El proyecto 4Green ha sido financiado parcialmente por el CDTI (Centro para el Desarrollo Tecnológico e Industrial), organismo dependiente del Ministerio de Economía y Competitividad, a través del Programa FEDER-INNTERCONECTA (Nº: ITC-20111046) cuyos fondos provienen en parte del Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER) Para más información puede consultar http://4green.at4wireless.com EXENCIÓN DE RESPONSABILIDAD El Consorcio del Proyecto 4Green (AT4 wireless, Keysight, Ayesa, Ingenia e Isoin) proporciona este informe final a modo de servicio para todas aquellas partes interesadas. Si bien se ha realizado el mayor esfuerzo posible para asegurar que la información contenida en esta publicación sea correcta, fidedigna y técnicamente precisa, el Consorcio del Proyecto 4Green no garantiza, de manera expresa o implícita, que esta publicación sea correcta, que no requiera modificaciones a medida que la experiencia y los avances tecnológicos así lo demanden o que sea adecuada para satisfacer cualquier propósito o necesidad. Así mismo, el Consorcio del Proyecto 4Green no asume responsabilidad alguna por los daños y perjuicios de cualquier naturaleza que se deriven del uso de esta publicación. Todas las marcas son propiedad de sus respectivos propietarios.
MOTIVACIÓN Las comunicaciones móviles representan a día de hoy el modo de comunicación dominante en el planeta, habiendo transformado en los últimos años de forma radical el modo en que las personas y los dispositivos se comunican y acceden a Internet. Para hacer posible esta realidad, las tecnologías de comunicaciones móviles han ido evolucionando para poder soportar cada vez mayores velocidades en las transmisiones de datos. En esta evolución, LTE (Long Term Evolution) ha sido la tecnología que ha revolucionado las transmisiones de datos móviles al mejorar significativamente la experiencia del usuario, tanto en transmisiones de audio como video, juegos on-line, aplicaciones, voz sobre IP (VoIP), etc. Además, su evolución LTE-A (LTE- Advanced) será una realidad en breve, proporcionando un mayor ancho de banda y mayor eficiencia espectral. A esto hay que añadir las tecnologías emergentes que, embebidas, facilitan la conectividad de cualquier tipo de dispositivo sin intervención humana, lo que se denomina de forma genérica como comunicaciones máquina a máquina (M2M) y que conforman la base de la denominada Internet of Things (IoT) y últimamente Internet of Everything (IoE). En este escenario, el crecimiento exponencial del tráfico y el requisito de acceso ubicuo han disparado la expansión de las infraestructuras de red y una escalada de la demanda energética en las comunicaciones móviles. Este aumento del consumo energético de las redes móviles choca frontalmente con el objetivo perseguido por la UE en cuanto a la reducción de la huella de carbono, a la vez que tiene un impacto negativo importante en los costes operativos de todos los operadores de comunicaciones. Puesto que en las comunicaciones móviles el 80% de la energía se consume en las estaciones base ya existían iniciativas y proyectos que abordaban cómo reducir este consumo en el lado de la red, pero en cambio había muy pocos estudios acerca de cómo reducir el consumo energético en el terminal. AT4 wireless y los socios del proyecto identificaron esta necesidad y plantearon el proyecto 4Green con el objetivo de abordar la problemática de la eficiencia energética desde el terminal, contemplando el análisis de los factores que influyen en el consumo energético, el desarrollo de herramientas de medida y la obtención de metodologías de diseño de aplicaciones móviles más eficientes.
OBJETIVOS De forma resumida, los objetivos de desarrollo planteados al inicio del proyecto se enmarcaban en cuatro ámbitos de actuación: Soluciones de medida de RF, protocolos y eficiencia energética de los terminales. En este ámbito se plantean los siguientes objetivos específicos: Diseño y desarrollo de emuladores de redes de cuarta generación (LTE-A) y el desarrollo de técnicas de medida que evalúen no solo el grado de cumplimiento con los requisitos radioeléctricos de los dispositivos terminales sino también su rendimiento energético en diferentes condiciones del enlace radio. Desarrollo de soluciones de determinación de la eficiencia energética para dispositivos y sistemas conectados a redes de comunicaciones móviles. Se plantea determinar cómo los distintos parámetros de configuración (modulación, diversidad, etc.), así como los protocolos móviles, afectan al consumo dependiendo de varios factores del entorno (ruido, tráfico número de usuarios, etc.). Técnicas y soluciones para la determinación de la eficiencia energética de los elementos de acceso radio de la red. En este ámbito se engloba la identificación de las distintas métricas y métodos para ponderar y evaluar el consumo, gasto y eficiencia energética de las redes de comunicaciones móviles, principalmente LTE, y los equipos de telecomunicación en general, desarrollando herramientas de simulación que permitan estimar el consumo energético en distintos escenarios. Técnicas de diseño de aplicaciones software de los terminales móviles para optimizar el rendimiento energético. Se plantea abordar el estudio del estado del arte en el ámbito del desarrollo de aplicaciones desde el punto de vista del consumo energético, para determinar las mejores prácticas tanto en el diseño como en la codificación de las aplicaciones que se ejecutan en los terminales. A partir de estas mejores prácticas se pretende desarrollar un framework para el desarrollo de aplicaciones eficientes energéticamente, que permitan emplear las capacidades más avanzadas de los dispositivos de una forma óptima. Técnicas de diseño de aplicaciones software específicas del entorno de comunicaciones M2M para optimizar el rendimiento energético. Se plantea abordar el estudio de los protocolos de comunicaciones y los mecanismos de seguridad de forma que se optimice el consumo energético de los dispositivos M2M. Se desarrollará un prototipo de sistema de cartelería digital como caso concreto para validar las conclusiones y las técnicas de diseño en este ámbito.
