LABORATORIO DE DESARROLLO DE TECNOLOGIAS DE REDES DE TELECOMUNICACIONES DE QUINTA GENERACION (Redes 5G) INTRODUCCIÓN. Las redes de telecomunicaciones de quinta generación están llamadas a constituir la infraestructura de telecomunicaciones inteligente que permitirá consolidar el concepto de “Smart City” (Ciudad Inteligente). Se espera que estas redes estén operando de manera consolidada a partir del año 2020. Países como China, Corea, la Comunidad Europea y otros cuentan ya incluso con programas a mediano plazo para llevar a la práctica las redes 5G, entre cuyas principales características estarán: 1. Deben ser capaces de proporcionar servicios de acceso de comunicaciones inalámbricas de banda ancha de 1Gbps, 2. La latencia de la red debe ser menor de un milisegundo, 3. Deben ser muy eficientes en el uso de la energía. Mucho más eficientes que las redes actuales. 4. Serán totalmente convergentes y con multiplicidad de servicios unificados. Con las redes 5G será posible bajar y ver en tiempo real televisión 4K y 8K, Web táctil y otras funcionalidades de muy alta calidad como estas. Es altamente probable que se abran nuevas bandas de frecuencias para las telecomunicaciones 5G, tales como la banda de 6GHz, la de 28GHz y aún la de 38GHz (ondas milimétricas). Aunque las bandas milimétricas ya representan un reto tecnológico de la mayor envergadura. Hoy en día se utilizan antenas altamente omnidireccionales, tanto para las estaciones base como para las móviles, en los mundos Wi-fi y celular En las redes LTE del futuro se deberán desarrollar dispositivos con multiplicidad de antenas altamente direccionales, instaladas en espacios muy reducidos, para generar haces de energía muy angostos. Se sabe que hay algunas ventanas de transmisión en ondas milimétricas en donde no se experimenta demasiada atenuación y que podrían representar la alternativa viable. Sin embargo, la tendencia de uso de microceldas de menos de 200 metros de radio también podrá caracterizar y hacer funcionar adecuadamente a las redes inalámbricas del futuro. Como ejemplo, Nokia espera que se pueda trabajar con redes inalámbricas de 115 Gbps en coberturas de 15 metros. De esta manera se estima que se contará con coberturas totales de red, aun en los sitios más recónditos de las ciudades y comunidades poblacionales. Las redes de fibras ópticas habrán de enlazar la multitud de estaciones base que servirán en las microceldas. Por otro lado, las redes reconfigurables definidas por software representarán la tecnología madura que manejará el tráfico en la red de la manera más eficiente y efectiva, con mínima latencia y mínima pérdida de sincronía e información.

El uso de estas redes se extenderá de manera intensa hacia la comunicación entre dispositivos (Internet de las cosas). Dispositivos que cooperarán por miles o millones para configurar el tráfico urbano y definir las rutas ideales. Dispositivos que localizarán la mejor alternativa hospitalaria, dispositivos que realizarán cuidados intensivos de pacientes, dispositivos que ayudarán de manera mucho más efectiva a personas con discapacidad, dispositivos que realizarán labores de vigilancia altamente efectivas. Sistemas de ahorro de energía altamente productivos, sistemas automatizados para tarificar y administrar todo tipo de servicios, comunicaciones entre drones altamente cooperativos; etc., etc. No hay duda de que esta visión del año 2020 es exacta. Lo quieran o no los gobiernos y sociedades. Las tecnologías de la información altamente productivas estarán poblando el planeta Tierra amplia e indefectiblemente. La sociedad mexicana, como en otros casos es muy escéptica; tanto de sus potenciales científicos y tecnológicos, como de las potencialidades de su mercado. Sin embargo, ha quedado demostrado en diversas áreas, como el talento mexicano es suficiente para construir realidades tan sorprendentes como la de la industria aeroespacial, en donde México se encuentra en el Tope-5 del desarrollo. Igualmente, la industria de la manufactura con fábricas inteligentes de manufactura flexible es más real de lo que se observa por parte de las agencias gubernamentales. Por ello no hay duda que el Instituto Politécnico nacional, principalmente, está obligado a enfrentar el reto de las redes del futuro para formar recursos humanos y soluciones tecnológicas y científicas competitivas en el moderno mundo de la tecnología avanzada. Para ello es necesario empezar por crear un laboratorio de desarrollo que se incorpore aceleradamente a este reto y permita que nuestro país cuente con espacios de labor y políticas de desarrollo que conduzcan hacia el mayor bienestar de su sociedad. Muy afortunadamente la convergencia digital ha permitido simplificar muchas cosas, suprimiendo la gran diversidad de soluciones absolutamente incompatibles que había en los sistemas analógicos. Ya no es necesario contar con uno o varios tipos de terminal para la televisión, otros para la telefonía, otros más para los servicios de seguridad, telemedición, telecontrol, etc. Hoy en día, con los sistemas digitales prácticamente todos los equipos de aplicación y los sistemas tienen tres capas fundamentales: la infraestructura de hardware, el sistema operativo, sus manejadores de dispositivos y software intermedio fundamental y las aplicaciones de software y hardware. La Figura mostrada en seguida ilustra esta arquitectura de tres capas de servicio. En esta figura, la capa inferior delinea los principales tipos de infraestructura de red: fibra óptica, cableados, satélites, radiocomunicación y redes locales integrales. La capa intermedia muestra tecnologías de servicios de red como el nivel IP, el triple play, el servicio FTTH (fibra óptica directa a casa), 4G. Y finalmente la Capa superior representa las aplicaciones, como la televisión de alta definición 4K, los servicios de cómputo distribuido, las comunicaciones unificadas, el gobierno digital, la educación en línea, las redes semánticas, etc. Todas las aplicaciones pueden convivir sobre la misma infraestructura y/o con los mismos servicios de red. Pero lo más afortunado es que la estandarización ha conducido el desarrollo tecnológico a que las aplicaciones, en términos generales utilicen componentes estandarizados muy similares

