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Descripción

La conectividad de la Red Inalámbrica de Malla de Banda Ancha (B-WMN) se ha convertido en uno de los aspectos esenciales de la infraestructura de las ciudades inteligentes. A pesar de la abundancia de fibra disponible en los entornos urbanos, proporcionar una infraestructura cableada para cualquier servicio digital es un esfuerzo costoso que requiere una planificación cuidadosa y a menudo da lugar a estructuras estáticas inflexibles. Causa importantes trastornos en la vida civil y cuesta desplegar soluciones de forma rápida y flexible. Las B-WMN pretenden superar estos problemas minimizando y/o eliminando la necesidad de infraestructuras cableadas, y utilizando las infraestructuras urbanas existentes como plataformas para su despliegue (Egners et al., 2013).

Las B-WMN tienen bajos costes de instalación y mantenimiento, y facilitan la conexión a todas las ubicaciones posibles en entornos urbanos o rurales, independientemente de la complejidad del alcance. Hay varias aplicaciones de las B-WMN, como el hogar digital, el acceso a Internet de banda ancha, la automatización de edificios, los sistemas sanitarios y médicos, y las redes para emergencias y catástrofes (Salah y Salleh, 2013). Los funcionarios de obras públicas pueden utilizar las B-WMN para controlar sus suministros de agua y electricidad instalando una red de malla inalámbrica en alcantarillas, instalaciones de tratamiento de agua o generadores. Los trabajadores de seguridad pública pueden utilizar redes virtuales seguras para mantenerse en contacto. Los nodos de malla también pueden montarse en farolas, semáforos y otros objetos móviles, lo que permite conectar varios dispositivos a la red de malla en caso de emergencia (BasuMallick, 2022).

La B-WMN es una infraestructura que consiste en una red de routers que se comunican inalámbricamente entre sí a velocidades de gigabit (similar a la fibra). Consta de nodos de radio que no necesitan estar cableados a un puerto alámbrico como los puntos de acceso inalámbricos convencionales (Parvin, 2019). Las B-WMN han ganado cada vez más atención como medio atractivo de proporcionar conectividad generalizada como complemento al acceso ofrecido por los proveedores de servicios de Internet (ISP) habituales. La topología de malla de las B-WMN proporciona una gran flexibilidad, una fiabilidad de hasta el 99,999% y una latencia inferior a 2 ms, ideal para aplicaciones de gran ancho de banda en tiempo real, por lo que es responsable de una infraestructura física que permite conexiones flexibles de enrutamiento y transporte (Matos et al., 2011).

Infraestructura B-WMN en zonas urbanas(Cilfone et al., 2019)

Problemas por resolver

Alto coste de despliegueEmisiones de GEI derivadas del despliegue y el mantenimientoElevada demanda energéticaNecesidad de conectividad 5G sin fisuras y de alta velocidadFalta de acceso a zonas urbanas densas

Modelo de valor

Evaluación coste-beneficio de la Solución.

Ventajas de una red inalámbrica de malla de banda ancha (BABLE, 2022)

Costes de una red inalámbrica de malla de banda ancha (BABLE, 2022)

Contexto de la ciudad

¿A qué factores de apoyo y características de una ciudad se adapta esta Solución? ¿Qué factores facilitarían la implantación?

En concreto, una ciudad inteligente puede modelarse como la unión de muchas "subredes", cada una de ellas dedicada a gestionar un aspecto concreto de la supervisión general de la ciudad y basada en el uso de varios sistemas de comunicación con tecnologías heterogéneas (Cilfone et al., 2019).

A través de una Red de Malla Inalámbrica de Banda Ancha, cada nodo se comunica con todos los demás, y cada nodo recibe datos de un nodo mientras reenvía datos al nodo siguiente. Entre los factores que deben tener en cuenta las ciudades antes de desplegar las B-WMN están

  • Mobiliario urbano: La existencia de mobiliario urbano facilita el despliegue de las B-WMN, por ejemplo, farolas y semáforos.
  • Línea de visión: Las redes malladas de banda ancha que funcionan en el rango de las ondas milimétricas (incluidos los 60 GHz) requieren un medio de transmisión con línea de visión, lo que significa que los extremos transmisor y receptor del enlace deben tener visibilidad mutua para garantizar la transmisión. Los árboles, edificios y otros obstáculos entre los extremos de transmisión y recepción reducirán la fiabilidad o eliminarán por completo la conectividad del enlace. Por tanto, la planificación avanzada de la línea de visión entre emplazamientos es esencial en cualquier construcción(Perrin, 2020).
  • Condiciones climáticas: Varían de una región a otra y las topografías varían de una ruta a otra. Por tanto, debe llevarse a cabo una cuidadosa planificación del emplazamiento para conocer las limitaciones existentes en función del contexto local.
  • Normas y reglamentos: Deben revisarse las normas establecidas por las autoridades centrales y los organismos reguladores aplicables para garantizar su cumplimiento.

