La Wi-Fi del futur ha d'aconseguir nivells màxims de fiabilitat per avançar en el desenvolupament del metavers
La Wi-Fi del futur ha d'aconseguir nivells màxims de fiabilitat per avançar en el desenvolupament del metavers
La Wi-Fi del futur ha d'aconseguir nivells màxims de fiabilitat per avançar en el desenvolupament del metavers
En el futur, serà bàsic que les xarxes Wi-Fi no pateixin interrupcions, si volen contribuir al desenvolupament del metavers o a l'automatització i robotització de processos industrials i, fins i tot, d'intervencions mèdiques. L'aplicació de tècniques d'aprenentatge automàtic amb IA sobre les xarxes Wi-Fi poden contribuir a fer-ho possible. Un projecte de recerca conjunt de la UPF i Nokia Bell Labs aborda aquests reptes, a partir del treball realitzat per l'associació mundial IEEE (Institut d'Enginyeria Elèctrica i Electrònica), que ha començat a establir les bases del que serà el futur protocol Wi-Fi (Wi-Fi 8).
La necessitat d'accedir a xarxes Wi-Fi i sobretot de fer-ho amb garanties de fiabilitat, amb la confiança de no patir talls de connexió a Internet, creixerà durant les properes dècades. Més enllà dels usos actuals de xarxes Wi-Fi en entorns domèstics, comercials o industrials, està previst que en el futur accedir-hi amb garanties de fiabilitat sigui fonamental per a l'automatització i robotització de processos industrials i, fins i tot, d'intervencions mèdiques o per al desenvolupament del metavers.
En aquest escenari, investigadors del Departament de Tecnologies de la Informació i les Comunicacions (DTIC) de la UPF i de l'equip de Nokia Bell Labs a Alemanya estan investigant conjuntament per fer front als reptes que plantejaran els usos de les xarxes Wi-Fi en el futur. El seu treball pren com a referència les recerques ja iniciades amb aquesta finalitat per part del IEEE (Institut d'Enginyeria Elèctrica i Electrònica) i realitza noves aportacions sobre el tema.
La IEEE és una associació mundial d'enginyers dedicada a l'estandardització i el desenvolupament en àrees tècniques, i és l'encarregada d'actualitzar els protocols Wi-Fi. En aquests moments, ha començat a treballar en la definició del sistema que constituirà els fonaments de Wi-Fi 8, denominat tècnicament IEEE 802.11bn. Paral·lelament, la IEEE està finalitzant el protocol anterior (Wi-Fi 7), que encara no s'ha comercialitzat, però que està previst que surti al mercat el 2024. Amb Wi-Fi 7, ja s'aconseguirà una gran millora dels nivells de rendiment de les xarxes sense fils i el protocol actualment en desenvolupament (Wi-Fi 8) pretén anar encara més enllà, especialment des del punt de vista de la confiabilitat.
En relació a la Wi-Fi de propera generació (Wi-Fi 8), un article divulgatiu recent resumeix els resultats de la recerca conjunta del DTIC-UPF i de Nokia Bell Labs, juntament amb els treballs realitzats per la IEEE sobre aquest tema. L'article divulgatiu, publicat a la plataforma ArXiV, es titula ”What Will Wi-Fi 8 Be? A Primer on IEEE 802.11bn Ultra High Reliability”. Per part del DTIC-UPF, són coautors de l'article Giovanni Geraci, del Wireless & Secure Communications Group (DTIC-UPF), Marc Carrascosa i Boris Bellalta, del Wireless Networking (WN) Group. Per part de Nokia Bell Labs a Alemanya, és coautor de l'article Lorenzo Galati-Giordano. En l'article, s'hi exposen les característiques del Wi-Fi de propera generació, que tindrà entre els seus principals objectius aconseguir una confiabilitat ultra alta de les xarxes sense fils, la denominada UHR (Ultra High Reliability).
Quins reptes implica el desenvolupament de la Wi-Fi 8 de nova generació?
En primer lloc, és necessari generar un nou marc de coordinació de múltiples punts d'accés de Wi-Fi, per augmentar l'eficiència d'utilització de l'espectre electromagnètic. D'aquesta manera, es tendiria a eliminar les interferències entre els senyals Wi-Fi procedents de diferents punts d'accés (com els routers), que encara es continuen produint en l'actualitat, i es reduiria la latència. Aquest concepte al·ludeix al temps que ha d'esperar un punt d'accés Wi-Fi per començar a emetre els seus senyals perquè no es creuin amb els procedents d'altres punts d'accés.
En relació a aquest primer repte, Giovanni Geraci del Wireless & Secure Communications Group (DTIC-UPF) exposa: "Quants de nosaltres ens hem queixat almenys una vegada que la Wi-Fi no funciona en llocs concorreguts? Juntament amb altres investigadors, proposem una nova funció anomenada 'coordinated beamforming' per a la Wi-Fi de propera generació. Aquesta nova funció aprofita múltiples antenes per fer que dispositius propers siguin mútuament 'invisibles' i puguin transmetre senyals simultàniament sense que hi hagi interferències entre ells i es redueixi la latència fins a un 90%. És com si diverses converses tinguessin lloc en la mateixa habitació simultàniament sense que una destorbi l’altra".
