Red rápida para autos inteligentes
La red inalámbrica 5G permite la transmisión segura e instantánea de datos entre máquinas. Esto también beneficia a las funciones de conducción totalmente automatizadas, que imponen altas exigencias al flujo de información con la infraestructura y otros vehículos.
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Los volúmenes de datos que se transmiten a través de redes inalámbricas están aumentando inexorablemente, debido principalmente al aumento de la comunicación de máquina a máquina (comunicación M2M). En el campo de la automoción, se trata principalmente de una conducción totalmente automatizada que está impulsando este desarrollo: si bien los volúmenes de datos por hora en los vehículos actuales altamente interconectados están en el rango de gigabytes hoy, para 2025 la cifra será de varios terabytes.
Las redes 5G juegan un papel decisivo en el manejo de estos grandes volúmenes de datos, porque a diferencia de las redes inalámbricas 3G y 4G / LTE, 5G fue diseñado específicamente para las características y requisitos de rendimiento de las comunicaciones M2M. La red ofrece una velocidad de transmisión mucho mayor de 20, en lugar de 1, Gbit / s. Además, la latencia, el tiempo entre una consulta y la recepción de la respuesta, se redujo de diez milisegundos a uno. Lo que eso significa es que los datos se transmiten casi en tiempo real. Para aplicaciones técnicas como el control remoto de robots o funciones de conducción automatizadas, esto es un factor crítico, ya que la conectividad en tiempo real de alto rendimiento en un sistema en red permite la implementación de nuevas funciones.
Sin embargo, las ganancias de tiempo teóricas de la red 5G se diezmarían en una topología de red convencional con un centro de datos centralizado debido a las distancias de transmisión excesivamente largas a las torres del transmisor. Por lo tanto, para lograr una latencia mínima, la red 5G prevé una solución descentralizada en la que cada estación de transmisión tiene su propia computadora que recibe, procesa y retransmite datos de forma independiente. Hay innumerables mini nubes de datos individuales conocidas como cloudlets. Este enfoque también se conoce como computación de borde móvil, ya que la nube y la computadora están en el borde, por así decirlo, de la red móvil. Además, las máquinas en la red 5G pueden comunicarse directamente entre sí y sin el desvío a través de la estación de transmisión. Esto puede minimizar los tiempos de transmisión aún más.
Otra ventaja: en comparación con 4G, 5G también puede servir a un mayor número de dispositivos finales por celda de red. La red prioriza las aplicaciones y ajusta la transmisión, si es necesario, a la situación de carga. Los datos para aplicaciones de tiempo crítico se conducen a través de la red más rápido que otros datos, como las transmisiones de video de usuarios privados.
Por razones de seguridad, las funciones de conducción automatizadas deben diseñarse naturalmente de tal manera que todas las eventualidades que puedan surgir durante la conducción puedan reconocerse y manejarse de forma segura por completo con los propios sistemas de asistencia del vehículo. Eso se aplica en igual medida en carreteras, caminos rurales y caminos urbanos. En situaciones límite, como poca visibilidad o situaciones de tráfico complicadas, la información adicional obtenida del intercambio de datos con la infraestructura u otros vehículos, lo que se conoce como comunicación C2X, puede mejorar sustancialmente la precisión de control de los sistemas a bordo.
TOMANDO EN CUENTA LA RUTA COMPLETA
“Actualmente, la tecnología de sensores en el vehículo solo cubre un alcance de un máximo de 300 metros a su alrededor. Utilizando los datos del sensor de otros vehículos y la infraestructura, se puede tener en cuenta la información de toda la ruta ”, explica Jaime Arveras, responsable de la funcionalidad de los automóviles conectados en Porsche Engineering. “Las maniobras de conducción pueden adaptarse mucho más eficazmente a los requisitos y situaciones de peligro detectadas en una etapa temprana”. Esto, a su vez, abre posibilidades completamente nuevas para los sistemas de asistencia al conductor. Los sistemas de asistencia de giro, por ejemplo, pueden, con la ayuda de una conexión C2X, detectar incluso antes del giro que los peatones están en la carretera después del desvío o que la ruta está bloqueada por un accidente.
