Sieć przyszłości

ROZMAWIA: Joanna Małecka
ZDJĘCIE: Agata Jesse Obiektywnie

Czy mamy obawiać się sieci 6G? Dopiero co wdrożono 5G.
Hanna Bogucka: Sieć 6G, nad którą obecnie pracuje świat nauki, mówiąc najogólniej, ma inteligentnie wpleść komunikację w naszą codzienność. I może to się wydarzyć szybciej, niż się spodziewamy. Na razie prowadzone są badania i wyznaczane paradygmaty, co to dokładnie ma być. Celem technologii 6G jest nie tylko zapewnianie znacznie wyższych szybkości transmisji danych niż w przypadku 5G, aż do 100 Gb/s. 6G nie będzie ograniczać się do naziemnych sieci komunikacyjnych, będzie  zintegrowaną siecią lądowo-morską obejmującą komunikacyjne satelity i bezzałogowe statki powietrzne, czyli drony. Dla takiej telekomunikacji wykorzystane zostaną różnorodne pasma częstotliwości, także w zakresie teraherców, aż do częstotliwości optycznych. Potrzebne będą przełomowe rozwiązania zapewniające wysoką wydajność, niezawodność i efektywność energetyczną, aby urządzenia mogły być zasilane za pomocą małych baterii. Być może będziemy pozyskiwać do tego celu energię z otoczenia radiowego, czyli z fal radiowych wszechobecnych w naszym otoczeniu. Zastosowane zostaną metody sztucznej inteligencji  AI do polepszenia wydajności sieci, inteligentne matryce antenowe, inteligentne powierzchnie odbijające fale. Kluczowe w 6G jest wzmocnienie bezpieczeństwa sieci.

Z roku na rok obserwuje się wykładniczy wzrost wolumenu transmitowanych bezprzewodowo danych, głównie multimedialnych, który przewyższa prawie tysiąckrotnie dane związane z połączeniami głosowymi, dlatego sieci radiowe muszą się rozwijać.

To znaczy, że mniej ze sobą rozmawiamy, a więcej piszemy?
Można to tak nazwać. Mniej rozmawiamy, więcej gramy, scorlujemy i więcej oglądamy filmów pobranych z sieci.

Czy w związku z 6G grozi nam wszczepienie czipów i to, że zawładnie nami AI?
Nie będzie to wyglądało tak przerażająco jak w serialu „Black Mirror” emitowanym na Netflixie, ale ja osobiście nie miałabym nic przeciwko czipom. Taka perspektywa jest całkiem realna. Klawiaturę smartfona mogą zastąpić polecenia głosowe i czujniki gestów lub gałek ocznych, a ekran – okulary z wyświetlaniem elementów rzeczywistości dodanej lub wirtualnej. Samo urządzenie, dawniej smartfon, może być zredukowane do czipu.

Skąd u Ciebie zainteresowanie taką tematyką?
Moja przygoda z nauką zaczęła się w szkole podstawowej. Nawet wyobrażałam sobie, że zostanę światowej sławy naukowcem i zdobędę nagrodę Nobla. Poza tym chciałam być piosenkarką (śmiech). Nauka jednak wygrała. Ciągnęło mnie tam, gdzie jest trudno, gdzie jest wysiłek intelektualny. Zawsze byłam dobra z matematyki, zresztą moja mama była księgową, a tata geografem. Nauki ścisłe miałam we krwi. Moje zainteresowania sprecyzowały się w liceum. Chciałam iść na informatykę, cybernetykę w czasach, kiedy nie było jeszcze w Polsce komputerów osobistych. Namówiono mnie wtedy, żeby jednak studiować na kierunku, który pozwoli mi szybko znaleźć pracę. Tematyką pokrewną była telekomunikacja, którą finalnie wybrałam. Skończyłam studia z wyróżnieniem i zaproponowano mi asystenturę. Zrobiłam doktorat, mając dwoje dzieci. Do dziś śmieję się, że powstawał po godzinie 22.00, kiedy dzieci już spały. Rodzina mnie mocno wspierała. Doktorat robiłam z zagadnień związanych z cyfrową pętlą abonencką. Dzisiaj nazywa się to Neostrada. Po doktoracie poczułam, że przyszedł czas na zmianę obszaru działania. W Polsce raczkowała telefonia komórkowa i postanowiłam się tym zająć. Przyznam się, że mam taki charakter, że jak się czymś zainteresuję, zaangażuję, trudno jest mi odpuścić.

