La quinta generación de redes inalámbricas (5G) está revolucionando la industria y abriendo la puerta a numerosos beneficios gracias a velocidades de conectividad más rápidas y una latencia ultrabaja, entre otras características clave. Por su parte, el 5G para redes privadas está abriéndose paso en la industria y es un mercado que se espera que crezca en los próximos años. En este contexto, el proyecto europeo Fudge-5G ha diseñado, evaluado y demostrado una arquitectura, soluciones y sistemas 5G basados en servicios, unificados, seguros y nativos en la nube, para redes privadas.
El objetivo principal era ofrecer soluciones de redes privadas 5G capaces de satisfacer los requisitos en entornos realistas y mejorar el paradigma 5G de arquitectura basada en servicios existente en redes 5G totalmente desintegradas y personalizables, abstraídas de la infraestructura o el hardware subyacente.
El proyecto Fudge-5G ha estado liderado por la Universidad Politécnica de Valencia y ha contado con un consorcio compuesto por 12 entidades procedentes de Noruega, Italia, Finlandia, Alemania, Países Bajos, Grecia, Portugal, España, Reino Unido y Francia.
Con una duración de tres años (septiembre de 2020 a marzo de 2023), el proyecto ha contado con una inversión de 6.129.901 euros, de los cuales 4.622.327 euros estaban financiados por el programa de investigación Horizonte 2020 de la Comisión Europa.
Componentes de Fudge-5G
Según los resultados finales del proyecto, la cartera de componentes Fudge-5G se compone de 18 elementos, y los más notables incluyen una red privada portátil 5G, denominada Network-on-Wheels, que permite mover e implementar una red totalmente compatible con 5G donde sea necesario, y la plataforma Beyond eSBA, que presenta enrutamiento de servicios y gestión de energía que permite la orquestación y personalización de redes 5G en función de las necesidades del cliente.
La plataforma dispone de una arquitectura basada en servicios (eSBA) en 3GPP a través de cuestiones clave y soluciones proporcionadas a aspectos centrales de la realización de planos de control para redes 5G.
Esta opción de implementación para el plano de control 5G se ha construido en una plataforma que combina la realización de SBA compatible con 3GPP con una solución de gestión del ciclo de vida (LCM), que tiene como objetivo el aprovisionamiento de microservicios, por ejemplo, realizados a través de contenedores u otras técnicas de virtualización ligeras, sobre el componente del proxy de comunicación del servicio (SCP) del 3GPP.
El componente de orquestación utiliza plantillas compatibles con TOSCA. Los componentes de control y gestión de puntos finales de función de servicio (SFEMC) permiten una capacidad de control flexible durante la vida útil del servicio, especificada a través de políticas de cambio de estado e iniciales dentro de la plantilla de orquestación.
El componente etiquetado del marco de servicio 3GPP implementa las capacidades SBA de 3GPP con los componentes NRF y SCP, realizando el registro y descubrimiento del servicio, así como la funcionalidad de enrutamiento de mensajes.
Cinco casos de uso verticales
Para validar la plataforma Fudge-5G, el consorcio probó la solución en cinco casos de uso: una oficina virtual 5G en un hospital, las redes no privadas interconectadas, la Industria 4.0, una sala de exposición de medios, y protección pública y ayuda en casos de desastre.
Las innovaciones del proyecto se evaluaron con éxito gracias a la creación de un ecosistema donde las partes interesadas, los proveedores de infraestructura y los propietarios de componentes interactuaron activamente entre sí, facilitando los esfuerzos de integración y prueba.
En los resultados de los casos de uso, el nivel de preparación tecnológica (TRL) alcanzó un TRL 9 en dos casos: en la sala de exposición de medios y en la protección pública y desastres, mientras que la oficina virtual 5G y la Industria 4.0 lograron un TRL de 7. Por su parte, el último caso de uso, redes no privadas interconectadas, presentó con éxito funcionalidades experimentales que aún no están incluidas en los estándares 5G, logrando un TRL de 4.
Oficina virtual 5G para hospitales
En el caso de la oficina virtual 5G para hospitales, las pruebas se realizaron en el Hospital Universitario de Oslo (Noruega), donde se pusieron dos escenarios: monitorización remota de sala y monitorización del transporte de pacientes intrahospitalario. En la infraestructura del hospital se instaló una red no pública (NPN) 5G, incluida la nueva radio (NR) 5G, la 5G Core (5GC) y las aplicaciones verticales, todas implementadas en el servidor perimetral para ofrecer servicios corporativos.
