Se prevé que el crecimiento del tráfico inalámbrico alcance los 5.016 exabytes para el año 2030, junto con tasas de bits de 1 Tb/s, así como nuevos servicios relacionados con detección, localización, baja latencia y ultraconfiabilidad. En este contexto, se requiere de una nueva tecnología inalámbrica capaz de soportar este flujo de conectividad, por lo que proyectos europeos como Meta Wireless persiguen la idea disruptiva de diseñar redes inalámbricas tratando el entorno en sí mismo como una variable que debe controlarse y optimizarse.
El proyecto Meta Wireless, liderado por el Consorcio Nacional Interuniversitario de Telecomunicaciones (CNIT), en Italia, está desarrollando superficies inteligentes reconfigurables (RIS) que permitirán manipular el entorno inalámbrico para optimizarlo. Las RIS son estructuras planas, hechas con metamateriales y electromagnéticas discontinuas, que no se adhieren a las leyes convencionales de reflexión y difracción.
Esta tecnología tiene la capacidad de modificar de forma controlable la fase y el frente de la onda de las ondas de radio incidentes. El proyecto persigue revestir los objetos, paredes o fachadas de los edificios con esta tecnología para poder personalizar en tiempo real la respuesta electromagnética de los entornos.
Con una inversión de 3.995.128 euros, íntegramente financiados por el programa de investigación Horizonte 2020 de la Comisión Europea, el consorcio, compuesto por 11 entidades procedentes de Finlandia, Grecia, Francia, Suecia, Alemania, Austria, Italia y España, este último representado por la Universidad Pompeu Fabra y la compañía Telefónica Investigación y Desarrollo, desarrollará la tecnología RIS en cuatro años (diciembre de 2020-noviembre de 2024).
Objetivos de Meta Wireless
Meta Wireless plantea la idea disruptiva de diseñar redes inalámbricas tratando el entorno inalámbrico como una variable de optimización que debe adaptarse para maximizar el rendimiento de la red. Para ello, incorporará a las redes inalámbricas 6G las superficies inteligentes reconfigurables.
Combinando los campos interdisciplinarios de las comunicaciones inalámbricas, la física, las metasuperficies electromagnéticas, el aprendizaje computacional y las redes de software, Meta Wireless sentará las bases teóricas, algorítmicas y arquitectónicas de las futuras redes inalámbricas habilitadas para RIS y desarrollará el primer simulador a nivel de sistema de acceso abierto para la optimización de redes.
Para garantizar el éxito de este proyecto, el consorcio ha planteado cuatro objetivos de investigación. El primero se centra en el desarrollo de RIS para generar la tercera generación de metamateriales que puedan reconfigurarse en tiempo real y realizar tareas conjuntas de comunicación y detección. El segundo en crear marcos teóricos con nuevas técnicas matemáticas para introducir una nueva teoría de la comunicación que supere la teoría convencional de Shannon y revele el máximo rendimiento de las redes basadas en RIS.
El tercer objetivo se encargará del desarrollo de nuevos esquemas de comunicación, protocolos de optimización y algoritmos para redes basadas en RIS. Por último, el cuarto objetivo estará centrado en la creación de un simulador a nivel de sistema con módulos de trazado de rayos adaptados a RIS, a la vez que se construye la primera plataforma de simulación (software) de acceso abierto para analizar, optimizar y probar entornos de radio inteligente basados en RIS a gran escala.
Características de las superficies inteligentes reconfigurables
El proyecto Meta Wireless se encargará de desarrollar todos los aspectos del diseño y operación de las redes inalámbricas potenciadas por RIS, para su incorporación en la red de comunicación inalámbrica 6G. Asimismo, entre sus competencias estarán avanzar y fusionar los campos interdisciplinarios de la tecnología de comunicaciones inalámbrica, física, metasuperficies electromagnéticas, aprendizaje computacional y redes de software.
Respecto a las ventajas que aporta RIS a la conectividad inalámbrica, cabe destacar un mayor grado de libertad en el diseño del sistema, gracias a que las RIS pueden ser desplegados tanto en las paredes de los edificios como revestir los objetos entre dispositivos de comunicación.
Asimismo, proporcionan un mayor ahorro de energía, ya que son dispositivos casi pasivos, que solo requieren de una pequeña cantidad de energía para su funcionalidad reconfigurable ininterrumpida.
Por último, las RIS ofrecen una mayor seguridad inalámbrica, mediante el control del ángulo de la señal de salida, que permite enfocar la energía electromagnética solo hacia las direcciones seleccionadas.
Además de aumentar la energía recibida por el receptor previsto, las RIS también son capaces de reducir la contaminación electromagnética, lo que permite una mayor seguridad, ya que evita que usuarios malintencionados puedan espiar. Por otro lado, las RIS se pueden configurar para absorber la señal entrante, eliminando así las radiaciones no deseadas.
Para que se haga posible la implementación de las RIS en las redes inalámbricas es necesario desarrollar metodologías específicas para diseñar y operar todas las capas de la pila de protocolos. Asimismo, el alto número de grados de libertad de recursos de radio hace que el proceso de desarrollo sea más completo y, por lo tanto, se requiere de técnicas de optimización mejoradas.
Retos del proyecto Meta Wireless
El consorcio se enfrentará a diversos retos como solucionar la ausencia de la capacidad activa de la transmisión y el procesamiento de los datos por parte de las RIS, los cuales al ser casi pasivos permiten unos ahorros de energía notables, pero complica tanto la estimación como la retroalimentación del canal.
A pesar de ello, esta tecnología de Meta Wireless ofrece la posibilidad de realizar haces muy nítidos, provocando una mayor seguridad entre los usuarios finales al poder localizar el haz con precisión.
Gracias al despliegue de las RIS, se hará posible personalizar los canales de propagación, aunque la explotación de esta posibilidad para mejorar el rendimiento de la red es todavía un gran desafío que requiere de marcos teóricos y algorítmicos completamente nuevos.
Como último reto, el entorno radiofónico debe volverse inteligente para predecir y adaptarse a las demandas aleatorias de servicios, evoluciones de tráfico y cambios repentinos de los escenarios de propagación, así como para comunicar y localizar simultáneamente usuarios finales y/u objetos.