RESULTADOS A continuación se describen los principales resultados obtenidos por cada una de las empresas participantes. A partir de los resultados obtenidos en el proyecto en el ámbito de adquisición de medidas en el terminal móvil, AT4 wireless tiene previsto el desarrollo de un Sistema de Medidas de Performance, que permita al usuario monitorizar tanto parámetros de la red como del propio dispositivo mientras se realizan distintas operaciones. Sistema de Medidas de Performance El sistema proporcionará tres grandes tipos de medidas: Parámetros de sistema de la plataforma donde se ejecuta el Agente: - Nivel de batería, utilización de la CPU y utilización de los interfaces de red, GPS. - Tipo de acceso radio en uso (Celular o WLAN). - Estado conexión móvil (registrado o no registrado). - Indicadores de rendimiento de calidad de servicio: Throughput (tasa de transferencia), Latencia, Jitter (variación de latencia) y Pérdida de paquetes. Parámetros de la red a los que está conectado el terminal, dependiendo del sistema operativo de la plataforma en la que se ejecuta el agente (pues no todos ellos tienen disponible la misma información): Wi-Fi, GSM, LTE o CDMA. En los últimos tres años la línea de negocio que ha experimentado un mayor desarrollo en AT4 wireless ha sido la de Servicios a Operadores, siendo actualmente un pilar fundamental de su facturación. Dentro de los servicios incluidos en esta línea de negocio destaca el servicio de validación de terminales, que consiste en verificar el funcionamiento de un terminal en la red del operador, comprobando que supera los requisitos mínimos establecidos por el operador en cuanto a calidad de servicio, experiencia de usuario, seguridad, etc. En este entorno, un sistema de medidas de performance como el que se propone desarrollar a partir de los resultados del proyecto, permitiría automatizar en gran medida un buen número de pruebas solicitadas habitualmente por los operadores, lo que redundaría en una mayor eficiencia y trazabilidad.
Como principal resultado del proyecto, Keysight ha desarrollado un Emulador de red de LTE-A que será capaz de albergar otras tecnologías de acceso radio, como por ejemplo 3G/HSPA, y que está preparado para poder adaptarse a la evolución de la norma LTE dentro del ámbito del 3GPP. Estas características lo convierten en una plataforma potente y versátil, capaz de proporcionar con rapidez soluciones de pruebas para equipos terminales de comunicaciones móviles. Emulador de red LTE-A Algunas de las funcionalidades principales que se contemplan para ser desplegadas en el emulador podrían ser: Agregación de múltiples portadoras en los canales ascendente y descendente. Capacidad de intercambio IP extremo a extremo a altas velocidades (600, 800 Mbps, etc.) Soporte de altos niveles de modulación. Soporte de altos órdenes de multiplexación espacial. El emulador de LTE-A y las extensiones de funcionalidad que se vayan incorporando en el futuro permitirán a Keysight Technologies posicionarse a nivel mundial como líder de sistemas de medidas de 4G para la próxima generación de dispositivos y terminales móviles, compitiendo con otros fabricantes de sistemas de pruebas que cuentan con una posición muy consolidada en el mercado. Sobre el emulador de red, Keysight ha desarrollado además las siguientes herramientas de medida: Soluciones para entornos de I+D: sistema de medida de radio frecuencia para entornos de I+D, tanto para la tecnología LTE-A como para tecnologías 3G/HSPA, que permiten la realización de un gran número de pruebas a los dispositivos durante las fases de desarrollo, con una gran flexibilidad y capacidad de parametrización. Sistemas de conformidad LTE- A RF y RRM: integración de un amplio conjunto de casos de prueba de conformidad de RF (Radiofrecuencia) y RRM (Gestión de recursos radio), beneficiándose de la capacidad de agregación de dos portadoras del emulador y de otras capacidades más avanzadas. Los casos de prueba de LTE/LTE- A para cubrir necesidades de los operadores de telefonía móvil a nivel mundial también cubren un mercado en gran auge. La capacidad de soporte de la tecnologías 3G/HSPA por parte del emulador, permitirán al sistema de RRM dotarse de casos de prueba de inter-funcionamiento LTE 3G/HSPA.
