Mark Patrick, Mouser Electronics
La tecnología 5G tiene ventajas evidentes para la telefonía móvil, pero también aportará avances en otras aplicaciones. El aumento en la velocidad de los datos reducirá el retraso al descargar información de Internet, pero tendrá un impacto mucho mayor en aplicaciones emergentes del sector industrial y la automoción. Vamos a hablar de estos avances y de cómo podemos sacarle provecho a la 5G en nuestros próximos diseños.
¿Qué impacto tendrá la 5G en los procesos industriales?
Las redes Fieldbus por cable, como Profinet, CANBus o Industrial Ethernet, son la base de las comunicaciones digitales en las fábricas modernas, y conectan sensores y accionadores a los controladores industriales. Una de las desventajas de la comunicación por cable es que dificulta la implementación de cambios en los procesos industriales, ya que es necesario que un técnico mueva los cables del sensor, el accionador o el controlador. Esto supone un gasto de tiempo y dinero porque la producción debe detenerse durante estos cambios.
Aunque la velocidad de las telecomunicaciones inalámbricas ha aumentado con cada nueva generación, la velocidad que la última generación implantada (4G/LTE) ofrece sigue siendo insuficiente para llegar a la latencia cercana al cero que requieren los procesos industriales en tiempo real. Otro problema de las telecomunicaciones inalámbricas en la industria es que en las fábricas suele haber niveles importantes de ruido eléctrico (debido a la conmutación continua de motores de gran potencia), lo que puede interferir con las señales inalámbricas. La 5G ofrecerá una serie de características (imagen 1) que contribuirán a superar estos obstáculos, reducir la latencia y aumentar la eficacia y la flexibilidad de los procesos industriales.
Los directores de producción de las fábricas modernas deben poder supervisar el estado de un proceso automatizado. La 5G abrirá la puerta al enorme volumen de comunicaciones entre máquinas (MTC) necesario para el funcionamiento de las redes inalámbricas de sensores (WSN). Las radios 5G de baja potencia también pueden mejorar la eficacia, ya que optimizan la vida útil de los sensores de batería, de modo que se reduce la necesidad de mantenimiento por parte del personal técnico.
El Ethernet industrial por cable siempre ha proporcionado el tipo de red TSN (Time-Sensitive Networking) necesario para aplicaciones en tiempo real, como la robótica y el control de movimientos en procesos industriales. Sin embargo, la comunicación de máxima fiabilidad y de baja latencia (URLLC) de la 5G nos aporta una alternativa inalámbrica, lo que también abre la puerta al concepto de robots controlados en la nube.
La 5G promete acelerar la implantación de dispositivos periféricos en la planta de producción y aumentar el uso de la realidad virtual, la realidad aumentada y la inteligencia artificial (RV/RA/IA). Esto será posible porque la 5G ofrecerá una comunicación a gran velocidad y con baja latencia directamente con la nube, reduciendo así los costes y la complejidad de los dispositivos de campo.
Ventajas y complejidades en la implantación de la 5G
De momento, las aplicaciones 5G no van a sustituir por completo a las tecnologías de redes por cable e inalámbricas actuales, sino que funcionarán conjuntamente con estas, lo que significa que será necesario integrarlas de forma fluida en las fábricas modernas. Esto será todo un reto, ya que los operadores de redes de comunicaciones móviles (MNO) nunca le han dado una gran importancia a la calidad de la cobertura de la señal en interiores. Es por eso que la idea de implantar una red 5G privada (o redes no públicas) en emplazamientos de producción resultará muy atractiva para los fabricantes industriales. Las tecnologías Open-RAN pueden contribuir a reducir el coste de propiedad de las redes de acceso radio 5G (5G RAN), aumentando así su viabilidad. Por todo el mundo, los reguladores de telecomunicaciones han reservado una zona del espectro inalámbrico disponible a las redes 5G privadas para el uso de las empresas, que podrán compartir sus redes privadas o aislarlas por completo de las redes 5G públicas, según sea necesario.
La 5G y el coche conectado
Todo indica que el sector del automóvil va a ser uno de los grandes beneficiados con la implantación de la 5G. Aunque, probablemente, aún tardaremos en ver coches autónomos en las carreteras, estos vehículos con conexión a Internet dispondrán de telemática autogestionada, sensores móviles del tipo «vehículo a todo» (C-V2X) y funciones avanzadas de infoentretenimiento.
Los coches totalmente conectados generarán un enorme volumen de datos: aproximadamente, 4 TB por día. Los sistemas de comunicación C-V2X ya están usando estos datos de distintas maneras. Por ejemplo, los datos de las unidades de control del motor ya se envían directamente a centros de servicio remotos, donde se supervisan con fines de mantenimiento predictivo. El tráfico y el tiempo se monitorizan continuamente mediante sensores en el propio vehículo, y los sistemas de seguridad públicos utilizan esa información. Las compañías de seguros también usan los datos de estos sistemas para obtener información sobre los patrones de comportamiento del conductor, la ubicación del vehículo y las distancias recorridas, lo que en el futuro les ayudará a establecer las cuotas de las primas.
Recientemente, la funcionalidad del C-V2X ha seguido el ritmo de los avances en la tecnología de redes móviles (imagen 3). Esto se debe al Proyecto de Asociación de Tercera Generación (3GPP), un organismo mundial para la normalización de las tecnologías de telecomunicación móvil que incluye funciones de acceso radio, redes principales y servicios. Este organismo ofrece una descripción completa de sistemas para la telecomunicación móvil, y la versión 16 del proyecto abarca otras mejoras en los sistemas avanzados de asistencia a la conducción (SAAC).
Empresas como Tesla, Google y BMW están probando vehículos totalmente autónomos en una serie de eventos que están acaparando los focos y que pretenden aumentar las expectativas del público e impulsar la implantación de estos vehículos en el futuro. Algunos coches de gama alta ya incluyen tecnologías C-V2X que les proporcionan distintos grados de autonomía (hasta el nivel 3).
El ancho de banda disponible en redes 4G/LTE no puede abarcar el creciente volumen de datos de las aplicaciones anteriores. A fin de que un sistema en el que la seguridad es esencial responda a eventos en tiempo real, debe haber una latencia prácticamente nula, algo imposible para las redes 4G/LTE. En consecuencia, cada vez es más evidente que los vehículos totalmente autónomos nunca serán una realidad sin la 5G.
Conclusión
Las comunicaciones inalámbricas en fábricas y los vehículos totalmente autónomos solo serán una realidad cuando las ventajas de las redes 5G estén completamente disponibles. El despliegue de la primera fase de la tecnología 5G se ha ralentizado debido a la pandemia, pero es probable que las siguientes fases aceleren la demanda de este servicio, algo que permitiría activar un gran número de aplicaciones innovadoras en el futuro.
