VLC-5G CAMPO de PRUEBAS PILOTO, DESARROLLO y DEMOSTRACIÓN de TECNOLOGÍAS MÓVILES de 5ª GENERACIÓN (5G)

El proyecto VLC-5G se focaliza en el área de especialización de Tecnologías de la Información y Comunicaciones (TIC), en su futuro a medio plazo con el desarrollo de redes de 5ª Generación (5G), impactando directamente en varios de los objetivos de desarrollo de RIS3-CV y de forma indirecta en la mayoría de ellos, ya que la digitalización es un proceso clave el ámbito económico y social para abordar estos desafíos y la tecnología 5G tendrá un enorme impacto en la transformación digital de las ciudades e industrias en un futuro cercano.

VLC-5G aborda:

  • Los retos tecnológicos actuales en el área TIC, que la Comunidad Valenciana puede liderar en base al conocimiento científico y tecnológico que acumulan los investigadores, empresas e instituciones que se aglutinarán en torno a VLC-5G.

  • El refuerzo de las ventajas competitivas para las industrias actuales y para empresas de nueva creación basadas en el conocimiento generado en VLC-5G, dotándolas del nivel de excelencia tecnológica internacional que obtendrán al posicionarse como pioneras en aplicaciones de redes de 5ª generación.

  • Potenciar la inversión futura en la Comunidad, gracias a que en VLC-5G se plantea como objetivo facilitar un campo de pruebas de nuevas tecnologías 5G, el acompañamiento en su incorporación progresiva a industrias tradicionales, la difusión a nivel global de estas capacidades residentes en la Comunidad Valenciana, y el asesoramiento a emprendedores para la puesta en marcha de nuevos sistemas y servicios de telecomunicaciones 5G.

  • Involucrar a científicos, tecnólogos, empresas y administraciones en torno a un mismo foco de creación de conocimiento en un área novedosa y con alto potencial, para lo cual se ha diseñado la estrategia TeDIS (Test-Demostración-Implementación-Servicio), aplicable a muchos sectores de los actualmente recogidos en RIS, a los que las TIC, y en particular la 5G, potenciarán en prestaciones, competitividad y calidad de servicio. TeDIS parte de pruebas en el entorno tecnológico de la UPV, traslada los resultados a demostraciones en escenarios reales, acompaña en la implementación y puesta en marcha de sistemas y servicios 5G a empresas y entidades que hagan uso de los resultados del proyecto VLC-5G.

  • Difundir a nivel global los resultados del proyecto gracias a la organización de la conferencia de H2020 EUCNC y del evento Global 5G Event para el que Europa ha elegido Valencia para mostrar a escala global y de forma práctica su tecnología 5G.

VLC-5G objetivos:

Los objetivos de desarrollo que se beneficiarán de la puesta en marcha del proyecto VLC-5G son, de forma directa y en este orden de implantación temporal:

Automoción y movilidad

Automoción y movilidad

Dado que la conectividad de vehículos y máquinas es uno de los ejes esenciales de 5G, con impacto en seguridad vial, comunicaciones entre vehículos, pero también en la producción y logística. Entre los pilares económicos de la Comunidad Valenciana, dos de ellos corresponden a esta categoría: la fabricación de automóviles y la actividad portuaria logística.

Bienes de equipo y de consumo

Bienes de equipo y de consumo

Siendo la Industria 4.0 otro de los escenarios de aplicación descritos en la especificación de la 5ª generación de redes de comunicaciones. Con 5G se podrán controlar remotamente máquinas, y procesos de producción y se podrán sincronizar cadenas de producción de distintas ubicaciones, debido al bajo nivel de latencia y gran ancho de banda especificados en 5G.

Turismo y calidad de vida

Turismo y calidad de vida

Puesto que los servicios que se van a poder ofrecer con la tecnología 5G en el ámbito de la realidad aumentada, los sistemas inmersivos y en general, la información ubicua, abren un amplísimo abanico de posibilidades al sector turístico, que no son alcanzables con la tecnología actual

Promoción de la salud y la sanidad eficiente

Promoción de la salud y la sanidad eficiente

Promoción de la salud y la sanidad eficiente, puesto que los sistemas 5G que se van a desarrollar en VLC-5G incluyen los casos de uso de cirugía robotizada remota, monitorización de sensores médicos y control de pacientes de riesgo

VLC- 5G es el proyecto de puesta en marcha de una plataforma de comunicaciones inalámbricas de tecnología 5G en el campus de la Universidad Politécnica de Valencia, que servirá de soporte a las pruebas de nuevos equipos, aplicaciones y servicios 5G, a la promoción de Valencia como ciudad 5G, y a la selección de demostraciones a realizar en otros escenarios de la ciudad durante el Global 5G Event 2019.

