Análisis y diseño de mecanismos de gestión de recursos en redes celulares de quinta generación (5G) que implementan Network Slicing

Abstract

La tecnología de redes celulares de quinta generación (5G) está diseñada para soportar diversos servicios y aplicaciones con requerimientos de rendimiento exigentes como mayor capacidad, alta velocidad de datos y latencia ultrabaja. Network Slicing (NS) es una de las tecnologías habilitantes de 5G, la cual permite la coexistencia de aplicaciones y servicios de varios usuarios tenants con requerimientos de calidad de servicio distintos sobre una misma infraestructura de red. Mientras varios trabajos se han orientado a la gestión y orquestación de recursos (MANO) en una red 5G que implementa NS, esta investigación se orienta en las estrategias de asignación de recursos a nivel de la red de acceso radio (RAN). En particular se estudia es el problema de la asignación de recursos de radio de enlace ascendente uplink para mejorar el rendimiento en cada slice. Se considera utilizar un escenario en el que coexistan dispositivos con distintos tipos de tráfico: machine type communications (MTC), enhanced mobile broadband (eMBB), ultra realiable low latency communications (URLLC), entre otros. Dado que el número de dispositivos añadidos a la red aumenta continuamente, esta debería ser capaz de manejar el considerable incremento en las solicitudes de acceso. En ese sentido, se desarrolla un modelo analítico de una sliced RAN que permita analizar diferentes casos de uso. Esto además desarrollar y simular redes de comunicación que implementan network slicing y estudiar su comportamiento y rendimiento incluyendo los procesos del canal de acceso aleatorio (RACH). Debido al tipo de investigación a desarrollar se utilizan modelos analíticos como base del estudio. El análisis y la comparación de las propuestas existentes mediante modelos analíticos nos permiten identificar las principales características y debilidades de los mecanismos de gestión de recursos en redes 5G que implementan NS. Con base en este análisis, se identifican los indicadores clave de rendimiento (KPIs) que nos permitan evaluar las prestaciones de la red finalmente se proponen mejoras a los mecanismos existentes de gestión de recursos. Finalmente se plantea evaluar el rendimiento de (los) mecanismo(s) y/o mejoras propuestas. Se pretende contribuir al diseño y optimización de estrategias de asignación de recursos e identificar su impacto en el rendimiento de una red 5G NS. Para ello en una fase inicial se estudiará y modelará el canal de acceso aleatorio en redes celulares, posteriormente, el objetivo es estudiar y modelar una estrategia de asignación de recursos en redes 5G NS. Finalmente se pretende desarrollar un modelo de simulación para estudiar la estrategia y evaluar métricas de rendimiento como son: i) Probabilidades de acceso satisfactorio, ii) Número de transmisiones y retransmisiones requeridas en los accesos satisfactorios.