O uso de aplicações D2D já é uma prática comum entre os usuários da rede móvel, desde a inclusão do Infravermelho nos dispositivos móveis, seguido do bluetooth27, do WI-FI28 e mais recentemente, e em ascensão, o NFC29. Comumente, usuários compartilham fotos, vídeos e outros arquivos de dados para dispositivos que se encontram próximos.
A questão crítica destes métodos de comunicação direta é que eles utilizam bandas não licenciadas, não havendo, consequentemente, uma garantia de qualidade de conexão conforme afirmado em (LEI, ZHONG, et al., 2012). Neste campo surge, então, a necessidade de um serviço com as garantias de segurança e QoS das prestadoras de serviço, o que passou a ser também uma oportunidade de negócio. Apesar de o 3GPP só ter iniciado especificações referentes aos serviços de proximidade no release 12, a partir do ano de 2012, denominado de (ProSe, do termo em inglês: Proximity Services) como pode ser visto em (3GPP TS 22.803, 2013) e (3GPP TS 22.278, 2013), na literatura identificam-se algumas pesquisas
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Conforme especificações IEEE 802.15.1. Disponível em http://standards.ieee.org
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Conforme especificações IEEE 802.11. http://standards.ieee.org
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anteriores, aplicando-se D2D como uma subcamada da rede LTE, como em (DOPPLER, RINNE, et al., 2009), (KAUFMAN e AAZHANG, 2008) e (JANIS, KOIVUNEN, et al., 2009).
Conforme salientado em (BELLESCHI, FODOR e ET AL., 2013), para realizar as promessas de comunicações D2D e para lidar com a interferência intra e entre células, a comunidade científica tem proposto uma série de importantes algoritmos de gestão de recursos rádio (RRM, do inglês Radio Resource Management).
Em 2008, foi proposta em (KAUFMAN e AAZHANG, 2008) uma comunicação D2D usando recursos exclusivos de rádio numa rede paralela (no caso WIMAX) à rede Celular. Klaus Doppler et al. apresentam em (DOPPLER, RIBEIRO e KNECKT, 2011) um esquema de descoberta de pares e um serviço de proximidade, eficiente de energia, compondo uma rede de sensores, máquinas e outros dispositivos aplicando o conceito de sinalizadores (denominados de beacons), utilizados no OFDMA também aplicado no LTE.
Estes sinalizadores são enviados e reconhecidos pelos dispositivos formando uma rede de dispositivos próximos, porém utilizando WI-FI e ZigBee30, sem a coordenação e controle da rede móvel. Há ainda o inconveniente de que os dispositivos estão sempre sinalizando para identificarem os dispositivos próximos, aumentando, na maioria das vezes, o consumo de energia.
Foi introduzido o conceito de D2D como uma subcamada da rede móvel em (DOPPLER, RINNE, et al., 2009). Os autores apresentaram um mecanismo de descoberta de pares e uma sinalização dedicada SAE, através de um formato SIP específico de endereço, para separar o tráfego D2D do tráfego SIP genérico. O foco deste trabalho é o controle de interferências para garantir a máxima vazão, permitindo que, no caso de reuso de um canal que já esteja sendo utilizado pelo modo celular, tenha-se o controle do máximo valor da potência do transmissor do dispositivo D2D. Isto permite, no caso de interferência em espaços abertos ou internos, alcançar até 20 dBm. Não é discutido neste trabalho o melhor desempenho de consumo de energia do aparelho, pois se busca a máxima vazão em função da máxima potência que o aparelho pode gerar, respeitando apenas o limite de interferência.
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O controle de potência do LTE foi usado num esquema apresentado em (JANIS, KOIVUNEN, et al., 2009), para que se obtivesse um sistema sensível à interferência, em que o nível de potência é definido para atender um nível aceitável de interferência para outras conexões, buscando maximizar a relação interferência sinal-ruído (SINR) da ligação D2D, trabalho este que pode ser aplicado a esta proposta que não tem como foco o controle de interferências.
o controle é dividido em dois modos em (LEI, ZHONG, et al., 2012): controle completo, em que todo processo de alocação e supervisão é realizado pela rede, e parcial, em que a rede autentica e autoriza o usuário a realizar a conexão D2D e configura a conexão, que também pode utilizar conexões D2D por bandas não licenciadas. São ainda discutidos os casos de modelos de negócios e métodos de aplicação, comparando os serviços D2D com uso de repetidores. Também são propostos dois métodos de alocação de recursos. Neste caso, também não é realizado um estudo do ganho de eficiência no consumo de energia do dispositivo móvel.