Asimismo, se desarrolló un equipo de usuario compuesto por una placa única junto con PCB personalizados que incluyen un microprocesador, un módem Telit FN980 5G y baterías para funcionar sin alimentación de red. Actúa como una interfaz entre los múltiples sensores con diferentes tecnologías de comunicación (serie, bluetooth, wifi, etc.) utilizados en el caso de uso de la oficina virtual 5G y la NPN 5G que transmite la comunicación a la plataforma de aplicación vertical.
En el ensayo de monitorización remota de sala, se habilitaron dos salas. En una de ellas había un paciente acostado en una cama de hospital que tenía el equipo de usuario con los sensores conectados de forma inalámbrica, y la sala de control, que tenía múltiples pantallas para mostrar toda la información relevante del paciente proporcionada por la aplicación vertical.
En la otra sala se realizaba la monitorización remota de la primera sala, donde se utilizó la implementación de NPN para permitir la monitorización remota de los pacientes utilizando un conjunto de biosensores. Esto permite un procesamiento y análisis inteligentes para activar alarmas en caso de que se detecten valores anormales, así como la interacción remota entre médico y paciente.
Por su parte, la monitorización del transporte intrahospitalario de pacientes tiene el objetivo de garantizar una monitorización ininterrumpida y de calidad cuando los pacientes son trasladados dentro del hospital.
Tras el primer caso de prueba sobre monitorización remota de sala, el paciente ubicado en la primera sala fue trasladado a una zona diferente del hospital. Durante todo el proceso se monitorizaron los signos vitales del paciente de forma ininterrumpida en la sala de control. En la pantalla de la sala de control, se mostró en todo momento los signos vitales y el vídeo del paciente trasladado para su monitorización. Tras las pruebas, las valoraciones que aportaron el jefe de radiología, el jede de departamento, el jefe de sección y el asesor de Sección IT fueron positivas.
Caso de uso Industria 4.0
Otro caso de uso fue el de Industria 4.0, que se ejecutó en el laboratorio de tecnología de ABB en Fornebu (Noruega), donde se realizaron pruebas de monitorización y control como servicio, control de procesos y adaptabilidad sobre 5G en entornos industriales. Respecto a las herramientas que se utilizaron para probar el rendimiento y la experiencia del usuario, se optaron por dispositivos industriales y sistemas host, así como software de control de procesos para ejecutar las diferentes aplicaciones de pruebas.
En las pruebas ejecutadas en ABB, se contó con una de las innovaciones del proyecto Fudge-5G, la red de área local basada en 5G (5G-LAN). La arquitectura inicial presentada incluía una configuración completa y resultados de sincronicidad temporal.
La primera aplicación de prueba es la supervisión como servicio. La idea era enviar señales de vídeo 4K transmitidas mediante orquestación de red y manejo del tráfico con niveles de prioridad. La monitorización remota permite a una parte interesada monitorear, analizar e informar sobre un proceso o condición industrial específica bajo estudio.
Para ello, se instalaron varias cámaras de vídeo ubicadas sobre un carril o plataforma móvil que también se controla remotamente. Esto representa la segunda parte de la configuración, es decir, el control remoto como servicio. La idea principal es controlar y monitorizar los diferentes procesos que tienen lugar bajo su supervisión.
En este escenario, el principal objetivo de ABB era cuantificar cuántos flujos de datos de vídeo en streaming ultra-HD en 4K (2160p), con un requerimiento de ancho de banda de aproximadamente 25 Mbps, podrían enviarse en el UL al mismo tiempo sin saturar el 5G. Esta parte de la prueba se descartó porque con las redes 5G actuales no se podían utilizar más de dos cámaras. En cuanto al control como servicio, se ha probado mediante resultados de latencia de extremo a extremo, observando si se cumplen los requisitos actuales de 10 ms son factibles.
El tercer escenario identificado fue la monitorización continua de los parámetros relacionados con la intensidad de la señal en varios dispositivos 5G, así como otros componentes para entornos industriales. La idea principal detrás de esta aplicación de prueba fue observar el impacto en la cobertura 5G en el laboratorio, dependiendo de la posición del dispositivo con respecto a los puntos 5G.