Factores de apoyo

Entre los factores de apoyo a las B-WMN se incluyen:

  • Facilidad de despliegue: Con acceso a electricidad y postes, la instalación y puesta en marcha del emplazamiento puede hacerse en menos de 30 minutos, en comparación con el tiempo de instalación de meses para instalar nuevas redes de fibra u otras formas de cableado.
  • Mejor acceso a los datos: Red de datos escalable que permite WiFi, LTE/5G privado y acceso inalámbrico fijo
  • Mejor detección: Cámaras, sensores para la salud y el medio ambiente, gestión del tráfico, etc.
  • Mejor transporte de datos: Redes de transporte sobre el suelo
  • Aplicaciones en un futuro próximo: Vehículos autónomos y redes de drones para la atención predictiva

Iniciativas gubernamentales

¿Qué esfuerzos y políticas están llevando a cabo las administraciones públicas locales/nacionales para contribuir a fomentar y apoyar esta Solución?

Entre las iniciativas gubernamentales que apoyan el despliegue de tecnologías que permiten la conectividad de alta velocidad y el acceso digital se incluyen:

  • La Estrategia Digital de la UE: La estrategia de la Comisión Europea para dar forma al futuro digital de Europa. Durante los próximos cinco años, la Comisión se centrará en tres objetivos clave para garantizar que las soluciones digitales ayuden a Europa a seguir su propio camino hacia una transformación digital que funcione en beneficio de las personas. Entre ellos se incluyen: 1) El desarrollo y despliegue de una tecnología que funcione para las personas 2) Una economía justa y competitiva: un mercado único sin fricciones en el que empresas de todos los tamaños y de cualquier sector puedan competir en igualdad de condiciones 3) Una sociedad abierta, democrática y sostenible: un entorno fiable en el que los ciudadanos tengan poder sobre su forma de actuar e interactuar, y sobre los datos que proporcionan tanto en línea como fuera de línea(Comisión Europea).
  • Programa Europa Digital: nuevo programa de financiación de la UE centrado en acercar la tecnología digital a las empresas, los ciudadanos y las administraciones públicas. Su objetivo es acelerar la recuperación económica y dar forma a la transformación digital de la sociedad y la economía europeas, aportando beneficios a todos, pero en particular a las pequeñas y medianas empresas. En el marco de este programa se apoyan proyectos en cinco ámbitos de capacidad clave: en supercomputación, inteligencia artificial, ciberseguridad, competencias digitales avanzadas y garantía de un amplio uso de las tecnologías digitales en toda la economía y la sociedad, incluso a través de los Centros de Innovación Digital(Comisión Europea).
  • Iniciativa Internet de Próxima Generación (IGN): Iniciativa europea que pretende configurar la Internet del futuro como un ecosistema de plataformas interoperables que encarne los valores que Europa aprecia: apertura, inclusión, transparencia, privacidad, cooperación y protección de datos(Comisión Europea). La IGN impulsará la revolución tecnológica y garantizará la adopción progresiva de conceptos y metodologías avanzados que abarquen los ámbitos de la inteligencia artificial, la Internet de los objetos, las tecnologías interactivas y otros, contribuyendo al mismo tiempo a que la futura Internet esté más centrada en el ser humano.
  • La Estrategia de Banda Ancha de la UE: La Comisión Europea apoya a las empresas, los gestores de proyectos y las autoridades de la UE en el aumento de la cobertura de red para alcanzar los objetivos de la Sociedad del Gigabit de la UE. Banda Ancha Europa promueve la estrategia de la Comisión sobre Conectividad para una Sociedad Europea del Gig abit en 2025, así como la visión establecida por la Década Digital para la transformación digital de Europa en 2030, con el fin de conectar a los ciudadanos y empresas europeos con redes de muy alta capacidad, que permitirán ofrecer productos, servicios y aplicaciones innovadores a todos los ciudadanos y empresas de la UE(Comisión Europea).

Mapeo de las partes interesadas

¿Qué partes interesadas hay que tener en cuenta (y cómo) en relación con la planificación y aplicación de esta Solución?

Mapa de las partes interesadas en un sistema B-WMN (BABLE, 2022)

Potencial del mercado

¿Cuál es el mercado potencial de esta Solución? ¿Existen objetivos de la UE que apoyen la implantación? ¿Cómo ha evolucionado el mercado a lo largo del tiempo y más recientemente?

