbar, W. A., & Mohamad, M. (2020). Energy-Efficient Power Allocation and Joint User Association in Multiuser-Downlink Massive MIMO System. IEEE Access, 8, 1314–1326. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2019.2958640

Schoormann, T., Behrens, D., Knackstedt, R., & Fellmann, M. (2018). <<Sorry, too much information>> design principles for supporting rigorous search strategies in literature reviews. Proceeding - 2018 20th IEEE International Conference on Business Informatics, CBI 2018, 1, 99–108. https://doi.org/10.1109/CBI.2018.00020

Scopelliti, P., Araniti, G., Muntean, G. M., & Iera, A. (2017). Mobility-aware energy-quality trade-off for video delivery in dense heterogeneous networks. IEEE International Symposium on Broadband Multimedia Systems and Broadcasting, BMSB, 2017-July. https://doi.org/10.1109/BMSB.2016.7521921

Series, M. (2020). Minimum requirements related to technical performance for IMT-2020 radio interface ( s ). 0.

Sharma, V., Song, F., You, I., & Atiquzzaman, M. (2017). Energy efficient device discovery for reliable communication in 5G-based IoT and BSNs using unmanned aerial vehicles. Journal of Network and Computer Applications, 97, 79–95. https://doi.org/10.1016/j.jnca.2017.08.013

Slalmi, A., Kharraz, H., Saadane, R., Hasna, C., Chehri, A., & Jeon, G. (2019). Energy efficiency proposal for IoT call admission control in 5G network. Proceedings - 15th International Conference on Signal Image Technology and Internet Based Systems, SISITS 2019, 396–403. https://doi.org/10.1109/SITIS.2019.00070

Sofi, I. B., & Gupta, A. (2018). A survey on energy efficient 5G green network with a planned multi-tier architecture. Journal of Network and Computer Applications, 118, 1–28. https://doi.org/10.1016/j.jnca.2018.06.002

Soliman, S. S., & Song, B. (2017). Fifth generation (5G)cellular and the network for tomorrow: cognitive and cooperative approach for energy savings. Journal of Network and Computer Applications, 85, 84–93. https://doi.org/10.1016/j.jnca.2016.12.005

Svahnberg, M., Gorschek, T., Feldt, R., Torkar, R., Saleem, S. Bin, & Shafique, M. U. (2010). A systematic review on strategic release planning models. Information and Software Technology, 52(3), 237–248. https://doi.org/10.1016/j.infsof.2009.11.006

Uddin, H., Gibson, M., Safdar, G. A., Kalsoom, T., Ramzan, N., Ur-Rehman, M., & Imran, M. A. (2019). IoT for 5G/B5G applications in smart homes, smart cities, wearables and connected cars. IEEE International Workshop on Computer Aided Modeling and Design of Communication Links and Networks, CAMAD, 2019-Septe, 1–5. https://doi.org/10.1109/CAMAD.2019.8858455

Usman, M., Asghar, M. R., Granelli, F., & Qaraqe, K. (2018). Integrating smart city applications in 5G networks. ACM International Conference Proceeding Series. https://doi.org/10.1145/3231053.3231055

Vivekanandan, M., V. N, S., & U, S. R. (2020). BIDAPSCA5G: Blockchain based Internet of Things (IoT) device to device authentication protocol for smart city applications using 5G technology. Peer-to-Peer Networking and Applications. https://doi.org/10.1007/s12083-020-00963-w

Yan, P., Choudhury, S., Al-Turjman, F., & Al-Oqily, I. (2020). An energy-efficient topology control algorithm for optimizing the lifetime of wireless ad-hoc IoT networks in 5G and B5G. Computer Communications, 159(May), 83–96. https://doi.org/10.1016/j.comcom.2020.05.010

Yang, C., Li, J., Guizani, M., Anpalagan, A., & Elkashlan, M. (2018). Advanced spectrum sharing in 5G cognitive heterogeneous networks. IEEE Wireless Communications, 23(2), 94–101. https://doi.org/10.1109/MWC.2016.7462490

Yu, W., Xu, H., Hematian, A., Griffith, D., & Golmie, N. (2017). Towards energy efficiency in ultra dense networks. 2016 IEEE 35th International Performance Computing and Communications Conference, IPCCC 2016, 978. https://doi.org/10.1109/PCCC.2016.7820622

Zhao, L., Zhong, Z., Niu, Y., & Zhou, H. (2019). Performance evaluation of dual connectivity in non-standalone 5g iot networks. Lecture Notes of the Institute for Computer Sciences, Social-Informatics and Telecommunications Engineering, LNICST, 271, 215–222. https://doi.org/10.1007/978-3-030-14657-3_21