Evolución de las Redes de Transporte para 5G
El diseño de las redes 5G responde a las necesidades de una sociedad hiperconectada, que demanda elevadas velocidades en el acceso, mayor cobertura y el soporte a un creciente número de dispositivos permanentemente conectados. La expectativa es que se pueda ofrecer un conjunto de servicios con requisitos muy diferenciados, desde los que demandan gran ancho de banda (alcanzando velocidades pico de hasta 1 Gbps) a los de muy baja latencia (en el orden de 1 ms de retardo), con un número masivo de sesiones simultáneas (superando en dos órdenes de magnitud el número de conexiones actuales).
El cambio que trae 5G va mucho más allá de la mera evolución del acceso radio (RAN), imponiendo un conjunto de requisitos muy exigente en otros segmentos de red, como el Transporte, en términos de prestaciones y de procesamiento, especialmente para alcanzar las cifras de latencia requeridas. Por el contrario, el reto de crecimiento de la capacidad genera menos incertidumbre, gracias a la experiencia del fuerte incremento de tráfico que han generado los despliegues de fibra en el acceso fijo en los últimos años.
A la hora de evaluar el impacto de 5G, conviene tener presentes otras tecnologías clave ya en marcha por su impacto en la generación de eficiencias relevantes en inversión y operación en los operadores de red, pero que se presentan como elementos necesarios para la introducción de 5G: la virtualización y la programabilidad de red.
La virtualización de las funciones de red permite desligar la ejecución de funciones de red (SW) de las plataformas físicas específicas (HW) sobre las que se han venido tradicionalmente ejecutando las mismas. El desacoplo SW-HW aumenta la flexibilidad a la hora del despliegue, a la vez que favorece la homogeneización (comoditización) de los equipos, típicamente servidores y conmutadores, donde estas funciones se ejecutan.
Los conceptos de virtualización, aplicados inicialmente a las funciones de red de control y señalización centralizadas, se están extendiendo hacia el acceso radio, permitiendo distintas opciones de desagregación en la ejecución de las pilas de protocolo del entorno radio (conocidas como tipos de split) y la centralización de algunas de las funciones de procesado. La parte baja de la pila de protocolos (dedicada a la ejecución en tiempo real) puede ubicarse en un punto de la red próximo al acceso, mientras que la parte alta (que no requiere procesado en tiempo real) puede centralizarse más para optimizar el uso de los recursos. Las diferentes soluciones de particionado de la pila o split se traducen en distintos requisitos de ancho de banda, retardo y variación de retardo de los paquetes transmitidos en el tramo conocido como fronthaul.
Por otro lado, la programabilidad facilita la reconfiguración de las redes de una manera sencilla, al tiempo que permite un mayor grado de automatización y su integración con mecanismos inteligentes de control y gestión. La posibilidad de instanciar dinámicamente en diferentes puntos de la red entidades de la red móvil (network slicing), adaptando el despliegue a cada uno de los tipos de servicio, exige a la Red que sea sencillo establecer caminos entre puntos diferentes, bajo demanda y de forma automática. Esto sólo es factible si ésta es programable, y es posible extraer la información relevante mediante mecanismos de telemetría, que permita alimentar algoritmos inteligentes en la toma de decisiones ante situaciones de desequilibrio, fallo, sobrecarga, etc.
La adopción de 5G será paulatina, lo que nos permite definir una evolución por fases:
- Fase I: Aumento de la capacidad para redes 4G y despliegue 5G NSA (Non Stand Alone).
Es muy posible que los primeros despliegues se centren en la necesidad de incrementar capacidad de las actuales redes 4G, así como en la introducción de servicios más enfocados a la trasformación IT de las empresas (Industria 4.0) y al consumo de contenidos con gran ancho de banda. En esta fase, las acciones se concentrarán en actualizar la capacidad de los nodos de red, desplegando interfaces de mayor velocidad tanto en el backbone como en el mobile backhaul, con tasa binaria de 50 o 100 Gbps. - Fase II: Introducción generalizada de servicios 5G eMBB
En esta fase, será necesaria una revisión de la topología de red fronthaul / backhaul (en función del tipo de split que adopte la RAN), y generalizar las capacidades de ingeniería de tráfico y computación distribuida para descargar la red troncal. - Fase III: Introducción generalizada de servicios 5G uRLLC.