En segon lloc, serà necessari que els dispositius de propera generació operin en bandes superiors de l'espectre electromagnètic. Actualment, els dispositius disponibles al mercat poden operar en dues bandes per sota dels 7 GHZ (2,4 GHz i 5 GHz). Quan es comercialitzi Wi-Fi 7, es podrà fer en una banda més (2,4 GHz, 5 GHz i 6 GHz). Amb la Wi-Fi 8, s'haurà d'anar més enllà i plantejar-se l'ús de les bandes de 45 i 60 GHz.
En tercer lloc, es planteja el repte d'utilitzar Ia Intel·ligència Artificial, concretament l'aprenentatge automàtic, per optimitzar i fer més eficient el funcionament d'un o més punts d'accés Wi-Fi. Per exemple, gràcies a l'aprenentatge automàtic, els punts d'accés Wi-Fi podrien decidir en quina banda de freqüència emetre el seu senyal en cada cas, segons els usos de l'espectre electromagnètic en cada context concret. Els protocols impulsats a través de la IA i l'aprenentatge automàtic podrien prevenir fenòmens indesitjables com les anomalies d’endarreriment en l'emissió de senyals Wi-Fi. Però, per avançar en major mesura en aquest camp, seria necessari que els investigadors poguessin accedir a una gamma més àmplia d'estadístiques de dades, que creuessin informació de diferents proveïdors.
La intel·ligència artificial pot ajudar les xarxes Wi-Fi a optimitzar la seva capacitat de decisió
Sobre aquest tema, Boris Bellalta, director del Wireless Networking (WN) Group del DTIC-UPF, exposa: "El repte de proporcionar garanties de fiabilitat a les xarxes Wi-Fi és molt complex pel fet que operen en bandes lliures i la consegüent necessitat de coexistir amb d’altres xarxes externes. En aquest context, estem investigant noves solucions basades en l'ús d'Intel·ligència Artificial amb l'objectiu de dotar les xarxes Wi-Fi de capacitat de decisió i facilitar que la mateixa xarxa Wi-Fi pugui trobar solucions capaces de garantir les prestacions requerides."
L'evolució de les xarxes Wi-Fi i les perspectives de futur
Des dels seus orígens, a finals de del segle XX, les xarxes Wi-Fi han experimentat un gran desenvolupament. En els últims 25 anys, les taxes de velocitat de transmissió de dades a través de xarxes Wi-Fi ha passat d'1 Mbps (megabit per segon) a 30 Gbps (o 30.000 Mbps). Aquest augment de les velocitats de transmissió de dades ha anat associat a un increment dels usos de les xarxes sense fils. Si inicialment només s'utilitzaven per a connectar-se al correu electrònic o navegar per Internet, en l'actualitat són presents en espais amb gran afluència de persones que necessiten connectar-se a la xarxa (espais de coworking, aeroports…) i milions de persones també les utilitzen per fer videotrucades. Actualment, les tecnologies Wi-Fi suposen dos terços del trànsit mòbil del món. A més, durant la pandèmia de la covid, la necessitat de connectar-se a xarxes Wi-Fi es va incrementar exponencialment.
Reptes i aplicacions de les xarxes Wi-Fi en el futur
El principal repte de futur per cobrir les noves necessitats de xarxes Wi-Fi és millorar les garanties de fiabilitat i confiança, per evitar les interrupcions de connexió Internet. La millora de la fiabilitat és un repte per a qualsevol tecnologia destinada a ser assequible, omnipresent i a operar en bandes exemptes de llicència subjectes a interferències incontrolades. La necessitat d’afrontar aquest repte és fonamental, especialment per implementar les xarxes Wi-Fi en els entorns industrials i productius o en els serveis públics i d'atenció sociosanitària del futur.
Alguns exemples d'aplicacions que requeriran Wi-Fi 8 UHR són els processos d'automatització industrial, l'agermanament digital (construcció d'un sistema digital dinàmic que reprodueix un sistema físic i evoluciona paral·lelament a ell), la telepresència (que permet realitzar conferències telemàtiques però acompanyades de realitat virtual, de manera que les persones que hi participen des de diferents localitzacions físiques es visualitzen en un mateix espai), les operacions mèdiques robotitzades o el metavers. Cal tenir en compte que les comunicacions hologràfiques (que representin imatges en 3D emprant la llum) necessàries per construir l'univers virtual del metavers requereixen una connexió a la xarxa de confiança i sense retards. En cas contrari, i encara que els endarreriments afectin la transmissió d'un percentatge ínfim de paquets de dades, es poden provocar situacions estressants per als seus usuaris.