La Wi-Fi del futuro debe alcanzar niveles máximos de fiabilidad para avanzar en el desarrollo del metaverso

La Wi-Fi del futuro debe alcanzar niveles máximos de fiabilidad para avanzar en el desarrollo del metaverso

Un proyecto de investigación conjunto de la UPF y Nokia Bell Labs aborda estos retos, en consonancia con el trabajo realizado por la asociación mundial IEEE (Instituto de Ingeniería Eléctrica y Electrónica), que ha empezado a establecer las bases de lo que será el futuro protocolo Wi-Fi (Wi-Fi 8)

La necesidad de acceder a redes Wi-Fi y sobre todo de hacerlo con garantías de fiabilidad, con la confianza de no sufrir cortes de conexión a Internet, crecerá durante los próximas décadas. Más allá de los usos actuales de redes Wi-Fi en entornos domésticos, comerciales o industriales, está previsto que en el futuro acceder a ellas con garantías de fiabilidad sea fundamental para la automatización y robotización de procesos industriales e incluso de intervenciones médicas o para el desarrollo del metaverso.

En este escenario, investigadores del Departamento de Tecnologías de la Información y las Comunicaciones (DTIC) de la UPF y del equipo de Nokia Bell Labs en Alemania están investigando conjuntamente para hacer frente a los retos que plantearán los usos de las redes Wi-Fi en el futuro. Su trabajo toma como referencia las investigaciones ya iniciadas con esta finalidad por parte del IEEE (Instituto de Ingeniería Eléctrica y Electrónica) y realiza nuevas aportaciones sobre el tema.

La IEEE es una asociación mundial de ingenieros dedicada a la estandarización y el desarrollo en áreas técnicas, y es la encargada de actualizar los protocolos Wi-Fi. En estos momentos, ha empezado a trabajar en la definición del sistema que constituirá los cimientos de Wi-Fi 8, denominado técnicamente IEEE 802.11bn. Paralelamente, la IEEE está finalizando el protocolo anterior (Wi-Fi 7), que aún no se ha comercializado, pero que está previsto que se haga en 2024. Con Wi-Fi 7, ya se logrará una gran mejora de los niveles de rendimiento de las redes inalámbricas y el protocolo actualmente en desarrollo (Wi-Fi 8) pretende ir aún más allá, especialmente desde el punto de vista de la confiabilidad.

En relación a la Wi-Fi de próxima generación (Wi-Fi 8), un artículo divulgativo reciente resume los resultados de la investigación conjunta del DTIC-UPF y de Nokia Bell-Labs, junto con los trabajos realizados por la IEEE al respecto. El artículo divulgativo, publicado en la plataforma ArXiV, se titula "What Will Wi-Fi 8 Be? A Primer on IEEE 802.11bn Ultra High Reliability". Por parte del DTIC-UPF, son coautores del artículo Giovanni Geraci, del Wireless & Secure Communications Group (DTIC-UPF), Marc Carrascosa y Boris Bellalta, del Wireless Networking (WN) Group. Por parte de Nokia Bell Labs en Alemania, es coautor del artículo Lorenzo Galati-Giordano. En el artículo, se exponen las características del Wi-Fi de próxima generación, que tendrá entre sus principales objetivos lograr una confiabilidad ultra alta de las redes inalámbricas, la denominada UHR (Ultra High Reliability).

¿Qué retos implica el desarrollo de la Wi-Fi 8 de nueva generación?

En primer lugar, es necesario generar un nuevo marco de coordinación de múltiples puntos de acceso de Wi-Fi, para aumentar la eficiencia de utilización del espectro electromagnético. De este modo, se tendería a eliminar las interferencias entre las señales Wi-Fi procedentes de diferentes puntos de acceso (como los routers), que aún se siguen produciendo en la actualidad, y se reduciría la latencia. Este concepto alude al tiempo que debe esperar un punto de acceso Wi-Fi para empezar a emitir sus señales para que no se crucen con las procedentes de otros puntos de acceso.

En relación a este primer reto, Giovanni Geraci del Wireless & Secure Communications Group (DTIC-UPF) expone: "¿Cuántos de nosotros nos hemos quejado al menos una vez de que el Wi-Fi no funciona en lugares concurridos? Junto con otros investigadores, proponemos una nueva función llamada 'coordinated beamforming' para la Wi-Fi de próxima generación. Esta nueva característica aprovecha múltiples antenas para hacer que los dispositivos cercanos sean mutuamente 'invisibles', permitiéndoles transmitir simultáneamente sin interferir entre sí y reduciendo la latencia hasta un 90%. Es como si varias conversaciones tuvieran lugar en la misma habitación simultáneamente sin molestarse entre sí."