Esta fase requerirá la actualización de las plataformas HW de los nodos de red, con el fin de soportar nuevos protocolos de red en tiempo real y consolidar la separación del plano de datos y control. Durante esta fase probablemente se despliegue la virtualización de la RAN, que requerirá la mejora o introducción de nuevos protocolos, como eCPRI.
Si bien las redes actuales, ya transformadas o en fase de transformación, están listas para soportar la primera fase, principalmente el aumento de capacidad, la segunda y tercera fase requerirán nuevas olas de transformación para mejorar la flexibilidad de la red para absorber las demandas de tráfico distribuido (un plano de Control mejorado) y nuevos protocolos de red y soluciones tecnológicas, en las que habrá que tener en cuenta el emergente ecosistema de redes abiertas. Aunque estas iniciativas tienen unas raíces propias y se han iniciado para abordar otros retos de la Red, será en 5G donde mostrarán sus mayores potencialidades.
La primera ola de transformación de la Red de transporte corresponde a la infraestructura y ya es un camino que están recorriendo ya los operadores de red.
El objetivo de esta primera ola es simplificar la topología de la red, tanto en la capa IP como en la capa óptica, reduciendo el número de saltos desde el acceso a la interconexión, y colapsando en nodos más potentes las distintas funciones de red, reduciendo su número y de paso la complejidad topológica de la Red. Esto mejora la eficiencia en coste ante el crecimiento de tráfico y reduce la latencia que antes imponía la presencia de múltiples saltos.
Aquellos operadores Telco que ya han abordado la transformación de la Red IP y la Red de Transporte óptica, se aseguran que tanto la capacidad como la latencia de los tramos de Agregación, Núcleo e Interconexión son los que 5G requiere.
El punto más débil de las estructuras de red actuales, tanto en su diseño como en funcionalidades, se centra en la última milla de la conexión al acceso radio, en los segmentos de front-haul/backhaul. Además de la nueva estructura derivada de la separación de funciones que determine la RAN, el otro aspecto crítico está relacionado con el soporte a los servicios de muy baja latencia, lo que supone nuevas tecnologías en los elementos de red. Opciones en desarrollo, como Flexible Ethernet o Time Sensitive Networking prometen reducir el retardo en la red, pero requerirán cambios en el hardware de los equipos actuales de red y un impacto en términos de inversión.
La segunda ola de transformación corresponde a una mejora sustancial de la Capa de Control de red, que debe responder a las nuevas necesidades de flexibilidad y respuesta en tiempo real.
Las redes de transporte actuales se apoyan en sistemas de gestión tradicionales, cuando no en operación manual de las mismas. El nuevo entorno implica evolucionar hacia un sistema de control y gestión centralizado, basado en SDN, que opere sobre diferentes capas y dominios de la red de manera simultánea (p.ej. red IP y red de transmisión) permitiendo la toma de decisiones en tiempo real, con visión extremo a extremo, en función del estado de la red. Este sistema de control permitirá el uso de ingeniería de tráfico dinámica, la asignación de recursos en tiempo real y la automatización completa del despliegue de servicios en diferentes dominios y capas de red. Además, para superar los largos y costosos procesos de integración de las aproximaciones clásicas, estas capacidades de control deben apoyarse sobre mecanismos estándar que faciliten una visión uniforme de equipamiento de diversos fabricantes.
Con este enfoque, soluciones como Network Slicing (reserva de recursos en exclusiva para un servicio) o protocolos como Segment Routing (que permiten la toma de decisiones en función del contenido de un flujo) se simplifican notablemente.
La tercera ola de transformación, supone una evolución de la tecnología básica de los nodos de la red, sobre todo para la mejora de la latencia. Esta evolución coincide en el tiempo con la tendencia de Open Networking, que supone la apertura o desagregación de los equipos de red. El objetivo es aumentar la flexibilidad y la apertura de la red, enriqueciendo el ecosistema actual de la industria y brindando un mayor control por parte de las operadoras de red de las funcionalidades implementadas en las redes.
En la red de Transporte, esta apertura se traduce en la generalización de las Whiteboxes IP (nodos IP basados en hardware general, sobre chipsets comerciales) y en la desagregación en el dominio óptico (disociando los equipos terminales o transponders de los sistemas de línea)
Como conclusión, el despliegue de los nuevos servicios basados en 5G va a dirigir la evolución de las redes de Transporte en los próximos años tanto en términos de diseño, como de funcionalidad hardware y software. Los operadores que más ágilmente se muevan en esta evolución podrán absorber los desafíos de una manera más eficiente, minimizando impactos económicos y operativos y ganando en capacidad competitiva.