El proyecto VLC-5G se alinea con la evolución de las redes móviles entre 2018 y 2020 hacia la 5G, que, como se ha indicado anteriormente, traerá novedades importantes y mejoras no solo en lo que respecta a la capacidad, latencia, densidad de conexión, calidad y experiencia de usuario, sino también en términos de flexibilidad, eficiencia, escalabilidad y grado apertura de las redes, lo cual permitirá ofrecer nuevos servicios. De esta manera, las redes 5G podrán ofrecer múltiples redes virtuales, cada una de ellas con la posibilidad de ofrecer una gran variedad de servicios con diferentes necesidades y requisitos sobre una infraestructura física común de una forma transparente y dinámica, como por ejemplo servicios de comunicaciones entre máquinas o Internet de las Cosas IoT (Industria 4.0), comunicaciones entre vehículos (claves para el coche sin conductor), comunicaciones críticas de emergencia, además de nuevas formas de comunicaciones multimedia como Realidad Virtual (VR) o Realidad Aumentada (AR), 360 grados.

El despliegue del test-bed VLC-5G se basa en la ampliación de las actuales infraestructuras de comunicaciones de la UPV, adquiriendo los equipos necesarios para la emisión y pruebas experimentales de servicios móviles de 5ª generación abarcando todos los «verticals» o casos de uso que se dan en un entorno cerrado y controlado como es el campus de Vera de la UPV, en el que se mueven diariamente más de 50 mil personas y que equivale a una pequeña ciudad incluyendo todo tipo de equipamientos comerciales y deportivos.

Este escenario del Campus de Vera de la UPV es excepcional como potencial campo de pruebas para tecnologías 5G, y está prácticamente preparado para llevar a cabo experimentos y demostraciones, de las que se pueden beneficiar: (1) los grupos de investigación de la UPV, (2) la propia Universidad, ampliando los servicios que ofrece, (3) la ciudad de Valencia, al disponer de un modelo de red de comunicaciones eficiente que puede trasladar posteriormente a los barrios, (4) las empresas de nuestro entorno, que dispondrán de un piloto para demostrar, probar o mejorar sus productos y aplicaciones, y (5) en conjunto toda la Sociedad Valenciana puesto que una infraestructura como VLC- 5G atraerá retornos en forma de colaboraciones con empresas internacionales, participación en proyectos europeos y pondrá a la ciudad el sello de «ciudad 5G» anticipándonos a cualquier otra en nuestro país, siguiendo una de las recomendacions recientes de la Comisión Europea en su Estrategia de para 5G (5G Europe Action Plan) en la que se insta a que «… cada país miembro tenga en 2020 al menos una ciudad 5G enabled».

Como se ha mencionado en anteriores secciones, son varios los sectores económicos de la Comunidad Valenciana que se van a beneficiar de la disponibilidad de redes y servicios móviles de 5ª generación. Del mismo modo que se está desarrollando en todo el mundo el concepto de Internet de las Cosas (Internet of Things, ó IoT) como el escenario en el que en el futuro cualquier objeto puede estar conectado a «La Red», en el caso de Wireless Internet of Things (WIoT). En el caso particular de los vehículos, no sólo de los automóviles, sino de cualquier tipo de medio de transporte y maquinaria móvil (transporte sin conductor, robots, drones, etc.) se dibuja un ecosistema en el que todos esos vehículos se agrupan en la Internet of Cars, concepto que en realidad supone tres grandes avances: conexión directa entre vehículos para aplicaciones de seguridad vial, conexión entre vehículos e infraestructura para aplicaciones de guiado y mantenimiento, y conexión entre sensores ambientales y vehículos (de forma directa o a través de la red de comunicaciones) para servicios como parking, localización, accesos, control de congestión, etc.
El proyecto VLC- 5G es una iniciativa que abarca a toda la Universidad, está avalado y sustentado por grupos de investigación de distintos Institutos y Departamentos de la UPV, y por el propio Servicio de Infraestructuras de la Universidad, y con el soporte particular del Centro de Cálculo. Es por tanto un proyecto que involucra a todo el Campus de la UPV y del que se podrán beneficiar en el futuro todos los grupos de investigación y empresas del entorno de la Comunidad Valenciana que trabajen en temas relacionados con servicios y redes 5G.

