Al revisar la evolución de las diferentes generaciones de redes parece incuestionable que cada nueva generación tecnológica abarca aproximadamente una década desde sus inicios hasta el comienzo de la siguiente.
Ha representado un nuevo impulso al desarrollo digital de la economía y de la sociedad en su conjunto. Esto según los Cuadernos de Tecnología Evoca sobre “El impacto del 5G”
La evolución de la tecnología, en paralelo a las nuevas redes, ha venido a dar respuesta a las nuevas necesidades y servicios digitales que están surgiendo, es lo que se conoce como “mobile economy”.
Si las redes de primera y segunda generación estaban pensadas casi exclusivamente para los servicios de voz, las 3G representaron un salto cualitativo al ofrecer, además de voz, datos.
Frente a éstas, las 4G supusieron el impulso de experiencias de Internet de banda ancha.
Con su irrupción, las redes 5G, que permitirán multiplicar por cien o más la velocidad del actual 4G, conseguirán integrar a todas las anteriores e impulsarán la creación de un nuevo ecosistema de servicios para usuarios y corporaciones.
Y lo que es más importante, supondrán el anhelado deseo de la conectividad omnipresente tanto para personas. Lo que da lugar a un internet ubicuo, como para máquinas y dispositivos, impulsando la cuarta revolución industrial.
Nueva era de transformación 5G
Con el despliegue y primeras pruebas de redes 5G asistimos a una nueva ola de transformación que supone una evolución superior a la que han representado las generaciones anteriores. Ya que consigue englobar y mejorar las cualidades de las precedentes y abrir la puerta a nuevas posibilidades técnicas y a nuevos modelos de negocio.
De esta manera, el 5G da un paso más no sólo al integrar las capacidades de las anteriores sino al dar respuesta a las necesidades del auge de la IoT.
Por tanto, a los nuevos ecosistemas hiperconectados que requieren al mismo tiempo la gestión de las comunicaciones y las capacidades de computación integradas en la propia Red.
Este aspecto resulta fundamental porque, frente a los modelos anteriores, la computación, que en las generaciones precedentes se encontraba centralizada, pasa a la propia red.
En palabras de Asha Keddy, gerente general de estándares móviles para tecnología avanzada de Intel, “veremos cómo las capacidades informáticas se fusionan con las comunicaciones en todas partes. Por lo que miles de millones de utensilios y cosas no tendrán que preocuparse de la potencia informática ya que la red hará posible cualquier procesamiento que sea necesario”.
5G y las telefónicas
Las principales compañías de redes, entre las que se encuentran Huawei, Ericsson, ZTE o Nokia, están de acuerdo en fijar para 2020 la fecha del lanzamiento comercial del 5G.
En este sentido, es necesario resaltar el protagonismo de España ya que ha sido en nuestro país donde se ha llevado a cabo la primera conexión 5G.
Este hito, fruto de una colaboración entre Vodafone y Huawei, posibilitó la primera llamada telefónica utilizando el nuevo estándar comercial NSA (Non Stand Alone) entre Madrid y Castelldefels.
Como recoge el plan nacional 5G 6 del Ministerio de Industria, las innovaciones tecnológicas, que situarán a España a la vanguardia de la transformación digital, se sustentan en las nuevas capacidades de las redes 5G:
- Banda ancha móvil de alta velocidad y capacidad o eMBB (enhanced mobile broadband) que permitirá alcanzar velocidades en movilidad superiores a 100 Mbit/s con picos de 1 Gbit/s.
- Comunicaciones ultra fiables y de baja latencia. El retardo en la transmisión se reducirá hasta alcanzar 1 milisegundo (ms) frente a los 20-30 milisegundos que permiten las actuales redes 4G.
- Comunicaciones masivas máquina a máquina (M2M). Las nuevas redes 5G incrementarán las capacidades de gestión de conexiones simultaneas propias de la IoT como sensores, domótica, robótica etc. y por supuesto la gestión de grandes cantidades de datos.
