Contribuyendo a la creación de la próxima generación de comunicaciones móviles 6G

Como con cada cambio de generación de telefonía móvil, se espera que 6G traiga una mayor velocidad en la transmisión de los datos, y también una reducción de la latencia en las conexiones respecto a la generación anterior, 5G. Detrás de estos requerimientos de mejores prestaciones en cuanto a velocidad y latencia, y que harán que 6G habilite el camino hacia un mundo hiper-conectado, hay cambios tecnológicos sustanciales, además de otros factores diferenciadores a tener en cuenta, como la sostenibilidad ambiental.

En 5G, los principales novedades tecnológicas respecto a 4G vinieron en gran parte relacionadas con desagregación de la gestión de red con tecnologías como las redes controladas por software (SDN); Multi-access Edge Computing (MEC), llevando la computación en la nube al extremo de la red para reducir latencia; y la virtualización de red (Network Function Virtualization), que posibilitó hacer un “rebanado” de la red (network slicing) y que definió, según ITU, tres tipos de servicios: eMBB (Enhanced Mobile Broad Band), URLLC (Ultra Reliable Low Latency Communication), y mMTC (Massive Machine Type Communication). De esta forma, mediante la creación de múltiples redes virtuales (network slice) sobre una misma red física, fue posible optimizar el uso de los recursos de red según la priorización de ciertos KPIs (Key Performance Indicators) para cada caso de uso. Esto aumentó el rendimiento, posibilitando nuevos casos de uso como por ejemplo en Industria 4.0, protección pública en emergencias (PPDR), coche conectado (V2X) y en sector salud, cirugía en remoto, entre otros.

6G toma de base por supuesto 5G, proponiendo nuevos casos de uso con requerimientos de red mucho más exigentes (latencia por debajo de milisegundos y velocidades de Gbps), y que según la visión global de la industria en Europa sobre 6G tienen como hilo conductor la interconexión entre los mundos físico, virtual y personal. Así mismo, no es posible hablar de 6G sin considerar el enfoque social, a través de lo que se han denominado Key Value indicators entre los que se encuentran sostenibilidad (ambiental, social y económica), inclusividad y confiabilidad.  

Los nuevos casos de uso hacia los que está trabajando la investigación en 6G se clasifican en las siguientes familias principales: telepresencia holográfica para experiencias inmersivas, robots colaborativos (co-bots), ubicuidad de sensores (physical awareness), movilidad en UAVs, gemelos digitales, e Internet de los Sentidos con aplicaciones hápticas gracias a la inclusión de nuevos dispositivos inteligentes.

Estos nuevos dispositivos finales, más allá de los smartphones, como robots inteligentes, coches conectados, etc., por un lado requieren comunicaciones más avanzadas en tiempo real, pero también pueden proporcionar por sí mismos capacidades de computación extra en el extremo final de la red, lo que se denomina “extreme edge”. De esta manera, el servicio de red se puede desplegar a lo largo de todo el compute continuum, desde el Cloud, al Edge e incluso al Extreme Edge como un continuo, y aprovechando la mayor capacidad de computación de los nuevos terminales de forma local junto al usuario final, reduciendo aún más la latencia.

Esta distribución de nodos de computación incluyendo el Extreme Edge, propuesta desde el inicio de especificación de 6G, se está encontrando con importantes retos; por ejemplo, la heterogeneidad de los nodos en el extreme Edge hace más complicada su gestión de forma holística, así como su volatilidad, ya que pueden conectarse/desconectarse con frecuencia, a diferencia de recursos de computación estáticos en el Edge o cloud. La Inteligencia Artificial puede ayudar en este caso a crear patrones en cuanto al comportamiento que se puede esperar en este tipo de nodos. La IA incorporada de forma nativa en la arquitectura de 6G es uno de los diferenciadores claves de esta nueva generación de red móvil. Así, los componentes de AI/ML son agregados de forma intrínseca en el diseño de la arquitectura a todos los niveles, e.g. infraestructura, red, y aplicación, y en todos los dominios. El aprendizaje automático (Machine Learning, ML) se aplica para la toma de decisiones predictivas, anticipándose a posibles errores, permitiendo aumentar la fiabilidad y disponibilidad del servicio de red considerablemente, así como anticipar posibles degradaciones de la calidad de servicio (latencia, velocidad, etc.).  Sin embargo a pesar de que los beneficios de aplicar IA en la gestión de red son claros y aceptados por los operadores, incluyendo la reducción de costes operacionales (OPEX) y consumo energético, entre otros hay importantes barreras aún de adopción, como son: dificultades para cuantificar el retorno de inversión, falta de perfiles en ciencia de datos en el sector telco, y otras barreras más técnicas como preocupación por la privacidad de los datos y mecanismos específicos de la explicabilidad de la IA en sistemas de gestión de red de los operadores.

