En 2021 el 5G comenzó a desplegarse en todo el mundo con una cobertura mínima que se espera acelere y alcance una cuota tecnológica mundial superior al 20% en 2025. En Francia, el tráfico 5G representa actualmente menos del 1% del tráfico total de la red celular, pero se espera un esfuerzo de despliegue importante previo a los Juegos Olímpicos de 2024. Esto favorecerá una adopción más temprana de esta tecnología con respecto a otros países europeos, convirtiendo a Francia en un caso de estudio ideal a escala nacional para monitorear y comprender cómo la evolución 5G impactará nuestras vidas.

La mayoría de los despliegues actuales de sistemas 5G, tanto en Francia como a nivel mundial, son Non-Stand-Alone (NSA): la tecnología de acceso es la 5G New Radio (NR) que, sin embargo, todavía depende de la red central celular de la generación anterior 4G. De hecho, se espera que la coexistencia entre el 4G y el 5G dure muchos años, con sucesivas variaciones en la arquitectura de la NSA que conducirán a la integración gradual de los planos de control y de datos de la red central 5G (5GC). En particular, el 5GC deberá ser mucho más omnipresente que su contraparte en la red 4G para favorecer una infraestructura generalizada de computación en el borde de la red de acceso múltiple (MEC) y soportar servicios de baja latencia. Los puntos de ruptura local del tráfico MEC deberán planificarse partiendo e incluso yendo más allá de los puntos de presencia (PoP) heredados del operador de red: por ejemplo, los principales proveedores nacionales de acceso móvil en Francia dependen hoy de alrededor de una docena de núcleos 4G, mientras que con el 5G se espera que este número aumente al menos en un orden de magnitud, probablemente más.

Un 5GC compuesto por una infraestructura MEC ubicua y altamente softwarizada allana el camino hacia un rendimiento de red móvil sin precedentes. Entre las características más destacadas, la proximidad al usuario final permitirá aplicaciones que requieran comunicación ultraconfiable y de baja latencia (URLLC); y la posibilidad de configurar dinámicamente las funciones de la red MEC respaldará una gestión automatizada de los recursos MEC que sea eficiente y robusta ante fluctuaciones anómalas en el tráfico móvil. En última instancia, el 5GC promete facilitar el surgimiento de familias completamente nuevas de servicios móviles innovadores y transformadores.

No obstante, importantes incertidumbres amenazan el cronograma y el propio progreso hacia implementaciones plenas del 5G. En primer lugar, las aplicaciones basadas en URLLC y otras aplicaciones habilitadas para MEC representan un mercado completamente nuevo cuyo crecimiento y valor económico son difíciles de predecir: aunque están apareciendo los primeros ejemplos comerciales de servicios tangibles en el borde con una escala de respuesta de milisegundos, aún no está claro si justificarán la enorme inversión necesaria para implementar una infraestructura MEC. En segundo lugar, la complejidad adicional de orquestar funciones y recursos de red en un entorno MEC exige soluciones de gestión sin intervención, cuyo diseño algorítmico y evaluación del rendimiento con tráfico de datos 5G son problemas de investigación abiertos. En tercer lugar, la sostenibilidad del 5GC en términos de consumo de energía es una preocupación social importante, y se necesitan evaluaciones cuantitativas de los primeros despliegues, así como soluciones MEC dedicadas y prudentes desde el punto de vista energético, para disipar todas las dudas en esa dirección.

Las principales razones de estas incertidumbres en el despliegue de una arquitectura 5G completa y a largo plazo son la falta de experiencia en los novedosos servicios avanzados que promete traer el 5G. El aumento de la tasa de bits del tipo de tráfico más convencional es la característica principal más allá de la clase eMBB (banda ancha móvil mejorada), diseñada como una extensión de la clase predeterminada en 4G, particularmente útil para las interacciones entre usuarios móviles y la red de distribución de contenidos (CDN). Además de la clase convencional eMBB, dos clases nuevas están en proceso de estandarización adicional, como la clase URLLC.

El proyecto CoCo5G tiene como objetivo abordar estas preguntas abiertas, aprovechando el análisis de datos de redes comerciales 5G durante el primer año de adopción del 5G en Francia y Europa.

Objetivos e hipótesis de investigación de CoCo5G

El proyecto propone llevar a cabo un conjunto integral de análisis basados ​​en datos que cerrarán las brechas anteriores y aliviarán la incertidumbre sobre el interés, la viabilidad y las ventajas de una migración de la arquitectura de red de un modelo NSA 5G a un sistema combinado MEC-5G. Para ello, aprovecharemos los despliegues 5G previstos en las principales conurbaciones de Francia, a su vez estimulados por la preparación de los Juegos Olímpicos de 2024, y realizaremos actividades que abarcarán desde la recopilación de datos hasta la evaluación de la funcionalidad de la red 5G. Específicamente, el proyecto se propone el siguiente conjunto de objetivos precisos, medibles y lógicamente conectados:

• Objetivo 1: Recopilación de un conjunto de datos de mediciones novedosos que combinen tráfico de datos 4G y 5G. Recopilaremos un conjunto de datos longitudinales a nivel nacional único en su tipología combinando tráfico de datos 5G y 4G que permitirá realizar análisis sin precedentes sobre la evolución de la red 5G y el diseño de soluciones de red 5G. La construcción de este conjunto de datos resulta esencial dado que debido al reciente despliegue del 5G en Francia actualmente se carece de tales conjuntos de datos.
• Objetivo 2: Análisis exhaustivo de la evolución en Francia de la dinámica del tráfico 5G para diversos usos de servicios móviles. Desarrollaremos una base de conocimientos estructurada sobre cómo el 5G cambiará con el tiempo los usos de los servicios móviles diferenciando entre diversos grupos de usuarios caracterizados, por ejemplo, por diferentes niveles socioeconómicos. El reciente desarrollo de las redes 5G viene acompañado de diversos estudios de análisis de datos, que son fundamentales para la comprensión de usos novedosos de los servicios y el diseño de procesos de gestión de redes.
• Objetivo 3: Evaluación de análisis existentes para la clasificación, predicción y detección de anomalías en un contexto real, preciso y por servicio de los datos de la red, y adaptación de los mismos a las especificaciones de la gestión de recursos en diferentes niveles de red. Evaluaremos una variedad de modelos de toma de decisiones propuestos para la gestión de redes móviles y evaluaremos su efectividad frente al tráfico de datos 5G del mundo real en los usos heterogéneos y grupos de usuarios identificados anteriormente, y mejoraremos dichos modelos para solventar las deficiencias identificadas.
• Objetivo 4: Demostración de la integración del análisis de datos en arquitecturas de red cognitivas de próxima generación para tres casos de estudio prácticos. Es fundamental implementar los modelos diseñados de análisis de tráfico y optimizaciones de red en una variedad de casos de uso prácticos que aborden funciones clave de la red 5GC. Aplicaremos los modelos anteriormente refinados a los tres estudios de caso prácticos siguientes: (i) control 5G NR con prudencia energética, (ii) soporte de servicio URLLC y (iii) respuesta automatizada a anomalías en MEC; demostrando la viabilidad de las soluciones 5GC en condiciones de tráfico de datos realistas y contribuyendo al diseño de sistemas de automatización de circuito cerrado.

Referencia de la ayuda: ANR-22-CE25-0016