Siendo muy importantes aspectos como la mejora en la velocidad de transmisión y la disminución de latencia, es probable que la mayor revolución se materialice en las nuevas capacidades para ofrecer una conectividad inteligente ilimitada.
Mejorando servicios que disponíamos hasta la fecha y, lo que es más relevante, fomentando la transformación de los procesos industriales e impulsando la creación de nuevos sectores como la IoT, las “smart cities” o la industria 4.0.
Una mejor gestión del espectro
Los actuales estándares y redes 4G son claramente insuficientes para satisfacer los nuevos hábitos de uso del “mobile”, caracterizado por el auge de la demanda de video online o los nuevos servicios de realidad virtual así como por la paulatina implantación de la IoT, con miles de millones de dispositivos, sensores, etc. emitiendo bits para comunicarse.
De la misma forma hay que dar respuesta a las nuevas demandas de sectores enteros como el de la salud o la industria robotizada para los que el ancho de banda y los tiempos de respuesta de la red (latencia) resultan ser cada vez más críticos.
Por ello, el 5G se concibe como un innovador ecosistema compuesto por una nueva arquitectura de red, nuevos modelos de estaciones base y nuevos estándares de complexación de ondas.
En esta línea, diferentes grupos de investigación están trabajando ya para la mejora del espectro mediante nuevas técnicas de multiplexación de ondas y de una nueva arquitectura más densa en número de células macro, micro y pico (densificación), que permitirán un mejor uso del espectro existente, lo que aumentará la transmisión del número de bits por segundo.
Implantar nuevas técnicas dentro de la red
Los operadores de telefonía móvil están trabajando en múltiples vías para abordar este desafío. Si utilizamos el símil del tráfico de carreteras, la mejora de la gestión puede venir por el aumento de las carreteras disponibles, es decir, la reasignación del espectro como la reciente subasta en los EE.UU.
Otra opción sería conseguir que las carreteras sean más eficientes. Siguiendo con el símil, en el tráfico móvil correspondería al incremento de la densificación a través del aumento de la ubicación y el despliegue de pequeñas células.
Al mismo tiempo, el mejor estado y uso de las carreteras dinamiza también el tráfico que circula por ellas, lo que correspondería en las inalámbricas a una mejor gestión del espectro gracias a la utilización de redes definidas por software y funcionalidad de red más eficientes.
En este sentido, la mejora de la gestión del espectro permitirá a los operadores móviles transmitir en más frecuencias, provocando un incremento directo y en general proporcional de la capacidad de la Red.
Por contra, al necesitarse frecuencias más altas, la cobertura será menor, requiriendo un mayor número de emplazamientos de radio (cell splitting), dando lugar a una nueva generación de estaciones base denominadas MIMO (Massive Multiple Input, Multiple Output) que prometen un mayor ancho de banda y mayores velocidades.
Su despliegue, que incorporará además otros elementos de antena, podría aumentar las velocidades de datos y mejorar la calidad de la transmisión.
Requerimientos del 5G
Es importante destacar que en 5G las comunicaciones se concentran especialmente en los bordes de las celdas, otro aspecto que permitirá multiplicar por 100 la velocidad actual de transmisión de datos.
Es lo que se denomina técnicamente como “edge computing”. De esta forma la inteligencia se desplaza de los servidores de datos centralizados a los márgenes de las redes.
El “edge computing” es un método que optimiza los sistemas de computación en la nube mediante el procesamiento de datos en el borde de la red, cerca de la fuente que genera los datos, por ejemplo en los sensores vinculados a la IoT.
Estas técnicas reducen el ancho de banda de comunicaciones necesario entre los sensores y el centro de datos central, además de proporcionar una gestión más eficiente al utilizar los recursos solo cuando son necesarios y no requerir estar continuamente conectados a la red.