Los objetivos específicos del proyecto son:

  • Desplegar un campo de experimentación completo 5G incluyendo las últimas tecnologías tanto radio como de uso virtual de redes, con esquemas de computación en la nube y de network slicing.

  • Integrar el campo de experimentación dentro de las demostraciones que se llevarán a cabo en Valencia en el 5G Global Event que está planificado para Junio de 2019, consiguiendo máxima difusión internacional.

  • Desarrollar esquemas de colaboración flexibles que permitan atraer a ciencia e industria al VLC- 5G y así crear un ecosistema productivo.

  • Desplegar junto con el instituto IDEAS de la UPV, un conjunto de start-ups que utilicen el VLC- 5G para desarrollar nuevos modelos de negocio basados en la 5G.

  • Mejorar los resultados de los proyectos de investigación activos de la UPV que se relacionan en el apartado siguiente.

  • Reforzar las capacidades de los grupos de investigación de la UPV en Comunicaciones Móviles y afianzar su participación en la fase 2 y 3 del programa 5G-PPP gestionado por la Comisión Europea.

  • Solicitar propuestas a la convocatoria de H2020 ICT-19-2019  «Advanced 5G validation trials across multiple vertical industries» que utilicen la plataforma campus VLC-5G. La UE prevé financiar entre 6 y 9 propuestas con un presupuesto entre 10 y 12 millones de euros. Para la participación en esta convocatoria europea es imprescindible contar con el campus VLC-5G, ya que hace falta contar con un despliegue pre-existente.

Casos de uso VLC-5G:

El desarrollo de esta metodología estará guiado mediante la definición de unos casos de uso y escenarios de prueba dentro del campus de la UPV (VLC- 5G) que se listarán a continuación. La tecnología clave del 5G que transformará las redes fijas y móviles en múltiples redes virtuales se conoce como el Network Slicing (Partición de la Red en español). La plataforma VLC- 5G permitirá transmitir simultáneamente diferentes «Slices» 5G para Internet de las Cosas IoT comunicaciones entre vehículos V2X (vehicle-to-everything), comunicaciones multimedia inmersivas, y comunicaciones críticas de emergencia. Con Network Slicing, se puede abordar una gran variedad de servicios de una manera mucho más eficaz que con las técnicas de gestión de tráfico tradicionales. Esta tecnología puede traer consigo la posibilidad de instaurar funciones de red en cualquier nodo de una forma más conveniente, flexible y dinámica. Esto aumenta la agilidad cuando se implementan nuevas capacidades o funcionalidades de la red. Por lo tanto, se requiere de provisión de las capacidades (software/hardware) de virtualización y definición de «slices» de 5G 3GPP Release 15.

Dentro del campus de la UPV están instalados sistemas de sensores de aparcamiento, iluminación, meteorológicos, de consumo energético, de presencia (seguridad), nivel de ruido, entre otros. Actualmente se centraliza dicha información a través de una plataforma propia. En VLC- 5G se plantea la definición de «Sices» 5G IoT que faciliten la provisión de este tipo de servicios de control (tipo «smart city»), asegurando la interoperabilidad de distintas tecnologías IoT con nuevos elementos que utilicen estándares 3GPP como NB-IoT o LTE-M. El objetivo del escenario 5G IoT Slice es doble: en primer lugar, validar arquitecturas de interoperabilidad de plataformas IoT a diferentes niveles (ej. Tecnologías de transmisión y plataformas IoT), que requieren de una alta fiabilidad y disponibilidad, así como de un muy bajo consumo de energía, y en segundo lugar la integración de las mismas en un entorno virtualizado 5G. La interoperabilidad entre las plataformas puede ser proporcionada por INTER-IoT (http://www.inter-iot-project.eu/), proyecto europeo de referencia para interoperabilidad de plataformas IoT heterogéneas, liderado por la UPV.