En segundo lugar, será necesario que los dispositivos de próxima generación operen en bandas superiores del espectro electromagnético. Actualmente, los dispositivos disponibles en el mercado pueden operar en dos bandas por debajo de los 7 GHZ (2,4 GHz y 5 GHz). Cuando se comercialice Wi-Fi 7, se podrá hacer en una banda más (2,4 GHz, 5 GHz y 6 GHz). Con la Wi-Fi 8 se tendrá que ir más allá y plantearse el uso de las as bandas de 45 y 60 GHz.

En tercer lugar, se plantea el reto de utilizar la Inteligencia Artificial, concretamente el aprendizaje automático, para optimizar y hacer más eficiente el funcionamiento de uno o más puntos de acceso Wi-Fi. Por ejemplo, gracias al aprendizaje automático, los puntos de acceso Wi-Fi podrían decidir en qué banda de frecuencia emitir su señal en cada caso, según los usos del espectro electromagnético en cada contexto concreto. Los protocolos impulsados a través de la IA y el aprendizaje automático podrían prevenir fenómenos indeseables como las anomalías de retraso en la emisión de señales Wi-Fi. Pero, para avanzar en mayor medida en este campo, sería necesario que los investigadores pudieran acceder a una gama más amplia de estadísticas de datos, que cruzaran información de distintos proveedores.

La inteligencia artificial puede ayudar a las redes Wi-Fi a optimizar su capacidad de decisión

Sobre este tema, Boris Bellalta, director del Wireless Networking (WN) Group del DTIC-UPF, expone: "El reto de proporcionar garantías de fiabilidad en redes Wi-Fi es muy complejo a causa de su operación en bandas libres, y la consiguiente necesidad de coexistir con otras redes externas. En este contexto estamos investigando nuevas soluciones basadas en el uso de Inteligencia Artificial con el objetivo de dotar a las redes Wi-Fi de capacidad de decisión, facilitando que la propia red Wi-Fi pueda encontrar soluciones capaces de garantizar las prestaciones requeridas."

La evolución de las redes Wi-Fi y las perspectivas de futuro

Desde sus orígenes, a finales del siglo XX, las redes Wi-Fi han experimentado un gran desarrollo. En los últimos 25 años, las tasas de velocidad de transmisión de datos a través de redes Wi-Fi ha pasado de 1 Mbps (megabit por segundo) a 30 Gbps (o 30.000 Mbps). Este aumento de las velocidades de transmisión de datos ha ido asociado a un incremento de los usos de las redes inalámbricas. Si inicialmente sólo se utilizan para conectarse al correo electrónico o navegar por Internet, en la actualidad están presentes en espacios con gran afluencia de personas que necesitan conectarse a la red (espacios de coworking, aeropuertos...) y millones de personas también las utilizan para hacer videollamadas. Actualmente, las tecnologías Wi-Fi suponen dos tercios del tráfico móvil del mundo. Además, durante la pandemia de la covid, la necesidad de conectarse a redes Wi-Fi se incrementaron exponencialmente.

Retos y aplicaciones de las redes Wi-Fi en el futuro

El principal reto de futuro para cubrir las nuevas necesidades de redes Wi-Fi es mejorar las garantías de fiabilidad y confianza, para evitar las interrupciones de conexión Internet. La mejora de la fiabilidad es una reto para cualquier tecnología destinada a ser asequible, omnipresente y a operar en bandas exentas de licencia sujetas a interferencias incontroladas. Afrontar este reto es fundamental, especialmente para implementar las redes Wi-Fi en los entornos industriales y productivos o en los servicios públicos y de atención sociosanitaria del futuro.

Algunos ejemplos de aplicaciones que requerirán Wi-Fi 8 UHR son los procesos de automatización industrial, el hermanamiento digital (construcción de un sistema digital dinámico que reproduce un sistema físico y evoluciona paralelamente a él), la telepresencia (que permite realizar conferencias telemáticas pero acompañadas de realidad virtual, de modo que las personas que participan en ella desde diferentes localizaciones físicas se visualizan en un mismo espacio), las operaciones médicas robotizadas o el metaverso. Hay que tener en cuenta que las comunicaciones holográficas (que representen imágenes en 3D empleando la luz) necesarias para construir el universo virtual del metaverso requieren una conexión a la red confiable y sin retrasos. En caso contrario, y aunque los retrasos afecten a la transmisión de un porcentaje ínfimo de paquetes de datos, se pueden provocar situaciones estresantes para sus usuarios.

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