Modelado de tráfico fronthaul para redes 5G y 6G

Abstract

Nos encontramos ante una transformación inevitable en la arquitectura de las redes de acceso radio de nueva generación, impulsada por el crecimiento constante del tráfico y la complejidad de los servicios que deben soportar las estaciones base. Durante años, estas unidades monolíticas asumieron todas las funciones, pero las exigencias actuales reclaman un cambio profundo que permita mayor flexibilidad y eficiencia. Surge así el paradigma de la desagregación, apoyado en técnicas de virtualización capaces de desplegar funciones de red sobre hardware genérico, incluso de forma distribuida y dinámica, reduciendo costes y optimizando recursos. Sin embargo, ¿es realmente viable centralizar todas las funciones sin comprometer el rendimiento? Para dar una respuesta resulta imprescindible analizar la red fronthaul, ese segmento crítico que conecta las funciones distribuidas y que debe garantizar prioridades estrictas y bajas latencias sin afectar al resto del tráfico. En este trabajo se desarrolla una aplicación propia sobre el simulador NS-3, denominada CustomApplication, escrita en C++ y diseñada para reproducir y analizar patrones de tráfico en enlaces fronthaul desagregados. La herramienta permite generar tráfico UDP ajustable y registrar eventos detallados para su posterior procesamiento y comparación con modelos analíticos de teoría de colas (M/M/1, M/D/1, G/G/1 y aproximación de Kingman). Se han implementado dos modos de operación: un modelo sintético basado en distribuciones estadísticas y un modelo realista fundamentado en parámetros físicos como numerología, ancho de banda, capas MIMO y ciclos TDD. Los resultados obtenidos permiten conocer la aplicabilidad de los modelos teóricos y aportan una base sólida para la optimización del tráfico fronthaul en arquitecturas 5G y 6G, consolidando así un marco de referencia para futuras investigaciones y despliegues reales.

We are facing an inevitable transformation in the architecture of next-generation radio access networks, driven by the constant growth of traffic and the increasing complexity of services that base stations must support. For years, these monolithic units handled all functions, but current demands call for a profound change that enables greater flexibility and efficiency. This gives rise to the paradigm of disaggregation, supported by virtualization techniques capable of deploying network functions on generic hardware, even in a distributed and dynamic manner, thus reducing costs and optimizing resources. However, is it truly feasible to centralize all functions without compromising performance? To answer this question, it is essential to analyze the fronthaul, that critical segment that connects the distributed functions and must ensure strict priorities and low latencies without impacting the rest of the traffic. In this work, a custom application has been developed on the ns-3 simulator, called CustomApplication, written in C++ and designed to reproduce and analyze traffic patterns in disaggregated fronthaul links. The tool allows for the generation of adjustable UDP traffic and the logging of detailed events for subsequent processing and comparison with analytical queueing theory models (M/M/1, M/D/1, G/G/1, and Kingman’s approximation). Two modes of operation have been implemented: a synthetic model based on statistical distributions and a realistic model based on physical parameters such as numerology, bandwidth, MIMO layers, and TDD cycles. The results obtained allow assess the applicability of the analytical models and provide a solid foundation for optimizing fronthaul traffic in 5G and 6G architectures, thus establishing a reference framework for future research and real-world deployments.