Welk radiosysteem is klaar voor de toekomst?

Hoe verzeker je alle bezoekers van een overvolle concertzaal of een druk winkelcentrum tijdens de piekuren van een goede wifi-verbinding? Hoe kunnen verschillende noodteams snel hun draadloze apparatuur op elkaar afstemmen om samen een humanitaire ramp aan te pakken? Hoe coördineer je een militaire aanval waarbij drones voortdurend in contact staan met soldaten?

Je kan ieder probleem apart bekijken. Wil je echter een efficiënte oplossing voor al dit soort problemen tegelijk, dan heb je nieuwe technologie nodig die het radiospectrum op een intelligente manier gaat gebruiken. Dat zeg het Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), het onderdeel van het Amerikaans leger dat militaire technologie ontwikkelt. Daarom daagde DARPA de wereld uit: ontwerp een nieuw radiosysteem dat betrouwbaar is in allerlei complexe draadloze omgevingen met veel dataverkeer. Voor de wetenschappers die daar het best in slaagden, had de organisatie twee miljoen dollar veil.

“Gooien we ons in die competitie?”, vroeg Ingrid Moerman (UGent/imec) drie jaar geleden aan enkele collega’s. Moerman, gespecialiseerd in onderzoek naar draadloze netwerken, sloeg de handen in elkaar met Steven Latré (UAntwerpen/imec), die over de nodige AI-expertise beschikt. Voor de hardware werd Ivan Seskar van de Amerikaanse Rutgers University bij het project betrokken. Aldus zag ‘Team SCATTER’ het levenslicht, een toepasselijke naam voor een team dat over verschillende universiteiten verspreid zit.

Team SCATTER slaagde er als enige Europese team in om verschillende voorrondes te overleven en zich te plaatsen voor de finale. Die vond eind oktober plaats op het Mobile World Congress in Los Angeles. Daar had DARPA haar ‘Colosseum’ neergeplant, de krachtigste draadloze testomgeving ter wereld. De emulator simuleerde een groot aantal complexe scenario’s, waarvan DARPA tijdens de finale een selectie demonstreerde terwijl de tien finalisten nagelbijtend toekeken.

De wedstrijd had het meest weg van een semi-coöperatief spel, dat keer op keer opnieuw wordt gespeeld. "We krijgen punten voor iedere applicatie die we correct kunnen afleveren, maar de score hangt ook af van de prestaties van het zwakste team", legt Latré uit. “Soms heeft één team een groter deel van het beschikbare spectrum nodig, bijvoorbeeld om meerdere zware videostreams met hoge kwaliteit door te sturen. Dan moeten de andere teams voldoende spectrum vrijhouden voor dit ene team. Maar eens alle teams een welbepaald prestatieniveau behalen, wordt het toch weer elk voor zich. Dan probeerden we heel voorzichtig om spectrum van de andere teams af te snoepen."

“Elk team had daarbij zijn eigen strategie”, zegt Moerman. “Wij zochten naar patronen in de manier waarop de andere teams het spectrum gebruiken zodat we hun toekomstige stappen konden voorspellen. Door daar snel op te reageren, konden we het spectrum op een heel flexibele en dynamische manier gebruiken. Nogal wat van onze concurrenten zijn anders te werk gegaan: ze zochten een kanaal dat vrij was om continu te gebruiken. Ze zaten dus de hele tijd in ‘streaming-modus’. In de laatste eliminatieronde heeft ons dat genekt.”

In een beslissend duel met team GatorWings (Universiteit van Florida) moest Team SCATTER uiteindelijk de duimen leggen. Zuur voor de Belgen, want van de vijf overgebleven ploegen wist uitgerekend team GatorWings finaal de meeste punten te behalen. Het was dus de Universiteit van Florida die met de hoofdprijs van twee miljoen dollar aan de haal ging.

Toch is Moerman niet ontgoocheld. “We hebben het niet slecht gedaan, als nieuw team. We zijn trots op wat we de voorbije drie jaar gepresteerd hebben. In zo’n spel hangt veel af van het toeval. Als ik heel eerlijk moet zijn: winnen zat er niet in, maar onze collaboratieve strategie kon misschien wel tot brons leiden.”

Nu er geen prijzengeld binnengehaald werd, wil imec bekijken hoe ze de technologie  kan doorontwikkelen en commercialiseren. Daarvoor wordt gekeken naar risicokapitaal of samenwerkingen met bedrijven. “Maar allereerst moeten we onze doctoraatsstudenten rustig de kans geven om hun resultaten te publiceren. Tijdens de competitie was dat niet mogelijk, niet alleen omdat we onze strategie niet wilden vrijgeven, maar ook omdat het wedstrijdelement zo intens was dat daar simpelweg geen tijd voor was”, zeggen Moerman en Latré.

Sommige teams hebben hun code (deels) open source beschikbaar gemaakt om het academisch onderzoek verder te stimuleren. Dat zijn ze bij Team SCATTER niet van plan. “Als Europees team zonder Amerikaanse onderzoekssteun heeft DARPA geen rechten op onze resultaten en blijven we eigenaar van onze technologie. In de loop van de competitie hebben we ook een vijftal patenten aangevraagd”, zegt Moerman.

Dit jaar veilden verschillende overheden nieuwe frequentiebanden voor mobiel internet via 5G. Voor overheden kan die 5G-veiling veel geld opbrengen. In België loopt ze vertraging op omdat de verschillende regeringen het niet eens raken over de verdeling van de opbrengst. “Telecomoperatoren willen een deel van het spectrum zonder het met iemand te moeten delen. Voor de controle van exclusief spectrum zijn ze bereid om veel geld neer te tellen, en ze kunnen dat later doorrekenen aan de klant”, zegt Moerman daarover. 

Maar in de toekomst ziet ze die afgebakende grenzen doorbroken worden. “‘Het spectrum wordt vandaag absoluut niet efficiënt gebruikt. Het exclusief toewijzen van frequentiebanden aan operatoren zal op termijn onhoudbaar worden, klinkt het. “DARPA heeft deze competitie opgezet om de ogen te openen: door onze groeiende datahonger zullen mobiele netwerken gaandeweg dichtslibben. Dat kunnen we voorkomen door het spectrum op een dynamische manier te gaan gebruiken. Op termijn zullen de mobiele operatoren het spectrum moeten gaan delen, maar daar liggen ze vandaag nog niet van wakker.”