Nu de wereld zich voorbereidt op de komst van 6G rijst de vraag of de volgende generatie draadloze communicatietechnologieën voldoet aan de steeds hogere eisen van moderne toepassingen. Professor Filip Louagie van IMEC, een toonaangevend onderzoekscentrum op het gebied van nano-elektronica en digitale technologie, vertelt tijdens het RF Technologie event over de stand van zaken en de uitdagingen die de weg naar 6G markeren.
“De huidige draadloze communicatiesystemen zijn notoir onbetrouwbaar.” Louagie windt er geen doekjes om. “Ze zijn niet voorspelbaar (predictable) en onvoldoende tijdsgevoelig (time sensitive).” Dit laatste houdt in dat de latentie, de tijd die het kost om data van punt A naar punt B te transporteren, niet te garanderen is. Voor toepassingen die afhankelijk zijn van een snelle en accurate dataoverdracht kan dit desastreus uitpakken. Louagie: “Denk aan een hartchirurg die een robotarm aanstuurt. Die moet zeker weten waar hij aan toe is, want door een seconde vertraging in de dataoverdracht kan een operatie fataal aflopen.”
Stappen voorwaarts
Ook in de automotive industrie is betrouwbare en snelle dataoverdracht cruciaal voor de veiligheid, zeker als we straks te maken krijgen met zelfrijdende auto’s. Louagie: “In het verkeer vinden per definitie onverwachte situaties plaats en daar moet een zelfrijdende auto, die grotendeels afhankelijk is van AI-technologie, direct op kunnen reageren. Met 4G zou dat niet mogelijk zijn, omdat er teveel toestellen communiceren en 4G dit niet aankan. Met 5G kan het in theorie wel. Er zijn al grote stappen voorwaarts gezet, met name op het gebied van time sensitive networking (TSN), maar we zijn er nog lang niet.”
Obstakels
En dit is een groot probleem want terwijl 5G nog volop in ontwikkeling is, staat 6G al klaar in de startblokken. De introductie van 6G vindt naar verwachting plaats rond 2030, dus de tijd dringt – zoals de titel van de lezing aangeeft.
“In mijn presentatie bespreek ik wat er nodig is om de prestaties van draadloze communicatiesystemen te verbeteren ter voorbereiding op de komst van 6G,” vervolgt de bevlogen onderzoeker. “ Een draadloos signaal heeft per definitie te maken met onverwachte hindernissen vanuit de omgeving die de kwaliteit van het signaal belemmeren. Bijvoorbeeld: rondlopende mensen of onverwachte bewegingen en gebeurtenissen. Dit maakt het lastig om met voldoende kwaliteit een draadloze verbinding op te zetten. Bestaande draadloze communicatieprotocollen proberen hieraan tegemoet te komen, maar dat is vaak niet voldoende om de nodige reliability (betrouwbaarheid) en predictability te garanderen.”
“De twee populaire standaarden voor draadloze communicatiesystemen schieten beiden tekort. De meest gangbare wifi -standaarden (IEEE 802.11) ontbreekt het aan functies om de reliability en latency te garanderen. De 5G-standaard voorziet weliswaar in de nodige uitbreiding voor verhoogde betrouwbaarheid en latentie, maar de implementatie ervan in concrete systemen hinkt achterop. Dit maakt dat het heel moeilijk is om met hedendaagse draadloze communicatietechnologie TSN te bouwen,” aldus Louagie. “In mijn presentatie bespreek ik wat we concreet kunnen doen om de betrouwbaarheid van de communicatie op korte termijn te verbeteren om zodoende de weg te banen voor TSN over draadloze verbindingen.”
Lat hoger
De opstap van 4G naar 5G heeft niet alleen te maken met hogere bandbreedtes, maar ook met verbeterde ondersteuning van machines. “Dat betekent concreet: verbeterde latentie, betrouwbaarheid en meer apparaten op een beperkte ruimte. Het uiteindelijke doel is om het aantal gebruikers per vierkante kilometer te verhogen terwijl de kwaliteit van het signaal gegarandeerd blijft.” Louagie geeft een voorbeeld: “5G focust op een piek data rate van 10 gbps, een latency van 10 ms, een dichtheid van 10 Mbps per vierkante meter en 1 miljoen IoT-apparaten per vierkante kilometer. Bij 6G wil men de lat nóg hoger leggen: dus nog meer apparaten per vierkante kilometer die op een snellere en betrouwbare manier met elkaar communiceren.”
Dit kan alleen als de specificaties worden aangescherpt, zowel op het gebied van tijdsgevoeligheid, betrouwbaarheid als voorspelbaarheid. “Om dit te realiseren moet de bereidheid er zijn, vanuit de techreuzen, om in de hard- en softwareverbetering te investeren. Zij moeten er tijd en geld voor vrijmaken en dat doen zij alleen als zij het commerciële belang ervan inzien. Kortom: het is nog niet zeker of we überhaupt de vooropgestelde doelstellingen voor 5G halen en wanneer we klaar zijn voor 6G.”
Open Wifi
Gelukkig gloort er hoop aan de horizon. Want hoewel de huidige draadloze netwerken de technologische eisen van 6G nog niet voldoende ondersteunen, is dat ook niet altijd nodig. “Het merendeel van de apparaten kan met veel minder complexe systemen af. Zij hebben genoeg aan een eenvoudig wifiprotocol voor hun toepassing.”
Om ook aan deze vraag tegemoet te komen, werkt de professor samen met zijn collega’s aan een open wifi-implementatie waar een TSN-compliant protocol op draait. Het OpenWiFi platform is gratis beschikbaar via GitHub. Dat maakt dat iedereen aan de slag kan met een open wifi-implementatie. “Wij kunnen met ons protocol garanderen dat een signaal binnen vijf milliseconde bij de ontvanger terechtkomt. Dat lijkt weinig, maar het is genoeg om bijvoorbeeld een robotarm draadloos aan te sturen. Voor bepaalde toepassingen is open wifi dus een betrouwbaar én goedkoop alternatief voor 5G.”
Meld je aan voor de lezing
Ben je nieuwsgierig naar de visie van Louagie op 6G en wil je meer weten over het OpenWiFi platform? Kom dan naar het RF Technology event op 18 april in Leusden. Louagie spreekt tijdens het ochtendprogramma om 9.30 uur.
Schrijf je kosteloos in voor de lezing en het event via de website.
