Flexibilidad, conectividad y utilidad de la red móvil de 5ª generación

En los últimos años, la innovación tecnológica y el incesante aumento de usuarios han impulsado el diseño de una arquitectura más flexible para las redes telemáticas. Es por esto que en 2012 un grupo de operadoras de telecomunicaciones publican un documento especificando un nuevo enfoque respecto a la arquitectura tradicional: la Network Function Virtualization (NFV), que sustituye el hardware específico para cada elemento de la red y por implementaciones software que se despliegan en máquinas de propósito general. Con estas nuevas tecnologías se logra una red más ágil, escalable y fácil de implementar. 

La red móvil de 5ª generación aprovecha la virtualización para alcanzar sus objetivos: mayor ancho de banda, alta densidad de dispositivos conectados y baja latencia. Se cumplen así los tres perfiles de uso a los que se quiere dar servicio:

• Banda ancha móvil mejorada: un aumento de la capacidad que, combinado con la baja latencia, permite ver vídeos en 4K, trabajar o jugar en la nube. 
• Conectividad masiva, proporcionando soporte para la Internet de las Cosas o Internet of Things (IoT).
• Baja latencia y muy alta fiabilidad, cruciales para aplicaciones de automatización industrial o conducción automática.

Pero, ¿cuál es el papel que desempeña la virtualización en toda esta mejora de la infraestructura de las redes de comunicaciones? El objetivo es que, al igual que las aplicaciones modernas, las funciones de red se diseñen bajo arquitecturas de microservicios gestionadas por tecnologías cloud, siendo fácilmente escalables, reutilizables y distribuidas. De esta manera, los recursos pueden ser configurados y asignados para satisfacer las necesidades de los usuarios o servicios sin necesidad de ajustar manualmente la infraestructura física. Esto está muy relacionado con el concepto de 5G Network slicing: desplegar múltiples redes lógicas independientemente sobre la misma infraestructura física. 

La idea es que estas funciones de red virtualizadas se ejecuten en contenedores , que permiten empaquetar y aislar las aplicaciones junto con todo el entorno de ejecución, creando un paquete ejecutable y liviano para el despliegue de los servicios que facilite la orquestación, operación y gestión de conectividad y seguridad de los clusters. A diferencia de las máquinas virtuales, los contenedores son ligeros y suelen emplearse para empaquetar funciones individuales que realizan tareas específicas, por lo que estamos hablando de CNFs (Containerized Network Functions), más que de VNFs. Existen herramientas como Kubernetes que automatizan la implementación y escalabilidad de las aplicaciones en contenedores, lo que facilita la creación y administración de clusters. En cuanto a NFV MANO (NFV Management and Orchestration), OSM (Open Source MANO) es una solución que soporta tanto la gestión de VNFs como CNFs. 

Open-VERSO

Open-VERSO (Open, Virtualized tEchnology demonstRators for Smart netwOrks) plantea el desarrollo de una plataforma basada en hardware de propósito general que permita el despliegue bajo demanda de redes móviles avanzadas (5G y su evolución). Para ello, se diseña una plataforma Cloud-Native Edge, es decir, un entorno de computación estratégicamente diseñado que permita que el hardware opere en tiempo real, siendo orquestado desde la nube. 

Alcanzar este objetivo comienza con la creación de imágenes docker para las distintas funciones del núcleo de red móvil 4G (Evolved Packet Core) y 5G (Next Generation Core). Para esto se ha utilizado el software libre Open5gs, una implementación de núcleo de red 5G y 4G en lenguaje C.También se han creado imágenes para funciones de la red de acceso radio 4G (LTE) y la red de acceso radio 5G (New Radio). Las imágenes docker creadas están disponibles en un repositorio público. 

Con esto, se obtienen las CNFs y con la ayuda de docker-compose, una herramienta que permite ejecutar múltiples servicios utilizando contenedores, se puede desplegar localmente la red virtualizada. 

Una vez comprobado el correcto funcionamiento de las CNFs, el objetivo es desplegar los servicios en un clúster. Docker-compose permite desplegar múltiples contenedores en una única máquina, así que es necesario usar otra herramienta que permita orquestar contenedores en múltiples máquinas. En este caso se emplea Kubernetes y para administrar el clúster y facilitar el despliegue de los servicios se crean helm charts (una colección de ficheros que define recursos de Kubernetes y facilita la gestión de estas aplicaciones). 

Por último, para desplegar el core de red en múltiples máquinas virtuales (VMs) se emplea OSM (Open Source Mano), un orquestador de NFVs de software libre que sigue los estándares de ETSI. OSM gestiona múltiples infraestructuras para la orquestación de NFVs, entre ellas funciones de red basadas Kubernetes (KNFs). 

Iria Miguez

Natural de Ourense, estudió en Vigo el máster de Telecomunicaciones, lo que la llevó, en un primer momento, a realizar sus prácticas curriculares en Gradiant y, posteriormente, a volver para realizar su Trabajo de Final de Máster. Este artículo es fruto del trabajo realizando a lo largo de los últimos meses.