Nie jesteś asertywna?
W nauce nie. Wiesz, tutaj jest tyle ekscytujących zagadnień i coraz to nowszych wyzwań, które mnie interesują, że nie potrafię sobie odmówić, kiedy mogę podjąć ciekawy  temat. Bardzo lubię wiedzieć. Dotrzeć do istoty sprawy. Nowe technologie, które wymyślamy, muszą działać. Wszystko trzeba przeanalizować, zbadać, przetestować, a to wymaga czasu i samo się nie zrobi.

Jesteś też bardzo ambitna, prawda?
Chyba tak. Na szczęście nie spotkałam się nigdy ze szklanymi sufitami, co dało mi możliwość ciągłego doskonalenia się.

Kiedy przyszyła profesura?
Po doktoracie zastanawiałam się, jakie dziedziny chciałabym dalej zgłębić. Padło na techniki radiowe, systemy komórkowe. Zajęłam się nowymi modulacjami wielotonowymi (dziś stosowane w LTE i 5G) w połączeniu z rozpraszaniem widma (stosowanym w UMTS). Są to techniki warstwy fizycznej dotyczące tego, jak przygotować sygnał, żeby go nadać. Ludziom się wydaje, że transmisja radiowa polega na tym, że nadajemy jakiś sygnał na pewnej częstotliwości i tyle. Żeby jednak nadać sygnał, musimy go odpowiednio przetworzyć, zabezpieczyć, są różne techniki dotyczące różnych kanałów komunikacyjnych i jedną z nich zgłębiałam. To był temat mojej habilitacji. Potem technologie mobilne i telekomunikacyjne weszły w taki rozpęd, że zajęłam się zagadnieniem radia kognitywnego. To nic innego jak inteligentne techniki radiowe, wraz ze zdolnością rozumienia otoczenia radiowego i detekcji dostępnych pasm częstotliwości. Mają możliwość uczenia się sytuacji, podejmowania inteligentnych decyzji, ponieważ opierają się na sztucznej inteligencji. Napisałam o tym książki, potem powstało kilka doktoratów i uzbierał się spory dorobek. Wtedy mój przełożony powiedział, że to jest ten  moment, żeby wystąpić o tytuł profesora. Złożyłam wniosek, recenzenci pochwalili moje zasługi i prezydent Bronisław Komorowski nadał mi tytuł profesorski. W międzyczasie moi wychowankowie, którzy pod moim kierunkiem robili doktorat, sami rozwinęli swoje kariery, zrobili habilitacje. Postanowiliśmy także skomercjalizować nasze osiągnięcia. W ten sposób powstała nasza firma RIMEDO Labs, spin-off Politechniki Poznańskiej. W związku z tym, że większość naszych  pomysłów powstała na Politechnice, złożyliśmy odpowiednie dokumenty opisujące nasze know-how i wykupiliśmy licencję. Firma zaczęła działać w 2020 roku. Początkowo mocno współpracowaliśmy z PP, przynosząc jej dochody z komercjalizacji know-how, dzisiaj działamy także w sposób całkowicie niezależny, zajmując się m.in. Open RAN.

Brzmi jak sicence fiction.
Sama radiowa sieć dostępowa RAN (ang. Radio Access Networks) odpowiada za bezpośrednią łączność radiową między urządzeniami końcowymi a stacją bazową połączoną z siecią rdzeniową operatora. Open RAN, czyli otwarta radiowa sieć dostępowa, nie jest technologią, a raczej trwającą zmianą w architekturze RAN, która umożliwia budowanie sieci przy użyciu „klocków lego”, tj. komponentów z dobrze zdefiniowanymi funkcjonalnościami i interfejsami. Dzięki takiej otwartej architekturze możliwe jest dostarczenie komponentów przez wielu dostawców, demokratyzacja rynku i możliwość wyboru przez operatorów najlepszych rozwiązań. Jako RIMEDO jesteśmy dostawcą rozwiązań softwareowych, tj. aplikacji xApp i rApp dla sieci Open RAN. Zajmujemy się aplikacjami inteligentnego sterowania ruchem, poprawy efektywności energetycznej i cyberbezpieczeństwa sieci 5G i za chwilę już 6G. Współczesne systemy 5G, jak i przyszłe 6G, muszą być bezpieczne i energetycznie oszczędne, muszą też zmniejszyć tzw. narażenie elektromagnetyczne człowieka.