A partir de los resultados obtenidos durante la realización del proyecto 4Green, ISOIN tiene previsto el desarrollo de una herramienta de simulación enfocada al asesoramiento personalizado sobre eficiencia energética de terminales móviles en redes de cuarta generación. Basada en una plataforma en la nube, mediante técnicas de Cloud Computing, esta herramienta permite definir de forma gráfica un escenario físico (ubicación de edificios de diferentes características, posicionamiento y características de las estaciones base, ubicación y características del dispositivo móvil, etc.) para seguidamente realizar una simulación y obtener como salida multitud de resultados tanto en formato gráfico como texto, destacando: Consumo de potencia instantánea, Energía consumida, Estadísticas de QoS (delay, jitter, throughput efectivo, tasa de errores), Estadísticas de distintas capas: física, MAC, RLC, PDCP e IP. Estimación de la duración de la batería. En algunos casos se permitiría además descargar y visualizar trazas de las trayectorias seguidas por los equipos, mapa de cobertura, establecer comparaciones gráficas entre dos configuraciones, etc. La herramienta de simulación dispondría de gran variedad de posibilidades de configuración: Ancho de banda, Protocolo de la capa de transporte, Tipo de tráfico, Tasa de transmisión, Modo de DRX, Configuración de antenas (SISO o MIMO), Mecanismo de control de potencia de transmisión en enlace ascendente, Algoritmo de scheduler en enlace descendente, Modo de Carrier Aggregation, Potencia de transmisión, etc. Herramienta de simulación de eficiencia energética de terminales móviles en redes 4G Esta herramienta podría suponer un importante apoyo en la fase de diseño de nuevos dispositivos móviles, previa a las pruebas hardware, normalmente necesarias pero mucho más costosas, por lo que la disposición de una herramienta eminentemente software permitiría un importante ahorro de costes. Los resultados del proyecto 4Green suponen un impacto directo en la línea de negocio del sector Telco de ISOIN, en el cual se aumentarían las capacidades tecnológicas. Con los conocimientos adquiridos pueden ampliarse las capacidades existentes en la herramienta en distintas formas: introduciendo nuevas técnicas a estudiar (por ejemplo crosscarrier scheduling, Relay Nodes, modo RRC Idle, etc), extendiendo y generando nuevos modelos de consumo de otros terminales, etc. Con ello puede ofrecerse un servicio de desarrollo especializado a medida o bien abordar proyectos de investigación relacionados con la eficiencia energética en comunicaciones móviles.
Como producto principal de las actividades en el Proyecto se ha obtenido un marco de trabajo, denominado 4Green Framework, orientado al desarrollo de aplicaciones para dispositivos móviles eficientes desde el punto de vista energético Este framework se compone de: Un IDE de desarrollo con librerías específicas para la gestión de la eficiencia energética desarrolladas en el ámbito del proyecto. Un plugin de análisis estático de código. Una aplicación de monitorización de consumo energético, denominada 4Green Profiler. Componente de gestión de comunicaciones en cloud denominado 4Green Managed data Hub. Documentación de referencia en formato Wiki. La inclusión del 4Green Framework dentro de los procedimientos estandarizados de desarrollo de Software permitirá contar con una garantía adicional en cuanto a la calidad del código respecto al uso energético eficiente. Por otro lado, la herramienta 4Green Profiler constituye una excelente herramienta de medida de consumo energético de aplicaciones en smartphones, por lo que se podrá utilizar como parte de las validaciones de aplicaciones móviles que se desarrollan, ya sean basadas en el Framework o desarrolladas en otros marcos externos. El componente Managed Data Hub Proporciona una interface para la exposición en Internet, o aplicaciones de terceros, de forma segura y controlada de los servicios ofrecidos por el conjunto de servicios de la intranet empresarial. A partir del conocimiento adquirido y el Framework desarrollado se han obtenido un marco completo de desarrollo de aplicaciones móviles, orientado a asegurar la eficiencia energética de las aplicaciones basándose en la eficiencia de ejecución de código y de los componentes reutilizables. Estructura del 4Green Framework