En relación con la incorporación de sensores ubicuos con red móvil ha surgido con fuerza recientemente el término Integrated Sensing and Communication (ISAC), también conocido como Joint Communication and Sensing (JCAS); ISAC integra información de sensores y localización espacial de objetivos pasivos (no conectados) con la red móvil expandiendo la funcionalidad de red más allá de la pura comunicación. Esto está asociado a casos de uso como los enjambres de drones, la movilidad, la logística, etc. 

Otra característica inherente a 6G es la cobertura global, lo que incluye conectividad a zonas rurales y más remotas, alineado con la inclusividad. Por ello existe una importante línea de trabajo en 6G para la integración de red terrestres con redes no terrestres (NTN) típicamente con conectividad a través de satélite, pero en las que, dados los requisitos exigentes de baja latencia, los HAPs (high altitude platform station) han irrumpido con fuerza como solución intermedia con la que se mejora el alcance de conectividad a zonas remotas sin comprometer en exceso la latencia, como ocurre a través de las conexiones con satélites.

Considerando que la complejidad de las redes en 6G crecerá exponencialmente, esto también significará nuevos retos en la seguridad, verificación de identidades, etc. Las tecnologías Quantum y basadas en Tecnología de Contabilidad Distribuida o Distributed Ledger Technologies (DLT) tendrán un papel muy relevante en este sentido.

Las bandas de frecuencia en el espectro de 6G esperan cubrir un amplio rango más allá de las frecuencias que existen hoy. El objetivo es ir a banda próxima a Teraherzios, entre 100 Ghz a 1 Thz.

Finalmente, y no menos importante, alienado con el objetivo clave de sostenibilidad, 6G incluirá medidas concretas para la mejora de la eficiencia energética y más aún para descarbonización (mediante de uso de fuentes de energía limpias) y reducción del consumo energético de las redes de telecomunicaciones, lo que está suponiendo un campo muy amplio de investigación dentro del sector telco.

El proyecto 6G-XR (6G eXperimental Research)

El proyecto 6G-XR es una iniciativa financiada por la Unión Europea bajo el programa Horizon Europe dentro del programa de Smart Networks and Services Joint Undertaking, SNS-JU.

6G-XR está formado por un consorcio de 15 entidades en el cual Capgemini colabora con empresas como Telefónica, Ericsson, Nokia e Intel, además de con universidades y centros de investigación de prestigio.

El objetivo último del proyecto es fortalecer el liderazgo europeo en tecnologías 6G a través de la generación de servicios de Realidad Extendida (XR) e infraestructuras que proporcionan capacidades hacia la era 6G.

6G-XR está desarrollando un laboratorio experimental de 6G que abarca múltiples localizaciones en diferentes países de Europa y que servirá como plataforma de validación para varios casos de uso de 6G, con especial foco en aplicaciones de Realidad Extendida (XR) y Comunicaciones Holográficas, en entornos multidominio. Más concretamente la infraestructura del proyecto comprende por un lado un nodo en el norte de Europa formado por testbeds en la Universidad de Oulu y el Centro de Investigación de Finlandia VTT, y por otro lado un nodo en el sur de Europa con localizaciones en 5Tonic (Madrid) en el que participan Telefonica, Ericsson y Capgemini, y en Barcelona por parte del centro de investigación i2cat.   

Como se mencionaba en la sección anterior, se espera que 6G juegue un papel clave en la convergencia entre los mundos físico y virtual, fundamentada en aplicaciones de XR, Spatial Computing y comunicaciones holográficas, siendo las experiencias inmersivas uno de los casos de uso claves en 6G. La telepresencia XR permitirá a las personas ser recreados en su representación virtual en tiempo real, lo que requerirá el consumo de muchos más recursos tanto de red como de computación, por lo que será necesario la optimización de dichos recursos a la vez que se adopta una solución de compromiso desde el punto de visto de la sostenibilidad ambiental. Para que la comunicación holográfica tenga lugar con una calidad aceptable para el usuario final, se requerirán tasas de datos mucho mayores que hoy en día, del orden de Gbps, con restricciones de latencia muy estrictas entre 1-10ms y con una tasa de éxito de entrega de paquetes del 99-99,99%.

