Desarrollo de un entorno de análisis de rendimiento del core 5G con backhaul imperfecto

Abstract

Actualmente, las tecnologías 5G están siendo desplegadas y se está estudiando su rendimiento en entornos reales. Asimismo, cada vez es más frecuente encontrar propuestas de despliegues en entornos novedosos diferentes a los despliegues tradicionales de operadores, tales como drones desplazándose en vuelo o entornos industriales. A pesar de ser una tecnología relativamente madura e instaurada a nivel de telefonía móvil, todavía se están estudiando sus características y capacidades en este tipo de entornos para otorgarles cobertura celular en ambientes poco controlados y potencialmente más agresivos. Para poder brindar estos servicios, es necesario comprobar el rendimiento de la red bajo distintas condiciones mediante la realización de simulaciones y emulaciones que permitan aproximar el comportamiento de esta a la casuística real. Las redes 5G comprenden tanto tecnologías de estaciones base y dispositivos móviles encontrados en el entorno como tecnologías de comunicaciones para poder interconectar de manera eficaz estos dispositivos con el núcleo de la red o tecnologías de gestión de datos para poder procesar e interpretar los datos intercambiados a lo largo de la misma. Como se ha indicado, la red 5G agrupa toda la parte de dispositivos electrónicos y gestión de las comunicaciones, pero también está compuesta por la red de retorno (“backhaul”, por su significado en inglés), componente clave en esta clase de comunicaciones para el intercambio de datos con el núcleo de la red alojado en los correspondientes servidores. En este sentido, resulta necesario estudiar los comportamientos de los diferentes segmentos de red en los nuevos entornos que se están estudiando, teniendo en cuenta parámetros de importancia para el correcto flujo de tráfico entre los usuarios y el núcleo de la red (p.ej. número de usuarios, ancho de banda del canal, tasas de pérdidas, etc.). En este trabajo se ha acometido el despliegue de un núcleo 5G y se ha analizado el rendimiento esperado ante situaciones de backhaul imperfecto característico de algunas topologías propuestas. El objetivo es analizar con detalle el funcionamiento y los principales parámetros de comportamiento de las comunicaciones basadas en esta tecnología. Además, se busca evaluar la red bajo distintas condiciones de estudio previamente planificadas. También se busca medir parámetros de rendimiento como tasas binarias por usuario y tasas de errores por comunicación y su dependencia de aspectos como el ancho de banda de canal, la tasa de pérdidas asociada al mismo o el número de usuarios conectados en ese momento

5G technologies are currently being deployed and their performance in real environments is being studied. Likewise, it is increasingly common to find proposals for deployments in novel environments different from the traditional ones of operators, such as drones moving in flight or industrial environments. Despite being a relatively mature technology established at the mobile telephony level, its characteristics and capabilities in this type of environment are still being studied to provide cellular coverage in poorly controlled and potentially more aggressive environments. In order to provide these services, it is necessary to check the performance of the network under different conditions by carrying out simulations and emulations that allow its behavior to approximate the real situation. 5G networks comprise both base station technologies and mobile devices found in the environment, as well as communications technologies to be able to effectively interconnect these devices with the core of the network or data management technologies to be able to process and interpret the data exchanged through throughout it. As indicated, the 5G network brings together all the electronic devices and communications management, but it is also made up of the backhaul network, a key component in this type of communications for the exchange of data with the core of the network hosted on the corresponding servers. In this sense, it is necessary to study the behaviors of the different network segments in the new environments that are being studied, considering relevant parameters for the correct flow of traffic between users and the core of the network (e.g. number of users, channel bandwidth, loss rates, etc.). In this work, the deployment of a 5G core has been undertaken and the expected performance in situations of imperfect backhaul conditions of some proposed topologies has been analyzed. The objective is to study in detail the operation and the main behavioral parameters of communications based on this technology. In addition, the aim is to evaluate the network under different conditions that may appear in new scenarios. It also seeks to measure performance parameters such as binary rates per user and error rates per communication and their dependence on aspects such as channel bandwidth, the loss rate associated with it or the number of users connected at that moment