Actualmente, el “edge computing” cubre una amplia gama de tecnologías tanto de software como de hardware que incluyen sensores inalámbricos, análisis de datos móviles, redes y procesos peer-to-peer (P2P) y un largo etc.
Red de extremo a extremo
Otro aspecto que hace diferente las conexiones 5G de todas las anteriores es la creación de una red de extremo a extremo que funciona con niveles de servicio y criterios de rendimiento definidos.
Es decir, la posibilidad de crear “segmentos virtuales” de la red (de ahí su nombre “network slicing” que facilita que cada segmento o sección pueda gestionarse de forma virtual e independiente. El corte de red permitiría laminar la red 5G en múltiples redes virtuales.
Esto le confiere una mayor flexibilidad y nuevas capacidades ya que cada segmento puede utilizarse de forma autónoma y diferencial.
En definitiva, el “slicing” ofrece la posibilidad de eliminar conflictos de priorización de tráfico para diferentes paquetes de datos, proporcionando así un alto grado de versatilidad que admiten usos diferentes a la vez.
Segmentación Virtual
Las técnicas de segmentación virtual de la red, que abarcan varias tecnologías, son como hemos visto fundamentales para establecer “redes dedicadas”, especialmente útiles para nuevos sectores y servicios como la conducción autónoma, la robótica y, en general, cualquier solución IoT.
Por este motivo permitirá desarrollar nuevos modelos de negocio ya que cada segmento virtual puede ser optimizado para servir a una aplicación vertical específica, por ejemplo para ciertos servicios IoT que requieren gestionar unos pocos bits pero que pueden necesitar una latencia diferente a un videojuego masivo o una operación quirúrgica en remoto que demanda mucho tráfico y una mínima latencia.
Gracias a la combinación del aumento de la velocidad de transmisión y de la disminución de la latencia aparecen nuevas posibilidades que la Next Generation Mobile Networks Alliance (NMGN) ha clasificado en ocho ámbitos o campos que se verán mejorados y beneficiados gracias al 5G:
- Acceso de banda ancha en zonas urbanas de alta densidad. Permitiendo servicios como Video de alta calidad, Smart Office y otros servicios basados en la nube. Además del desarrollo del sector audiovisual, permitirá nuevas posibilidad para servicios tanto B2B como B2C gestionados en la nube, pudiendo sustituir a las redes fijas para trabajadores en movilidad como es el caso de las flotas comerciales, logística, etc.
- Alta velocidad para usuarios en movilidad. Que incluye el uso de datos en trenes, computación remota, aeronaves y puntos calientes en movimiento.
- Internet of Things masivo. Redes de sensores, domótica, wearables, sistemas de vigilancia y un largo etc. crearán un nuevo ecosistema de servicios interconectados que revolucionarán innumerables sectores dando lugar a la cuarta revolución industrial.
Para el año 2021, los casos de uso de IoT en 5G impulsarán al 70% de las empresas del G2000 a gastar 1,2 billones de dólares en soluciones de administración de conectividad IDC Noviembre 2017
- Servicios de difusión. Incluye servicios existentes como la trasmisión en video y nuevas posibilidades como la información de atascos de tráfico o servicios en grandes aglomeraciones de gente.
- Acceso de banda ancha ubicuo. Aumentando el alcance geográfico de las redes inalámbricas actuales, al tiempo que ofrece mayor capacidad y eficiencia con mejoras evidentes de costes.
- Comunicaciones extremas en tiempo real. Abarcará desde la informática a distancia hasta la conducción autónoma, siendo el elemento común la necesidad de poder analizar ingentes cantidades de datos en tiempo real.
- Comunicaciones ultra fiables. Desde la conducción automatizada, el control de robots/drones, la supervisión remota de servicios de salud o de seguridad pública. Estas funciones requieren una cobertura geográfica completa.
- Comunicaciones Lifeline. Servicios ofrecidos en caso de catástrofes o situaciones extremas.