El Mercado Global de Ciudades Inteligentes se valoró en 392.900 millones de USD en 2019 y se prevé que alcance los 1380.210 millones de USD en 2030, con una CAGR del 12,1% entre 2020 y 2030 (NMSC, 2022). Las ciudades y los ciudadanos exigen una mejor conectividad. La WMN como solución de ciudad inteligente, compuesta por una red de comunicación distribuida entre varios nodos de malla inalámbricos, satisface esta demanda. Estas tecnologías de red ofrecen una ventaja significativa sobre las redes inalámbricas tradicionales, ya que no necesitan cables ethernet ni ninguna forma de cableado físico, salvo el nodo de origen. La red de malla inalámbrica es autoconfigurable, lo que permite integrar nuevos nodos de malla automáticamente sin necesidad de administrar la red. (Global Market Insights, 2019).

El tamaño del mercado de las redes de malla inalámbricas superó los 2.000 millones de USD en 2019 y se prevé que crezca a un CAGR superior al 15% entre 2020 y 2026. El crecimiento del mercado se atribuye a la creciente adopción de las redes de malla inalámbricas debido a sus fiables capacidades de red, incluida una transmisión de datos más rápida y un despliegue de red más sencillo (Global Market Insights, 2019).

Potencial del mercado(Global Market Insights, 2019). Imagen modificada por BABLE.

Estructura de costes

Según Heavy Reading(Perrin, 2020), 60 GHz se compara favorablemente tanto con las opciones de fibra hasta las instalaciones (FTTP) como con las de espectro de ondas milimétricas con licencia, aunque el coste del equipo en sí no es el factor principal en ninguno de los dos casos. Para las construcciones FTTP, Ovum calcula que en los países con mano de obra cara, los costes de construcción de la red pueden representar el 80% o más de los costes totales de la red FTTP. Por ejemplo, los datos de la Comisión Federal de Comunicaciones (FCC) de EE.UU. sobre los costes de construcción de fibra por milla oscilan ampliamente entre 20.000 y más de 100.000 dólares, según se trate de fibra aérea, conductos existentes o construcciones completamente nuevas. Aun así, Heavy Reading cree que la mayoría de las decisiones sobre fibra frente a mmWave no se basarán en el análisis de costes.

Más bien, los operadores elegirán mmWave cuando la fibra simplemente no sea una opción o cuando la rapidez de comercialización sea una consideración clave. Como ya se ha dicho, los proyectos de construcción de fibra pueden durar de varios meses a incluso años, teniendo en cuenta los plazos de autorización y aprobación municipal. Si comparamos las bandas espectrales de 60 GHz sin licencia con las bandas espectrales de ondas milimétricas con licencia, las comparaciones de los costes de los equipos se ven empequeñecidas por el mayor factor de coste a la hora de utilizar el espectro con licencia: los costes de las propias licencias. Las subastas de espectro de 24 GHz y 28 GHz en EE.UU. generaron unos ingresos de 2.700 millones de dólares, principalmente de operadores móviles de primer nivel(Perrin, 2020).

La estructura de costes asociada al despliegue de una red de malla inalámbrica de banda ancha se muestra en la siguiente figura:

Estructura de costes para el despliegue de una red de malla inalámbrica de banda ancha (BABLE, 2022)

Modelos operativos

¿Qué modelos empresariales y operativos existen para esta Solución? ¿Cómo están estructurados y financiados?

Modelos operativos para las RMB-B (Egners, 2014).

Requisitos legales

Directivas legales relevantes a nivel nacional y de la UE.
  • Directiva 2013/752/UE: Su objetivo principal es limitar los niveles de potencia de transmisión para garantizar que no interfieran con otros equipos inalámbricos. En el caso de los dispositivos de corto alcance que operan en la banda de 57 GHz a 66 GHz, se restringen a 40 dBm de potencia isótropa radiada equivalente (PIRE) y a densidades de PIRE de 13 dBm/MHz. Las instalaciones exteriores fijas quedan excluidas del cumplimiento de estas restricciones. Además, se garantizará que estos dispositivos de corto alcance no se conviertan en una fuente grave de interferencias para los enlaces de retorno en la banda de 57 GHz a 64 GHz.
  • ECC/REC/(09)01: El Comité de Comunicaciones Electrónicas (ECC) de la Conferencia Europea de Administraciones de Correos y Telecomunicaciones (CEPT) ofrece algunas recomendaciones sobre el uso de la banda de frecuencias de 57-64 GHz para sistemas inalámbricos fijos punto a punto. También establece requisitos de potencia isótropa radiada equivalente (PIRE) para los sistemas fijos punto a punto que operan en esta gama de frecuencias.
  • ETSI EN 302 217-2: Norma europea armonizada para sistemas de radio fijos; características y requisitos de los equipos y antenas punto a punto; sistemas digitales que funcionan en las bandas de frecuencias de 1,3 GHz a 86 GHz; y normas armonizadas que cubren los requisitos esenciales del artículo 3.2 de la Directiva 2014/53/UE.
  • Reino Unido: En 2010, la Oficina de Comunicaciones del Reino Unido (OFCOM) aprobó el uso sin licencia del espectro de 57-64 GHz. Aunque la asignación del espectro sigue la norma de la Comisión Federal de Comunicaciones (p.i.r.e. máxima de +55 dBm), la potencia máxima conducida de +10 dBm y la ganancia mínima de antena de +30 dBi están modeladas según la norma europea ETSI.