que se integran al sistema de manera muy simplificada gracias a interfaces de conexión física y lógica estandarizados; y por lo tanto, gracias a componentes configurables (objetos lógicos) comunes a todas las aplicaciones.

Se trata de componentes de infraestructura tales como:     

Redes de fibras ópticas Redes inalámbricas 3G, 4G y 5G Satélites, microsatélites y nanosatélites Redes inalámbricas WiFi, Wimax,… Redes personales Bluetooth

Componentes de software base      

Sistemas operativos Manejadores de dispositivos, sensores, actuadores, etc. Software intermedio (hipervisores, servidores de streaming multicast, servidores de tiempo real, servicios de posicionamiento…) Software de administración Servidores intermedios (Web, grid, bases de datos, etc…) Infraestructura de seguridad

Aplicaciones 

Televisión y radiodifusión digital

           

Comercio electrónico Gobierno electrónico Videovigilancia Redes de sensores Redes de control de tráfico Redes de control de contaminación Redes de transportes inteligentes Administradores de carreteras y estacionamientos inteligentes Sistemas de administración y ahorro de energía Espacios inteligentes Controles de acceso ………

Tanto el hardware como el software es convergente y pueden abordarse la mayoría de los servicios de aplicación con elementos comunes. De tal manera que la formación de recursos humanos y la integración de sistemas para soportar servicios y aplicaciones se simplifican enormemente con la convergencia. A tal grado que ya existen tecnologías estándar sólidas que pueden ser la base del desarrollo de infinidad de aplicaciones digitales. Así pues, la formación de recursos humanos y el desarrollo de tecnologías en este campo puede ser altamente productivo con inversiones razonables de amplio espectro de aplicación. Es decir, se pueden construir cientos y hasta miles de aplicaciones, con los mismos elementos básicos. Y de aquí la propuesta de montar un LABORATORIO DE DESARROLLO DE TECNOLOGÍAS DE REDES DE TELECOMUNICACIONES DE QUINTA GENERACIÓN (Redes 5G) con los siguientes:

OBJETIVOS 1. Formar recursos humanos de alto nivel que cuenten con todas las competencias necesarias para crear empresas de base tecnológica o incorporarse como expertos en el desarrollo de tecnologías de telecomunicaciones. 2. Contar con un laboratorio de alto nivel que sustente el desarrollo de aplicaciones altamente productivas, en el campo de las TIC. 3. Contar con un laboratorio de metrología de telecomunicaciones que permita dar servicios de peritaje y cumplimiento con especificaciones estándar.

LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN Planeación, configuración, ajuste y evaluación de redes de fibras ópticas y sus elementos componentes Planeación, diseño, construcción, producción configuración, ajuste y evaluación de redes inalámbricas de quinta generación Desarrollo de aplicaciones de red de quinta generación

INFRAESTRUCTURA CONCEPTO Plataforma de cómputo Plataforma almacenamiento Software de base

Microcontroladores microprocesadores desarrollo

DESCRIPCIÓN

COSTO APROXIMADO

Centro de datos de 8 servidores de alto rendimiento de Backend de 32 Terabytes

1,000,000.00

Sistemas operativos y servidores. Se utilizará software libre e todos los casos que el mercado lo permita. Se adquirirán las licencias con costo necesarias; por ejemplo de software antivirus, streaming profesional, etc. Lote de tarjetas de desarrollo para aplicaciones de quinta generación, de Internet de las cosas, espacios inteligentes, etc. Software de desarrollo, bibliotecas de objetos de software, software de aplicaciones de tratamiento de sonidos, imágenes, inteligencia artificial y similares Lote de dispositivos para el desarrollo de maquetas y sistemas de desarrollo Lote de materiales consumibles, como papelería, discos de almacenamiento, componentes de reposición, etc. 10 alumnos-año

250,000.00

y para

Ambientes de desarrollo

Sensores, actuadores y otros periféricos; así como tarjetas de interfaz Materiales consumibles

Becas para alumnos asistentes de investigación y de servicio social Viáticos para encuestas y 20 comisiones/año prácticas de campo TOTAL

250,000.00

250,000.00

250,000.00

250,000.00

50,000.00

300,000.00

100,000.00 2,700,000.00