Por tanto, se espera que 5G impulse aún más la digitalización de la economía. La capacidad para manejar grandes volúmenes de datos con baja latencia en tiempo real11 desplegará toda una suerte de servicios basados en la nube, transacciones de próxima generación como las aplicaciones basadas en “block chain”, que requiere grandes recursos de computación en un corto espacio de tiempo, la realidad aumentada (AR), la inteligencia artificial (IA) o el Internet de las cosas (IoT).
Los usuarios podrán disfrutar de nuevos servicios y mejores experiencias de uso a alta velocidad, baja latencia y mínimos retardos, fluctuaciones e interrupciones.
Por tanto, las tecnologías 5G contribuirán a la creación o potenciación de sectores verticales como la IoT o la smart cities así como a innovadores servicios o nuevos modelos de negocio.
Este aspecto es especialmente relevante para los operadores en Europa ya que en los últimos diez años el tráfico de datos en las redes fijas y móviles se ha multiplicado por 2212, mientras que los ingresos por los servicios móviles han caído un 19% debido a la competencia y a la regulación.
Todo hace entender que el 5G sea una oportunidad para generar nuevos ingresos que corrijan dicha desviación. Analizamos a continuación las principales mejoras que aporta y los nuevos sectores verticales que se vislumbran con la irrupción del 5G:
La velocidad de transmisión sí importa
Para operadores y fabricantes de redes los retos están focalizados en soportar el imparable crecimiento del tráfico de datos previsto, mejorar la experiencia, con especial foco en la disminución de la latencia, y reducir los costes de transmisión de la gestión de bits.
El 5G parece dar respuesta a estos y otros retos, sin olvidar que ello implica una fuerte inversión CAPEX y un marco regulatorio satisfactorio.
Como en la evolución tecnológica de las generaciones anteriores, la velocidad de transmisión de información ha sido uno de los objetivos primordiales ya que es uno de los aspectos que los usuarios valoran más positivamente.
Una encuesta realizada por Ericcson a sus usuarios demuestra que la velocidad de Internet móvil ofrecida por los operadores en sus ofertas comerciales se considera el aspecto más importante en la selección del plan de datos.
Esta preferencia representa aproximadamente un tercio de la importancia relativa total a la hora de escoger un operador de telefonía móvil.
Teniendo en cuenta los datos que manejan los grupos de trabajo de la Unión Europea, el tráfico en movilidad se multiplicará por 8 en los próximos 5 años, al mismo tiempo que el número de dispositivos conectados asociado al IoT a nivel mundial pasará de los 15.400 millones que había en 2015 a 75.400 millones en 2025.
Con ellos, los tiempos estimados para la descarga de archivos pueden acelerarse hasta 100 veces, permitiendo el acceso a la alta definición, realidad virtual, etc. A modo de ejemplo, la descarga de una película en alta definición que con las actuales redes 4G disponibles emplea aproximadamente 8 minutos requerirá sólo 4,8 segundos gracias a las futuras redes 5G.
Otros servicios como la realidad virtual y las experiencias inmersivas, que serán posibles gracias al 5G, implicarán cambios en industrias como la del videojuego o la educación pues necesitarán rendimientos y velocidades superiores a las ofrecidas actualmente por las tecnologías inalámbricas disponibles.
En estos casos las aulas virtuales permitirán experiencias cien por cien inmersivas si consiguen que la resolución de la imagen sea similar a la que la puede percibir la retina humana, lo que requiere que el rendimiento sea de 300 Mbps o superior, casi 100 veces mayor que el rendimiento actual de los servicios de video HD15.
Aunque todavía gran parte de los operadores a nivel mundial continúan comercializando planes por volumen sin diferenciar los niveles de velocidad, la irrupción del 5G podría cambiar esta realidad, debido sobre todo a la incorporación de nuevos agentes en la cadena de valor, como veremos más adelante.