Datos y normas

¿Qué normas, modelos de datos y software son relevantes o necesarios para esta Solución?
  • Norma WiGig: Se conoce alternativamente como Wi-Fi de 60 GHz y se refiere a un conjunto de protocolos de red inalámbrica de 60 GHz. Incluye la norma IEEE 802.11ad y la norma IEEE 802.11ay. La especificación WiGig permite que los dispositivos se comuniquen sin cables a velocidades de varios gigabits. Permite aplicaciones inalámbricas de datos, visualización y audio de alto rendimiento que complementan las capacidades de los dispositivos LAN inalámbricos anteriores.
  • Norma WirelessHD: También se conoce como UltraGig, y es un estándar propietario de Silicon Image (originalmente SiBeam) para la transmisión inalámbrica de contenidos de vídeo de alta definición para productos de electrónica de consumo. Se basa en un canal de 7 GHz en la banda de radio de 60 GHz de Frecuencia Extremadamente Alta. Permite la transmisión digital ligeramente comprimida (códec inalámbrico propietario compatible con enlaces) o sin comprimir de señales de vídeo y audio de alta definición y de datos, lo que equivale básicamente a un HDMI inalámbrico.
  • IEEE 802.15.3c: La primera norma inalámbrica del IEEE en la banda de 60 GHz (onda mm). Proporciona tres modos de capa física (PHY) para segmentos específicos del mercado, con velocidades de datos obligatorias superiores a 1 Gb/s. Durante el periodo de desarrollo de la norma, también se hicieron nuevas aportaciones a la tecnología de comunicación inalámbrica, como un nuevo modelo de canal, un esquema de formación de haces basado en libros de códigos y un método de agregación de baja latencia.
  • Especificaciones del ISG del ETSI para la transmisión por ondas milimétricas (MWT): El Instituto Europeo de Normas de Telecomunicaciones ha publicado varios libros blancos y especificaciones de grupo y ha examinado la normativa mundial para la banda v (57 a 66 GHz) y la banda e (71 a 86 GHz), la madurez tecnológica, las aplicaciones y los casos de uso de la transmisión por ondas milimétricas.

Casos de Uso

Explora ejemplos reales de aplicación de esta Solución.

TIC

Movilidad

Energía

Torre Multifuncional Inteligente

La Torre Inteligente es una solución inteligente que proporciona redes de acceso inalámbrico mejoradas. El objetivo es apoyar la creciente demanda de conectividad móvil en la ciudad para conexiones móviles de banda ancha, servicios IoT, etc.

TIC

La red de postes inteligentes como columna vertebral digital de una ciudad inteligente

Este proyecto piloto en Espoo proporciona conectividad de alta capacidad en el distrito de Kera para probar una red urbana de ciudad inteligente.

Energía

TIC

Seguridad

Red de iluminación para desplegar 5G y mejorar los servicios de la ciudad

La ciudad de Tampere ha incrustado una red gigabit inalámbrica en las luminarias, creando una red anfitriona neutral para ramificarse desde el punto de presencia de la fibra a toda la granularidad de la red de alumbrado. Entre los beneficios se incluyen la mejora de los servicios públicos y la densificación de las redes públicas 5G.

TIC

Campus de alta tecnología de Eindhoven

El 5G Hub despliega la tecnología 5G a través de la iluminación en Eindhoven (Países Bajos)

TIC

Signify lleva la conectividad inalámbrica de banda ancha a través del alumbrado público inteligente a Eichenzell (Alemania)

Eichenzell (Alemania) utiliza alumbrado público inteligente para la conectividad inalámbrica de banda ancha que atiende a aplicaciones IoT, así como a la densificación 5G.

TIC

Ampliación y mejora de la cobertura de la red wifi municipal gratuita de Logroño

Se mejora y se amplia red municipal gratuita de conexión a Internet mediante wifi de alta velocidad en la ciudad de Logroño para que todo el mundo pueda tener una conexión de calidad sin restricciones.

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