Con el fin de alcanzar estos requisitos, el proyecto 6G-XR está diseñando e implementando nuevos mecanismos de gestión de recursos de red, computación y tecnologías de radio acceso y soluciones específicas para aplicaciones XR que estén orientados a esta optimización sin comprometer el consumo de energía.

Asimismo, se están incorporando algoritmos de Machine Learning como parte de los mecanismos de gestión de los recursos para proporcionar mayor nivel de automatización y ser capaces de anticipar acciones de reasignación de recursos, buscando compromiso entre una calidad de experiencia aceptable para el usuario y el objetivo de reducir consumo energético.

El rol principal de Capgemini en 6G-XR es el de coordinar los trabajos en cuanto al diseño e implementación de los componentes que habilitan las tecnologías de Multi-access Edge computing (MEC). Además, Capgemini despliega en 5Tonic su framework de MEC Intelligence Edge Application Platform (IEAP), desarrollando nuevas APIs que facilitan el acceso para proveedores de aplicaciones externos. Por un lado, el IEAP se está integrando con la infraestructura de red de Ericsson; por otro se está trabajando además en la federación con el orquestador de MEC de i2cat en Barcelona, según especificaciones de GSMA Open Gateway para habilitar casos de uso multidominio.

El trabajo de Capgemini en 6G-XR posiciona a la compañía en tecnología MEC y automatización con IA en el sector telco en general, y en particular para el despliegue de aplicaciones XR y comunicaciones holográficas. Este trabajo, por ende, impactaría positivamente también en otras industrias que pueden utilizar este tipo de soluciones, como sector transporte, industrial, energía etc.

El proyecto 6G-XR tiene planificado el lanzamiento de tres “open calls” a lo largo de todo el proyecto. Estas open calls ofrecen la infraestructura desarrollada en el proyecto 6G-XR a entidades externas para hacer sus propios experimentos. La primera open call, cuyos proyectos finalizaron a mitad de 2024, estuvo orientada a la experimentación con componentes de infraestructura proporcionados por entidades externas; los proyectos de la segunda open call, que está centrada en componentes más disruptivos alineados con el ámbito de otros proyectos de investigación actuales de 6G, se implementarán entre Septiembre de 2024 y Febrero de 2025. En marzo de 2025 se abrirá la convocatoria para la tercera open call que estará dirigida a proveedores de aplicaciones de otras industrias verticales que deseen desplegar sus servicios sobre la infraestructura del proyecto 6G-XR.

Sobre la participación de Capgemini en la definición de líneas de investigación e innovación hacia 6G

Capgemini es miembro de la asociación industrial a nivel europeo 6G-IA (6G Infrastructure Association). La 6G-IA es la voz de la Industria y organismos de Investigación europeos para la próxima generación de redes y servicios. Su objetivo principal es contribuir al liderazgo de Europa en 5G, 5G avanzado e investigación en 6G. La 6G-IA representa el lado privado en la 5G-PPP y en la Smart Networks and Services JU (Joint Undertaking), en donde el sector público está representado por la Comisión Europea. La 6G-IA aglutina una comunidad de actores digitales y de telecomunicaciones, como operadores, fabricantes, organismos de investigación, universidades, industrias verticales, PYMEs y asociaciones de ICT. La 6G-IA lleva a cabo un amplio número de actividades en áreas estratégicas como estandarización, definición de frecuencias del espectro, proyectos de I+D, capacitación tecnológica, colaboración con otras industrias verticales para despliegue de pilotos, y cooperación internacional.

Por ejemplo, como parte de las actividades como miembro de la 6G-IA, Capgemini actualmente está participando en la elaboración de un Whitepaper sobre que actualiza la visión de 6G por parte de la asociación, y que se publicará en Octubre de 2025.

Para más información sobre la participación de Capgemini en la 6G-IA, y en proyectos de Investigación, Desarrollo e Innovación de 6G, incluyendo 6G-XR, pueden contactar con Aurora Ramos (ver firma)

Aurora Ramos ha sido elegida por Women in 6G como una de las 100 mujeres en el mundo más influyentes en 6G en este año 2024.

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6G-XR project has received funding from the Smart Networks and Services Joint Undertaking (SNS JU) under the European Union’s Horizon Europe research and innovation programme under Grant Agreement No 101096838. This work has received funding from the Swiss State Secretariat for Education, Research and Innovation (SERI).