No obstante, la distribución de velocidad no es homogénea en el tiempo y el espacio. Por ello, las redes deben estar diseñadas para soportar y dar respuestas rápidas a los cambios en la demanda que puedan surgir de forma ocasional.
A ello contribuirán las redes 5G, gracias a las innovaciones que supondrán los avances en la Red de Acceso Radioeléctrico (RAN), la gestión flexible de los recursos radioeléctricos (RRM) así como la implantación de redes ultra densas o transportes más eficientes.
Es decir, la asignación flexible y dinámica de recursos permitirá mantener los servicios disponibles en condiciones de alta demanda.
Disminuir la latencia
El 5G permite no solo que muchos más dispositivos estén conectados al mismo tiempo (hasta 100 equipos por metro cuadrado) sino que puedan responder más rápido a las órdenes remotas.
Ese tiempo, entre el que se da una orden y el dispositivo la ejecuta, se llama latencia y el 5G conseguirá llevarla hasta los 5 milisegundos.
La latencia mínima de respuesta es fundamental para hacer realidad aplicaciones como la conducción automática de los coches u operaciones quirúrgicas remotas mediante robots.
Aunque es una evidencia contrastada que la latencia ha ido disminuyendo paulatinamente, habiendo conseguido que actualmente el retardo de una red 4G se encuentra en torno a los 50 ms, la mitad de la que ofrecían las redes 3G, los nuevos servicios como los autos sin conductor requieren tiempos aun menores.
Para garantizar la seguridad en un coche que tiene que frenar de forma imprevista el tiempo estimado de reacción debe ser de 1 ms.
Con la latencia que proporcionan las redes actuales un coche que circulara a 100 km/h se desplazaría 1,4 metros desde el momento en que encuentra un obstáculo hasta el momento en que se ejecuta el comando de frenado.
En las mismas condiciones, con la latencia que podría ofrecer una red 5G, el automóvil se desplazaría solo 2,8 centímetros, tiempo equivalente al rendimiento estándar de los sistema antibloqueo de frenos (ABS).
La disminución de la latencia de extremo a extremo (end-to-end) es un requisito primordial para los nuevos servicios como la realidad aumentada, la medicina de precisión y la cirugía robótica asistida a distancia en el ámbito de la salud, la seguridad vial, la conducción autónoma en vehículos conectados o la automatización de fábricas, etc.
Dependiendo del servicio, la latencia puede ser más o menos crítica, por ello los tiempos máximos demandados de retardo varían entre decenas de milisegundos y unos pocos milisegundos.
Para el sector del entretenimiento también es fundamental disminuir el tiempo de latencia para ofrecer una mejor experiencia para el usuario. Es el caso de los juegos online interactivos para móviles que además de un requerimiento de ancho de banda requieren un tiempo de reacción mínimo.
La internet de las cosas
Si durante las cuatro generaciones de tecnología móvil precedentes el uso mayoritario se hacía entre personas, el 5G potenciará que sean las máquinas y dispositivos los que se conecten masivamente, dando lugar a la denominada Internet de las cosas (IoT en sus siglas en inglés).
Un ecosistema que previsiblemente en el año 2025 estará constituido por 100.000 millones de dispositivos: sensores, alarmas, wearables, móviles, electrodomésticos, lectores de códigos, etc.
Según estimaciones de la firma china Huawei, en esta fecha sólo el 10% de las conexiones totales serán entre humanos; el resto será entre máquinas y dispositivos de forma independiente.
Tecnológicamente pueden diferenciarse tres capas o niveles a los que se hace referencia cuando se aborda la IoT.
El primero corresponde a los dispositivos, sensores y actuadores cuya función principal es la captación de diferentes variables como la temperatura o la luz, que se convierten en impulsos eléctricos (datos).
El segundo nivel es el “gateway IoT” o pasarela, que engloba a los componentes de hardware y software que sirven de punto de conexión entre la nube y los controladores, sensores y dispositivos inteligentes que configuran la arquitectura necesaria para el procesamiento de datos. Por último, en la tercera capa de la plataforma IoT es en la que se encuentran las aplicaciones y servicios de negocio y consumo.
