Con el fin de lograr entornos inalámbricos inteligentes, sostenibles y dinámicamente programables que van mucho más allá de las capacidades 5G desarrolladas bajo 3G PPP, el proyecto RISE-6G ha trabajado en el desarrollo de una novedosa tecnología de superficies inteligentes reconfigurables (RIS). Como resultado, RISE-6G ha presentado una arquitectura de red adecuada con las estrategias de implementación correspondientes.
Las RIS son estructuras planas artificiales con circuitos electrónicos integrados que pueden programarse para controlar dinámicamente el campo electromagnético entrante en una amplia variedad de funcionalidades. La capacidad de una RIS para redirigir una señal entrante, para llegar con precisión al receptor deseado o emparejarlo con otro para una conexión más fuerte, hace posible una mejor cobertura. Además, las RIS son más eficientes energéticamente que las tecnologías anteriores.
Dependiendo de los escenarios y las necesidades de la aplicación, los dispositivos RIS flexibles deberán organizarse en una red en la que puedan (re)configurarse y orquestarse de manera adaptativa, según la dinámica de la red prevista en tiempo real, de modo que las arquitecturas de red optimizadas y las estrategias de implementación puedan conducir a KPI específicos mejorados.
Coexistencia entre los elementos RISE-6G y la infraestructura de red
Respecto a la arquitectura RISE-6G, la propuesta arquitectónica del proyecto reconfigura la comprensión convencional de la dinámica de la red. Esta propuesta gira en torno a la interconexión inteligente de RIS dentro de las redes existentes, asegurando una coexistencia y colaboración armoniosas entre los elementos de RISE-6G y la infraestructura de red establecida.
Esta integración dinámica está diseñada para potenciar los elementos de red de acceso por radio (RAN), permitiéndoles un control sobre la implementación de RIS. Además, la arquitectura RISE-6G prevé una línea directa de comunicación entre los elementos de RAN y los bloques arquitectónicos específicos de RISE-6G.
Esta interacción allana el camino para una relación simbiótica, en la que los elementos RAN pueden coordinarse e intercambiar información vital sin problemas con las complejidades del marco RISE-6G. Estas vías de comunicación sirven como columna vertebral para optimizar el rendimiento de la red, permitir ajustes en tiempo real y aprovechar todo el potencial de la tecnología RIS.
Componentes clave de la arquitectura RISE-6G
Los investigadores establecieron unos requisitos básicos que tenía que cumplir la arquitectura RISE-6G. Por ejemplo, la arquitectura debía soportar la recopilación de mediciones de radio dependientes de la ubicación en la estación base y/o el equipo de usuario, la aplicación de configuraciones RIS específicas durante la recopilación de mediciones, así como la sincronización de estas últimas con la transmisión de pilotos por parte de la estación base o el equipo de usuario.
Para cumplir con estas peticiones, se optó por implementar cuatro componentes clave en la arquitectura de RISE-6G: dispositivo, actuador, controlador y orquestador RIS. El primero de los componentes, el dispositivo RIS se puede basar en una tecnología de matriz reflejada o metamaterial que está controlada directamente por un actuador RIS asociado.
Dicho actuador RIS es el elemento encargado de accionar los comandos lógicos, o configuraciones físicas, recibidos por el controlador RIS, para ser aplicadas en el dispositivo RIS. En particular, dichas configuraciones pueden ser concebidas como cambios de fase o cambios de estado de metamateriales ad-hoc.
Respecto al controlador RIS, este dispositivo está asociado a un actuador RIS (en el caso en que el dispositivo RIS -dispositivo RIS empoderado- esté separado del actuador) o a una función RIS (en el caso en que el actuador esté integrado en el dispositivo RIS). El controlador RIS se encarga de generar los comandos lógicos asociados a las operaciones de conmutación entre las configuraciones y/o los estados de los elementos RIS.
Además, los controladores RIS pueden tener diferentes niveles de complejidad y capacidades, al tiempo que tienen la capacidad de integrarse en aplicaciones de terceros para implementar algoritmos inteligentes. Un controlador puede recibir órdenes de otros elementos de la red, en cuyo caso simplemente actúa como una interfaz que configura los elementos RIS en función de instrucciones explícitas externas, o puede operar por sí solo. Finalmente, el controlador RIS pueden dividirse entre el dispositivo RIS y otros nodos de la red.
El último elemento clave de la arquitectura es el orquestador RIS, que se ubica en una capa superior jerárquica y organiza a múltiples controladores.
Algoritmos de latencia de localización
Los diferentes componentes de la arquitectura RISE-6G funcionan en escalas temporales diferentes, por lo que tienen una estrecha relación con la latencia de localización. La latencia en sí misma tiene un límite superior debido a la movilidad y al requisito de precisión. Asimismo, la latencia es distinta del período de actualización, que puede ser del orden de decenas de ms a varios segundos, dependiendo de los sensores externos y los mecanismos de fusión disponibles.
Con el fin de mejorar esta localización de los componentes RIS, la arquitectura incluye algoritmos de localización. Estos algoritmos requieren el conocimiento (o incluso el control) de las configuraciones RIS utilizadas durante la recopilación de mediciones, así como de las mediciones mismas.
Los algoritmos de localización pueden ejecutarse en el controlador RIS o en el punto de medición de la localización. Sin embargo, otras opciones, como la ejecución de los cálculos, requerirían la configuración RIS y las mediciones como entradas, por lo que se necesitaría una transferencia de información adicional.
Respecto a la implementación de la arquitectura RISE-6G, la ubicación de los RIS determina cómo deben interconectarse físicamente con el resto de la red y cuál es su configuración óptima en un instante de tiempo determinado, por lo que los RIS requieren operaciones de diseño, implementación y gestión ad-hoc para ser explotados al máximo.