Enrutamiento en las redes de transporte 5G

5G Cell SiteEl 5G pone a disposición de los operadores de redes móviles (MNO, Mobile Network Operators) una amplia gama de nuevos servicios. Dado que estos nuevos servicios se enfocan más hacia las empresas dedicadas a conectar cosas que a los usuarios que conectan dispositivos, se necesitarán nuevas arquitecturas de redes y una considerable inversión en la red de transporte.

La red de transporte 5G es el nexo que aglutina todos los componentes de la RAN desagregada, conectando la estación base a la red central. En el 5G, la RAN consta de la unidad de radio (RU), la unidad distribuida (DU) y la unidad centralizada (CU). Mientras que la RU se encuentra en la estación base, la DU y la CU pueden ubicarse a distancia, virtualizarse y operar como un conjunto de recursos con el fin de reducir costes. Esta desagregación flexible de la RAN tiene unos requisitos de rendimiento específicos en cuanto a la implementación del fronthaul, mid-haul y backhaul que se corresponden con las diversas opciones de implementación de la RAN que se ilustran en el diagrama. Cada uno de ellos impone requisitos de latencia y distancia.

5G Transport Options

Las nuevas redes de transporte 5G deben cumplir además otros requisitos:

  • Una capacidad de ancho de banda mucho mayor por estación base a medida que las velocidades de los equipos de usuarios aumenten a escala hasta el orden de varios Gpbs.
  • Un número mucho más elevado de estaciones base, en particular estaciones pequeñas, las cuales está previsto que se dupliquen hasta los 8,4 millones en 2025.
  • Nuevos servicios con estrictos requisitos de latencia y ancho de banda.
  • Segmentación de la red para dar soporte a diferentes aplicaciones dentro de una infraestructura de red común.

Los servicios 5G no se pueden ofrecer si no es con una red de transporte robusta y moderna. El enrutamiento es fundamental en estas redes para poder gestionar el tráfico de manera que se satisfaga los requisitos de niveles de servicio. A medida que los usuarios empiecen a aprovechar las ventajas del ancho de banda más elevado del 5G, la red de transporte deberá aumentar a su vez la escala para poder hacer frente al aumento de tráfico agregado. Asimismo, muchos operadores prevén hacer converger sus diversas redes. Con el 5G, tanto la red central como la red de acceso pueden converger de tal forma que la misma base de fibra que conecta las torres celulares pueda también hacerse cargo de los servicios de conexión por cable comerciales y residenciales.

Virtualización y la nube

La virtualización y la nube serán fundamentales en el despliegue de estos servicios 5G tanto desde el punto de vista económico como de escala. La virtualización de funciones de red (NFV, Network Function Virtualization) proporciona la base que permite a los operadores de red abandonar el hardware patentado y comenzar la transición a implementaciones de software. Existe una serie de iniciativas en NFV como ETSI y OPNFV. Al igual que las empresas, los operadores se dan cuenta de las ventajas económicas y operativas de la virtualización mediante el uso de hardware básico. La virtualización mejora la escalabilidad y la agilidad al permitir a los proveedores de servicios ofrecer nuevos servicios de red y aplicaciones bajo demanda.

La NFV exigirá que los operadores de 5G inviertan en recursos de computación más cercanos a las torres celulares para poder ejecutar sus equipos de red virtualizados y cumplir los requisitos de latencia del 5G. Esas instalaciones también se pueden utilizar para una aplicación de computación periférica más amplia como la Computación periférica de acceso múltiple (MEC, Multi-Access Edge Computing) de ETSI. Para muchas de las nuevas aplicaciones 5G como las industriales, médicas, de drones y transporte, los requisitos de latencia y fiabilidad exceden las necesidades de ancho de banda. Estos requisitos solo se pueden cumplir mediante la integración de la computación periférica y su acercamiento al usuario final.

Routers de gateway de estación base

Dado que las redes se basarán en IP y estarán sujetas a unos rigurosos requisitos, entre ellos de latencia, los proveedores de red prevén hacer un uso extenso del enrutamiento. El gateway desagregado de estación base (DCSG) del proyecto Telecom Infra Project (TIP) especifica los requisitos de hardware y software para conectar un pequeño número de estaciones base por router. Por otro lado, anticipa el uso del DCSG para conectar y cubrir los servicios comerciales y de banda ancha. Se espera que el DCSG sea compatible con MPLS, segment routing, calidad de servicio (QoS) y sincronización de tiempo. La capacidad de proporcionar diferentes niveles de servicios es crucial para los servicios que emplean segmentación de la red. Fundamentalmente, el uso del enrutamiento para la inteligencia de servicios será decisivo para garantizar el rendimiento de las diversas aplicaciones que se ejecutan en la red de transporte 5G.

La necesidad del enrutamiento virtual

El enrutamiento debe ser flexible y muy rentable, cualidades que son algunos de los motores del gran interés por el enrutamiento virtual. Los proveedores de enrutamiento tradicional han tratado de implementar la virtualización de routers mediante planteamientos basados en routers lógicos, enrutamiento y encaminamiento virtual (VRF) y particiones. No obstante, ninguno de estos métodos satisface todos los requisitos, especialmente el de coste.

Al igual que la virtualización de servidores, un router virtual debe ser una de múltiples cargas de trabajo independientes que se procesan dentro de un equipo determinado. Eso significa que debe haber múltiples elementos de enrutamiento en un solo equipo de hardware. Un elemento de enrutamiento debe ser un dominio de gestión independiente con su propio plano de control y recursos dedicados de encaminamiento (puertos lógicos o físicos).

El uso compartido de RAN es una forma a través de la cual múltiples operadores de redes móviles pueden compartir la infraestructura de red de acceso radioeléctrico y los costes de capital con el fin de prestar un mejor servicio a sus clientes. El enrutamiento virtual ofrece a cada proveedor de servicios la posibilidad de tener su propio router capaz de operar y gestionarse separando por completo el plano de control y el plano de gestión. La mejor forma de lograr esto es contar con varios routers virtuales en los gateways de estación base.

Los MNO están especificando cada vez con más frecuencia el uso de ASIC en los routers gateway de estación base, como es el caso del DCSG. El enfoque basado en la nube de Volta con respecto a la virtualización de routers proporciona la única manera de implementar varios routers virtuales en estas plataformas basadas en ASIC. Este planteamiento será crucial para poder admitir aplicaciones como el uso compartido de RAN, segmentación de la red y MEC. Las VM o VNF del software de routers que se ejecuta en los servidores pueden desempeñar un papel en la infraestructura de computación pero es poco probable que puedan satisfacer los requisitos de capacidad de procesamiento o coste de la infraestructura de transporte del 5G.

Teniendo en cuenta que la inversión inicial en ampliaciones de la periferia para el 5G contemplará mucho más enrutamiento, los MNO deberán asegurarse de que las opciones que elijan sean capaces de satisfacer este conjunto de requisitos a fin de proteger su inversión de cara al futuro. La virtualización y la desagregación contribuirán a controlar el coste. Asimismo, serán fundamentales para la agilidad de servicios, lo que permitirá a los MNO minimizar el tiempo hasta la obtención de ingresos.