En espacios cerrados como estacionamientos, la comunicación C2X permite el servicio de valet parking automatizado. El conductor sale del vehículo en la entrada del garaje y entrega el vehículo al sistema de control del estacionamiento. Luego conduce el vehículo, de forma completamente automática, al espacio de estacionamiento y luego lo devuelve de la misma manera. Actualmente se está probando otra aplicación de ejemplo basada en la comunicación C2X: la conducción coordinada de múltiples vehículos en una línea con espacios mínimos entre ellos. Este “pelotón” hace un mejor uso del slipstream y podría reducir el consumo de combustible, particularmente en caravanas de vehículos comerciales que circulan en formación. Sin una comunicación rápida, es simplemente imposible: si un vehículo en el pelotón frena.
La red inalámbrica 5G es especialmente adecuada para la comunicación C2X porque permite el intercambio rápido y seguro de grandes volúmenes de datos a grandes distancias. Como alternativa técnica, los OEM también utilizan el estándar ITS-G5 basado en WiFi, que tiene la ventaja de ser relativamente fácil de implementar en la infraestructura de tráfico existente, como los semáforos. Además, el estándar de interfaz ha sido definido y está listo para una introducción masiva. Volkswagen, por ejemplo, planea equipar nuevos modelos de vehículos con comunicación WiFi-C2X a partir de 2019. “Ambos conceptos tienen sus ventajas y desventajas específicas. En el mediano plazo, probablemente surgirá un sistema híbrido en el que las rutas se usan de forma redundante “, dice Dominik Raudszus, líder del equipo para redes y pruebas en el Instituto de Ingeniería Automotriz (ika) en RWTH Aachen.
“La comunicación C2X a través de 5G reemplazará en muchos casos la coordinación entre los controladores que vemos hoy, que no pueden ser representados por sensores”, dice Kai Schneider, quien trabaja en conceptos C2X basados en 5G como ingeniero de desarrollo con Porsche AG. “Esto se aplica, por ejemplo, al procedimiento de fusión suave y rápido en la carretera. Para lograr una conducción totalmente automatizada con un alto nivel de comodidad, que también puede integrarse en el tráfico existente, definitivamente existe la necesidad de comunicación entre los vehículos”.
Pero incluso antes de que se hayan implementado funciones de conducción totalmente automatizadas en los vehículos, la alta velocidad de la comunicación 5G permite introducir nuevas funciones de asistencia. Por ejemplo, para proporcionar una mayor claridad en situaciones complejas, como cuando la visibilidad del tráfico que se aproxima es limitada. Un camión que circula por delante podría transmitir su imagen de video de la carretera a la pantalla del siguiente vehículo en tiempo real. El conductor de ese vehículo podría ver lo que sucede delante.
UNA ALIANZA ENTRE INDUSTRIAS ESTÁ TRABAJANDO EN CONJUNTO PARA AVANZAR EN 5G
El uso de la tecnología 5G para la conducción automatizada está siendo estudiado por una alianza multisectorial de proveedores de telecomunicaciones, fabricantes de automóviles e institutos de investigación en una variedad de proyectos diferentes. “Solo a través de la interacción de varias tecnologías y junto con los socios dentro y alrededor del vehículo, el vehículo puede conducir de manera anticipada, detectar peligros a tiempo y llevarnos de manera eficiente de A a B”, dice el Dr. Johannes Springer, director de programa automotriz 5G en Deutsche Telekom. Una de las mayores iniciativas nacionales es el proyecto 5G-ConnectedMobility en el que Ericsson, BMW Group, Deutsche Bahn, Deutsche Telekom, Telefónica Deutschland, Vodafone, 5G Lab Alemania (TU Dresden), el Instituto Federal Alemán de Investigación de Carreteras (BASt), y La Agencia Federal de Redes Alemanas (BNetzA) está involucrada. Se instaló una red de prueba en el A9, la “autopista digital de pruebas” oficial de Alemania. También hay muchos proyectos más pequeños en marcha. Vodafone, por ejemplo, ha equipado el Centro de Pruebas Aldenhoven en RWTH Aachen con una red de investigación 5G. Por su parte, Telekom opera una red de prueba 5G en Hamburgo y en Lausitzring, entre otros proyectos. Junto con el operador de orugas Dekra, ha establecido los mayores campos de prueba para las funciones de conducción automatizadas en Europa en una sección de 545 hectáreas de los terrenos de Lausitzring. En Nardò, Porsche Engineering y varios fabricantes están avanzando en el desarrollo