Diseño y desarrollo de una red híbrida entre Wi-Fi mesh y 5G para entornos industriales

Abstract

En los últimos años se esta viviendo una nueva revolución en la industria para dar paso a la quinta generación donde el enfoque, además de la automatización, es el ser humano. Se prevé que la implantación de la Industria 5.0 se vea acelerada por la tecnología 5G, ofreciendo una conectividad ultrarrápida y de baja latencia permitiendo, de esta manera, una transferencia de datos en tiempo real y facilitando una comunicación fluida entre máquinas, humanos y sistemas. Se espera que la combinación de Industria 5.0 y 5G fomente procesos de producción más flexibles, eficientes y colaborativos, lo que conducirá a una mayor personalización, una mayor productividad y nuevos avances en el panorama industrial. Sin embargo, la quinta generación de telecomunicaciones trae consigo un obstáculo debido al espectro de frecuencias que usa. Al ser este rango mas alto que en anteriores generaciones, la señal se ve degradada dificultando su distancia de cobertura en entornos rurales y en interiores debido a la existencia de obstáculos resultando en dificultades en las comunicaciones . Por ello, se han propuesto varias soluciones como las redes IAB que aprovecha el concepto de las redes de malla para conseguir llegar a más distancia. No obstante, estas soluciones están pensadas para entornos exteriores. En este trabajo fin de máster se propone un prototipo de red híbrida entre 5G y Wi-Fi mesh como solución aprovechando las ventajas de ambas redes consiguiendo una red más robusta en interiores. Para validar esta red se han realizado experimentos empíricos donde se ha desplegado una red 5G con una red Wi-Fi mesh como extensión. La evaluación de esta solución se ha realizado mediante el despliegue de un servidor de video en el edge de la red 5G, aprovechando el paradigma de Edge Computing, al cual los usuarios podían acceder para reproducir videos en sus dispositivos. Con esta nueva arquitectura se ha conseguido aumentar la distancia de cobertura hasta el doble utilizando los mismos recursos que la red 5G original.

In recent years, a new revolution is taking place in industry to usher in the fifth generation where the focus, in addition to automation, is on humans. The implementation of Industry 5.0 is expected to be accelerated by 5G technology, offering ultra-fast, low-latency connectivity, enabling real-time data transfer and facilitating seamless communication between machines, humans and systems. The combination of Industry 5.0 and 5G is expected to foster more flexible, efficient and collaborative production processes, leading to greater personalisation, increased productivity and new developments in the industrial landscape. However, the fifth generation of telecommunications brings with it an obstacle due to the frequency spectrum it uses. As this range is higher than in previous generations, the signal is degraded, making it difficult to cover distance in rural and indoor environments due to the existence of obstacles, resulting in communication difficulties. Therefore, several solutions have been proposed such as IAB networks that take advantage of the concept of mesh networks to reach further distances. However, these solutions are intended for outdoor environments. In this master’s thesis, a prototype of a hybrid network between 5G and Wi-Fi mesh is proposed as a solution that takes advantage of the benefits of both networks to achieve a more robust network indoors. To validate this network, empirical experiments have been carried out where a 5G network has been deployed with a Wi-Fi mesh network as an extension. The evaluation of this solution has been carried out by deploying a video server on the edge of the 5G network, taking advantage of the Edge Computing paradigm, which users could access to play videos on their devices. With this new architecture, the coverage distance has been doubled using the same resources as the original 5G network.