Otro de los casos de uso que se prioriza en la Unión Europea para los vehículos conectados y que se quiere probar en VLC-5G son las tecnologías de comunicación entre vehículos para aplicaciones de seguridad vial. Este tipo de comunicaciones requiere de alto grado de fiabilidad de la red y de unas conexiones de muy baja latencia (tiempo de reacción de los elementos de la red) que desde la red móvil sólo puede proporcionar un nuevo estándar como es 5G. Para este caso de aplicación en VLC-5G se van a realizar pruebas para demostrar la viabilidad de las conexiones directas entre vehículos en una combinación de dos frecuencias en bandas milimétricas (28 GHz) y centimétricas (3.5 GHz), a fin de conseguir el máximo ancho de banda posible y la mínima latencia. Este concepto se ha desarrollado por la UPV en el marco del proyecto europeo METIS-II (https://metis-ii.5g-ppp.eu/). Además, la gestión de comunicaciones de los vehículos está gobernada por la red 5G, ya que se requiere sincronizar y coordinar las transmisiones desde la red, de ahí que se conecten al menos tres transmisores 5G a la red troncal de la UPV, incluyendo la estación base en banda de 5 GHz y dos o más nodos 5G en bandas de frecuencia superiores, en torno a 28 GHz. Los transmisores 5G a su vez se canalizan al núcleo de la red usando conexiones disponibles en la red del Campus de la UPV (fibras monomodo). La gestión del sistema de comunicación de vehículos se centralizará en el nodo principal de la red del Campus, para lo cual es necesario dotar de al menos dos equipos de comunicaciones en los emplazamientos que se habilitan como transmisor 5G.

Existen pocas aplicaciones que sean tan emblemáticas en 5G como las que se basan en realidad virtual VR o realidad aumentada AR. Hasta el momento se han propuesto algunos escenarios como el control remoto de máquinas, incluso la cirugía remota, que demuestran las posibilidades de un sistema que mantiene simultáneamente baja latencia y gran ancho de banda, como es el especificado para 5G. Una aplicación realmente mediática de estos parámetros de 5G es la realidad inmersiva, es decir, los sistemas que permiten a un usuario sentirse inmerso en un escenario remoto. Este caso de uso tiene aplicaciones que se derivan a turismo, a control remoto a sincronización de operaciones, marketing, sicología (tratamiento), entrenamiento de cirujanos, etc. En el campus de la UPV hemos identificado varios escenarios para la demostración de la realidad inmersiva:

    • Zonas deportivas, desde las cuales se puede producir vídeo con cámaras de VR 360 y visualizar de forma inmersiva dicho contenido en alguna
      de las 4 salas tipo CAVE disponibles en diversos departamentos de la Universidad.
    • Auditorios: los tres auditorios con características de sala de conciertos en la UPV están situados prácticamente en los extremos Este, Sur y
      Oeste del campus. Dos posibles demostraciones en este caso son: (1) el mismo concepto que en el caso de eventos deportivos, trasladado a
      evento musical, y (2) la sincronización de intérpretes (músicos, cantantes) ubicados en salas separadas interpretando conjuntamente un tema.

Dentro de uno de los proyectos de H2020 que lidera la UPV 5G-Xcast (http://5g-xcast.eu/) se desarrollan soluciones para mejorar la distribución de contenidos mediante conexiones multicast/broadcast punto a multipunto PTM. Las conexiones PTM permiten transmitir eficientemente un mismo contenido a muchos usuarios o dispositivos, y son claves para muchos de los nuevos casos de uso de la 5G. Por ejemplo, para transmitir una actualización software a contadores inteligentes IoT o para transmitir información de tráfico a los vehículos conectados, así como para comunicaciones críticas de emergencia o comunicaciones multimedia cuando hay una alta densidad de usuarios por celda.
Como la 5G (3GPP Release 15) sólo incorpora transmisiones unicast punto a punto, es necesario que la plataforma 5G se pueda interconectar
con una red LTE-Advanced Pro Broadcast (3GPP Release 14).
Además de la transmisión multicast/broadcast de los slices IoT, V2X, Immersive Media y de emergencias críticas, dentro del ámbito del VLC-5G se podrían contemplar la evaluación de casos de uso avanzados como:

      • Producción y distribución de video en eventos masivos (ejemplo, estadio de fútbol), donde la concentración de usuarios en un reducido espacio
        genera problemas de saturación en los sistemas unicast.
      • Producción y distribución en tiempo real de contenidos didácticos (conferencias) a un gran número de usuarios remotos, en principio  distribuidos por el campus y conectados por acceso móvil, resultando en un servicio de «aula virtual móvil».
      • Slice de Servicios de Emergencia, cuya característica principal es la disponibilidad del servicio, de tal forma que se garantiza a un hipotético servicio de seguridad pública, de manera instantánea, los recursos necesarios para asegurar las comunicaciones, así como la monitorización de la propia situación de emergencia.
      • Gestión de vehículos autónomos, como evolución del caso de uso de «Save Connected Car» Integración de servicios de video-vigilancia, incluyendo reconocimiento facial, objetos abandonados, conteo de personas y control de aglomeraciones, como evolución del caso de uso «IoT Slice».
      • Realidad Aumentada para guiado de personas, aplicado posteriormente a turismo u otros usos.