A partir de los resultados del proyecto 4Green, Ingenia acometerá el desarrollo de un avanzado Sistema de Cartelería Digital modular para ofrecer información publicitaria y otros tipos de contenido de forma dinámica e interactiva. El sistema integrará reconocimiento gestual y de voz para una interacción con el público más natural, comunicación con smartphones vía códigos QR y tecnologías inalámbricas como NFC, Wi-Fi o Bluetooth. Arquitectura del Sistema de Cartelería Digital Entre los aspectos más novedosos del sistema para dotar al usuario que visualiza la información de la capacidad de controlar y gestionar el funcionamiento de los diferentes terminales reproductores, destacan: Interacción gestual hombremáquina, de cara a la detección de presencia y actuación automática sobre el encendido y apagado de equipos del sensor Kinect para ahorro energético. Se ha desarrollado una aplicación/plantilla web que incorpora un catálogo de interacciones gestuales (como. activar, pulsar, desplazar, etc.) para la navegación, lo que permite al usuario utilizar gestos como medio de interacción con el sistema. Implementación de mecanismos de comunicación con smartphones. para que el usuario pueda descargar a su dispositivo la información que está viendo en el sistema u otra relacionada (detalles, descuentos, etc.). Para ello se han evaluado la tecnología NFC (que desgraciadamente no está lo suficientemente extendida entre un número elevado de fabricantes de dispositivos) y los códigos QR. Mediante su integración en el entorno urbano, un sistema de cartelería digital avanzado como el descrito permite la exposición de publicidad con capacidad de llegar a un gran número de personas, convirtiéndose en un reclamo visual de gran impacto. Estos sistemas permiten: Inmediatez y flexibilidad: Se puede cambiar la creatividad en menos de 24h y exhibir diferentes creatividades en diferentes momentos del día. Más calidad de imagen: Alta luminosidad, alto contraste, bajo consumo y 24h de funcionamiento. Dinamización el medio: el movimiento en la cartelería digital capta más la atención y ofrece mayores posibilidades creativas. Reducción de costes y tiempos: Se eliminan los costes de producción, se minimizan los de fijación y se reducen los tiempos de ejecución.
CONCLUSIONES Se han obtenido resultados relevantes en los ámbitos de las medidas de eficiencia energética en terminales móviles y de los desarrollos de aplicaciones y sistemas eficientes. Estos resultados servirán de base para el desarrollo de productos y servicios novedosos y de primer nivel tecnológico, destinados en su mayoría a mercados internacionales en los que se competirá con empresas líderes a nivel mundial y de una dimensión mucho mayor que la de los participantes en el proyecto, a excepción de Keysight. Estos nuevos productos y servicios servirán en algunos casos para fortalecer líneas de negocio estratégicas para la empresa (como el caso de Keysight o Ingenia), para mejorar en la calidad, eficiencia y productividad de sus procesos de desarrollo (como el caso de Ayesa) o para consolidar líneas de negocio incipientes (como el caso de AT4 wireless e Isoin). En cualquier caso, serán productos y servicios estratégicos cuyo impacto en cada empresa a medio plazo será relevante, tanto en términos de resultados económicos como en términos de consolidación y creación de empleo de alto nivel tecnológico. Puede concluirse también que la colaboración entre empresas de diferentes tamaños y trayectorias ha sido muy enriquecedora para todos los participantes. Si bien algunas de ellas ya se conocían y contaban con una historia de colaboraciones anteriores (como es el caso de AT4 wireless, Keysight, Ayesa e Ingenia), la inclusión de Isoin, una empresa también con una amplia trayectoria de proyectos de investigación, tanto nacionales como internacionales, puede considerarse como muy positiva. Entre todos los participantes se ha establecido una estrecha relación que a buen seguro permitirá acometer en el futuro nuevas oportunidades de colaboración que permitan potenciar el tejido tecnológico e industrial de nuestro entorno. Es de destacar la participación de los organismos subcontratados que han participado en el proyecto, puesto que han tenido un papel relevante en algunas de las principales actividades en las que se había descompuesto en proyecto (sobre todo en las actividades de Investigación), gracias a su alto nivel tecnológico y organizativo.
Consorcio El proyecto 4Green ha sido liderado por AT4 wireless, en consorcio con las empresas Keysight, Ayesa, Ingenia e Isoin. COORDINADOR: SOCIOS: Se ha contado además con la colaboración de tres organismos de investigación subcontratados: Universidad de Málaga (UMA), Fundación para la Investigación y Desarrollo de las Tecnologías de la Información en Andalucía (Fidetia) y el grupo de investigación de Ingeniería Web y Testing Temprano (IWT2.). Organismos de investigación subcontratados
El proyecto 4Green ha sido financiado parcialmente por el CDTI (Centro para el Desarrollo Tecnológico e Industrial), organismo dependiente del Ministerio de Economía y Competitividad, a través del Programa FEDER-INNTERCONECTA (Nº: ITC-20111046) cuyos fondos provienen en parte del Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER) Para más información puede consultar http://4green.at4wireless.com