Es decir, de forma simplificada, la tecnología IoT abarca todas las tecnologías necesarias para que dispositivos físicos capten datos y sean transmitidos para su procesamiento de cara a desarrollar servicios o aplicaciones.
En definitiva, los dispositivos IoT se encargan esencialmente de capturar y transmitir datos. Es por ello que la conectividad de los dispositivos físicos con las diferentes capas y su procesamiento tiene que ser lo más rápido y eficiente posible.
Las posibilidades que ofrece la IoT parecen infinitas: gracias a los sensores distribuidos estratégicamente por la ciudad, se podrán regular los semáforos en función del número de coches que se aproximan a un cruce, adoptar medidas sanitarias según el incremento de contaminación o proceder a la recogida de la basura cuando los contenedores están llenos.
Los miles de millones de sensores y dispositivos conectados entre sí generarán cientos de millones de datos por segundo que requerirán una gestión eficiente.
La densidad de conexión se define como el número medio de conexiones activas simultáneas que se pueden soportar en un área determinada, medido en conexiones por kilómetro cuadrado.
Otro ejemplo de elevadas densidades se da en concentraciones de personas como eventos deportivos, conciertos, manifestaciones, etc.
La correcta conectividad masiva se apoya en nuevas interfaces aéreas que deberían optimizar los recursos de radio e infraestructura disponibles, abarcando áreas que van desde las mejoras del protocolo y la gestión de los recursos radioeléctricos hasta el diseño de las ondas.
De nuevo observamos la importancia que la computación en los extremos (“edge-computing”) tiene en las redes 5G ya que permite que los datos sean agregados, resumidos y analizados en los extremos, minimizando el volumen de los que necesitan ser transmitidos a la nube, lo que puede incidir positivamente en los tiempos de respuesta y los costes de transmisión de la red.
Es por eso que en la IoT confluyen la computación de borde, la analítica avanzada y la inteligencia artificial. Aunque el 5G mejora, todavía necesita una mejor gestión del espectro ya que el incremento requiere la transmisión de infinidad de datos que las actuales redes no podrían soportar.
Smart cities
Sin lugar a dudas, el desarrollo de las tecnologías 5G será más evidente en las ciudades en las que confluya la gestión de servicios públicos y privados a gran escala.
Además de la banda ancha de edificios, incluidos los espacios públicos como los trenes o los vagones del metro, los usuarios podrán alcanzar velocidades similares a las de la fibra fija, permitiendo que la tecnología inalámbrica se despliegue en sitios donde las redes fijas son demasiado costosas, tienen un uso solo estacional o en determinadas situaciones como eventos, catástrofes, etc.
Las redes 5G actuarán como catalizador y aglutinador de otras tecnologías como la IoT o la inteligencia artificial, lo que permitirá configurar un nuevo ecosistema de servicios públicos.
La consultora Accenture ha definido tres grandes áreas de actuación en las que el 5G podrá tener un impacto directo en servicios vinculados a las smart cities17: energía y servicios públicos, transporte y seguridad pública.
En el primer caso las “smart grid” (redes inteligentes) saldrán claramente beneficiadas ya que mejorarán la eficiencia y reducirán considerablemente los costes al permitir que muchos dispositivos estén integrados a través de conexiones 5G, lo que favorecerá que sean monitorizados con mayor precisión, mejorando las previsiones de las demandas energéticas y su eficiencia.
Se estima que los beneficios asociados al despliegue de las redes eléctricas inteligentes en EE.UU. podrían alcanzar los 2 billones de dólares en los próximos 20 años.
La iluminación inteligente es también otro claro ejemplo del potencial del 5G: el manejo automático de la red de iluminación cuando no pasean peatones o haya vehículos presentes ayudará a disminuir sus