W ogóle się o tym nie mówi.
Na dojrzałość przyszłych technologii i ich bezproblemowe wdrożenie pozwolą dwie kwestie – efektywność energetyczna i cyberbezpieczeństwo. Co do tego zgadzają się naukowcy i inżynierowie. Niestety ostatnio sporo słyszymy na temat cyberataków na przechowywane i przesyłane dane oraz na algorytmy ich przetwarzania. Nasze sieci radiowe są na to szczególnie narażone choćby przez to, że medium transmisyjne jest ogólnodostępne. Nie potrzeba dzisiaj kabla, żeby gdzieś się wpiąć i podsłuchiwać, wystarczy namierzyć odpowiedni sygnał, przetworzyć go lub samemu wygenerować inny. Chociaż jest mnóstwo metod, które zapobiegają tego typu praktykom, cały czas powstają nowe zagrożenia. Przyszłe sieci będą bazowały na sztucznej inteligencji, której zadaniem będzie też zarządzanie bezpieczeństwem sieci, wykrywanie anomalii i cyberataków, i to bez udziału człowieka, który wolniej reaguje na pewne sytuacje. Aczkolwiek, algorytmy sztucznej inteligencji same podlegają różnym atakom i trzeba wiedzieć, jak je zabezpieczyć. Cyberprzestępca  może analizować taki algorytm i wprowadzić do niego dane, które doprowadzą do złych decyzji. To duże zagrożenie.

Idzie to zabezpieczyć?
Tak i nad tym pracujemy. Zauważmy, że obecnie na świecie różnorodne systemy, sieci i urządzenia są sterowane w sposób programowy. W Ameryce Południowej w 2019 roku miał miejsce blackout. Przez kilkanaście godzin kilkadziesiąt milionów mieszkańców Argentyny, Brazylii, Urugwaju, Chile i Paragwaju pozbawionych było prądu. Podejrzewano, że był to cyberatak, test cyberbroni. Ludzie kompletnie zwariowali. Wyobraź sobie, co się dzieje, kiedy nagle Poznań jest ciemny, nie działają kuchenki elektryczne, pompy wodne, pompy ciepła, radio i telewizja, nie mamy dostępu do konta bankowego, gotówki, telefon się rozładuje, nie możemy zatankować paliwa, ochrona sklepów i systemy monitoringu nie działają.

Brzmi strasznie.
No właśnie, a to jest możliwe. Atak w sieci telekomunikacyjnej może przełożyć się na atak na każdy dołączony system informatyczny. Musimy być przygotowani na tego typu zagrożenia. Mamy coraz większe obszary ataków hakerskich, ale z drugiej strony powstają coraz to nowsze rozwiązania im przeciwdziałające. Przykładem jest działanie w oparciu o zasadę „zero trust”. W przeciwieństwie do tradycyjnej weryfikacji autentyczności użytkownika sieci na początku połączenia, sieć „zero trust” cały czas monitoruje działania użytkowników i urządzeń w sieci i odpowiednio reaguje. Moja doktorantka w Instytucie Radiokomunikacji obecnie pracuje nad algorytmami wykrywania złośliwych użytkowników w sieciach inteligentnych z algorytmami federacyjnego uczenia maszynowego. Jeden z doktorantów zajmuje się atakami zatruwającymi algorytmy klasyfikacji zadań w sieciach telekomunikacyjnych i obliczeniowych.

Czy tego typu fachowców rynek będzie potrzebował coraz więcej?
Bezwzględnie tak. Systemy telekomunikacyjne będą się rozbudowywały, sztuczna inteligencja będzie wykorzystywana coraz szerzej. Więcej będzie zagrożeń i większa potrzeba budowania kolejnych metod obrony. Dlatego absolwenci naszych kierunków – teleinformatyka oraz elektronika i telekomunikacja – zawsze będą mieli pracę. Powiem więcej – zawsze ich będzie za mało.