de los terrenos de prueba para probar las funciones de conducción en red. Por ejemplo, ha equipado el Centro de Pruebas Aldenhoven en RWTH Aachen con una red de investigación 5G. Por su parte, Telekom opera una red de prueba 5G en Hamburgo y en Lausitzring, entre otros proyectos. Junto con el operador de orugas Dekra, ha establecido los mayores campos de prueba para las funciones de conducción automatizadas en Europa en una sección de 545 hectáreas de los terrenos de Lausitzring. En Nardò, Porsche Engineering y varios fabricantes están avanzando en el desarrollo de los terrenos de prueba para probar las funciones de conducción en red. Por ejemplo, ha equipado el Centro de Pruebas Aldenhoven en RWTH Aachen con una red de investigación 5G. Por su parte, Telekom opera una red de prueba 5G en Hamburgo y en Lausitzring, entre otros proyectos. Junto con el operador de orugas Dekra, ha establecido los mayores campos de prueba para las funciones de conducción automatizadas en Europa en una sección de 545 hectáreas de los terrenos de Lausitzring. En Nardò, Porsche Engineering y varios fabricantes están avanzando en el desarrollo de los terrenos de prueba para probar las funciones de conducción en red. Ha establecido los mayores campos de prueba para las funciones de conducción automatizada en Europa en una sección de 545 hectáreas de los terrenos de Lausitzring. En Nardò, Porsche Engineering y varios fabricantes están avanzando en el desarrollo de los terrenos de prueba para probar las funciones de conducción en red. Ha establecido los mayores campos de prueba para las funciones de conducción automatizada en Europa en una sección de 545 hectáreas de los terrenos de Lausitzring. En Nardò, Porsche Engineering y varios fabricantes están avanzando en el desarrollo de los terrenos de prueba para probar las funciones de conducción en red.
En comparación con las redes 3G y 4G, el estándar 5G actualmente programado para su uso en Alemania funciona con frecuencias más altas de 2 y 3.6 GHz. Pueden manejar velocidades de datos más grandes, aunque tienen la limitación física de un rango más pequeño. Por lo tanto, la construcción de la red requerirá la instalación de muchas más torres celulares que las de 3G y 4G. Es, a menos que lo prescriba la legislación para la cobertura de red requerida, controlado por los operadores de la red sobre la base de los requisitos locales: cuando se requieren grandes volúmenes de intercambio de datos y es económicamente viable, instalan las estaciones base. Para la conducción automatizada, se formará una red de datos de alto rendimiento ultrarrápida a lo largo de las arterias del tráfico (en carreteras, carreteras federales y estatales, y en áreas urbanas).
En Alemania, se subastarán las licencias para el uso de frecuencias de radio 5G, y el primer evento está programado para principios de 2019. Los ingresos de la subasta beneficiarán a un fondo de inversión para la expansión de la infraestructura digital. Según los planes actuales, las primeras células 5G están listas para conectarse en línea como parte de la red regular en Alemania en 2020/2021. La expansión adicional procederá de acuerdo con los requisitos.
En los EE. UU., Algunos proveedores apuntan a lanzar servicios 5G para clientes finales en 2019. Pero la primera subasta de frecuencia en EE. UU. Probablemente solo se realizará en 2020. China ha asumido la posición pionera internacional en términos de expansión de la red 5G: según un Según el estudio de Analysys Mason, la República Popular ya cuenta con más de 350,000 torres celulares que admiten la comunicación 5G, diez veces más que los Estados Unidos.
Para garantizar la compatibilidad internacional de los componentes 5G, se deben introducir estándares vinculantes en todo el mundo. Aquí, también, se ha alcanzado un hito importante: en junio de 2018, los primeros estándares 5G fueron aprobados por la autoridad competente, el Proyecto de Asociación de 3ra Generación (3GPP).
EN BREVE
Las funciones de conducción automatizadas en particular darán como resultado la transmisión de volúmenes de datos cada vez mayores. La nueva red inalámbrica 5G desempeñará un papel clave: está diseñada específicamente para la comunicación de máquina a máquina y ofrece una latencia de aproximadamente un milisegundo. 5G también habilitará nuevos sistemas de asistencia al conductor, como adelantadores, que utilizan las imágenes de video de los vehículos que se encuentran delante.