Assume-se a comunicação D2D numa banda diferente da comunicação celular em (CENK ERTURK, MUKHERJEE, et al., 2013). Neste caso, exclui-se a interferência entre camadas. Os autores apresentam um estudo analítico da distribuição do controle de potência, em função do SINR no receptor do par D2D aplicando um Processo de Poisson. O modelo apresentado como ideal busca também um melhor controle de potência em função da melhor qualidade, utilizando- se de todo potencial do dispositivo transmissor.
Arash Asadi et al. (2013) apresentaram uma extensa revisão da literatura relacionada à comunicação D2D, com mais de cem referências.
Dentre todas estas referências, o artigo identifica apenas quatro propostas específicas em redução do consumo de energia como uma subcamada, na mesma banda da rede celular.
Com foco no consumo da estação base em (XIAO, TAO e LU, 2011) tem-se uma proposta de alocação de comunicações D2D, com intuito de reduzir a potência de DL, ou seja, quanto mais pares D2D houver, maior será a economia na estação base. Também neste estudo o dispositivo pode utilizar sua potência máxima, pois não há uma preocupação com o consumo do dispositivo. Em (XIAO, TAO e LU,
2011) foi aplicado um complexo algoritmo heurístico para alocação de potência, que aloca recursos para o modo celular e depois para o modo D2D, e compara qual a opção de menor consumo, apresentando um resultado de redução de 20% em comparação aos casos sem D2D.
Foi proposto em (JUNG, HWANG e CHOI, 2012) um algoritmo para alocação de potência e seleção de modo que é em função da taxa de transmissão e da potência de consumo, definindo para cada dispositivo a maior eficiência em função na energia por bit por hertz. Por último, em (M. BELLESCHI, 2011) buscaram minimizar a potência geral de transmissão em uma rede celular OFDM multi-celular, em que para cada estação base define os dispositivos associados, aplicando, devido à complexidade do desenvolvimento de um programa linear, um algoritmo heurístico para seleção de dispositivos, alocação de recursos e de potência..
Conforme pode ser diferenciado nos trabalhos relatados acima, (ASADI, WANG e MANCUSO, 2013) classifica as pesquisas em duas macros vertentes: Mesma Banda e Fora da banda, baseado no espectro de frequência em que ocorre a comunicação D2D.
Na vertente Mesma Banda (do inglês inband), as comunicações D2D são configuradas no mesmo espectro de frequências licenciadas para o serviço móvel celular, dividindo-a ainda como uma sub-banda, compartilhando os mesmos recursos de rádio, ou uma banda sobreposta, em que são reservados recursos de rádio dedicados para cada serviço (D2D ou celular).
No modo Fora da Banda, o serviço de comunicação D2D utiliza bandas do espectro não licenciadas, sendo necessárias outras interfaces como wi-fi, zig-bee, bluethooth entre outras. Subdivide esta vertente em: controlada (sob o controle da rede) ou Autônoma, sem o controle ou conhecimento da rede celular. A grande vantagem neste caso é que não gera interferências com o espectro celular, em contrapartida, estas bandas não licenciadas não possuem garantias de qualidade do serviço controlada pela rede.
Neste contexto foi apresentada uma sumarização dos estudos realizados, identificando os seguintes campos de pesquisa:
Eficiência Espectral;
Cobertura Celular (Desempenho e QoS);
Miscelâneos.
Ainda em (ASADI, WANG e MANCUSO, 2013) foi identificado que, na maioria da literatura disponível, as propostas para comunicação D2D baseiam-se em simulações numéricas ou simulação em laboratórios e, embora esses tipos de métodos de avaliações sejam adequados para estudar os ganhos potenciais, eles ainda estão longe da realidade, devido aos pressupostos simplificados, ficando na expectativa que uma avaliação de desempenho, usando os simuladores de rede, como NS3, OPNET, Omnet + +, MatLab ou uma avaliação experimental, possa ajudar a revelar o desempenho real e novos desafios da comunicação D2D em redes celulares.
Diferente dos estudos de Eficiência energética citados acima, em que o objetivo é aumentar a quantidade de bits/Hz/Joule, nossa pesquisa dá ênfase ao consumo de potência dispositivo, uma vez que muitas vezes o aumento de bits/Hz/Joule pode levar a consumo máximo do dispositivo.