Las redes cRAN (Cloud Radio Access Network)

En los últimos años, las redes de telefonía móvil están teniendo que evolucionar para enfrentarse a unos requerimientos de expansión de la capacidad (y de la cobertura) cada vez mayores, derivados de los niveles de penetración de los smartphones por un lado, pero incluso en mayor medida, por la evolución de los perfiles de tráfico.

Baste a este respecto simplemente hacer referencia a las demandas crecientes (más aún, podríamos decir que exponencialmente crecientes) de las aplicaciones de video y streaming (YouTube, Netflix, …) que han evolucionado de usar canales de acceso fijo casi en exclusiva, a ser uno de los principales factores del tráfico cursado por las redes móviles

Ante este reto, se han desarrollado esfuerzos de evolución de los sistemas de QoS (Quality-of-Service) o MEC (Mobile Edge Computing). Pero, a largo plazo, la solución definitiva pasa en último extremo por incrementar la capacidad física de la red. Y, en ese sentido, las redes de fibra serían la opción preferida. Sin embargo, estas redes son muy costosas y pueden, además, requerir plazos muy largos para su despliegue. Incluso habrá áreas donde la instalación sea, directamente, imposible.

Es decir, junto con la problemática relativa a la expansión de la red, hay que considerar también otros imperativos comerciales…

Cualquier arquitectura que podamos pensar y desarrollar ha de ser evaluada en términos de agilidad, time-to-market, coste, simplicidad operacional, posibilidades de expansión futura, flexibilidad…

Y, más recientemente, también han tomado un rol prioritario aspectos como el consumo de potencia, el tamaño físico o el impacto ambiental (‘carbon print’)

Es a partir de todas estas consideraciones que surge la idea del C-RAN (originalmente acrónimo de Centralized-RAN pero con tendencia a conocerse como Cloud-RAN en la medida que la inteligencia de la RAN se aleja del extremo que supone el usuario) como solución a los problemas de capacidad y cobertura, al mismo tiempo que soporta soluciones/protocolos de transporte (fronthaul y backhaul) eficientes. Y todo ello a través de soluciones basadas en la virtualización de la red, NFV (Network Function Virtualization)

En otras palabras, el concepto de C-RAN surge como alternativa para que las redes sigan escalando de forma eficiente, convirtiéndose en una solución realmente innovativa y disruptiva de lo que hasta ahora conocíamos como arquitectura de red.

Los elementos constituyentes de este nuevo paradigma de red pueden catalogarse según la siguiente clasificación:

• Los RRH (Remote Radio Head) incluirán la radio, los filtros/amplificadores asociados, y la antena
• Los RRH se conectan a la BBU (BaseBand Unit) usando interfaces xCPRI (Common Public Radio Interface) o OBSAI (Open Base Station Architecture Initiative)
• La BBU se implementa de forma separada y realiza el procesado de señal centralizado de las funciones de la RAN
• Las BBUs descentralizadas proporcionan agilidad, ahorro de costes y una coordinación mejorada de las funciones radio entre, por ejemplo, un conjunto de RRHs
• Adicionalmente, un número dado de BBUs puede agregarse para formar una C-BBU (Centralized BBU): es una nueva arquitectura RAN que puede verse como un clúster bidimensional de RRHs y BBUs
• Por último, aunque fuera del alcance del concepto C-RAN, el núcleo de red en esta arquitectura es típicamente virtualizado también (vEPC). En cualquier caso, la idea de núcleo virtual es más antigua y presenta un estado de desarrollo distinto como mencionamos más adelante

 

 

NFV (Network Function Virtualization)

Veamos ahora en un poco de más detalle cómo conseguir la implementación de esta nueva arquitectura de red, que se basa, como ya dijimos hace un momento, en el concepto de virtualización de la red (NFV).

El objetivo de las NFV es sustituir equipos (routers, switches, BTS/WBTS/eNB/gNB, RNC, BSC, …) caracterizados por una combinación de hardware y software específicos desarrollados mediante un diseño ex-profeso por una implementación en la nube, basada en un software genérico instalado en equipos de muy alto rendimiento, típicamente servidores de propósito general

Se persigue y se logra de esta forma una reducción de costes (por ejemplo, el consumo y espacio físico requerido por aquellos equipos desaparece), y se facilita la adaptabilidad de la red. Incluso se podrían compartir estos servidores con otros operadores, abaratando aún más la implementación

Además, la virtualización de las BBU (aspecto que podríamos decir que es donde radica el corazón del C-RAN) también es estandarizada, de forma que las funciones de la BBU se implemente en estos servidores de alto rendimiento, donde además sea posible el uso de software/hardware de múltiples fabricantes

Así, desde un punto de vista funcional:

• Los proveedores de VNF (Virtual Network Function) no sabrán a priori sobre qué HW se montará su SW…. Pero al mismo tiempo deben ofrecer estimaciones realistas del desempeño esperado en diferentes setups de HW/SW
• Los proveedores de HW no necesitarán saber a priori qué VNFs se implementarán sobre ellos
• Y los operadores de red definirán los requerimientos de las funciones de red a ser desplegadas en este tecnología, y su objetivo de desempeño. Pero los detalles de qué requerimientos de HW precisan cada una de ellas pueden serles transparentes

Pero para llevar a cabo esta visión es necesario que los equipos de red virtualizados ofrezcan realmente muy altas prestaciones, al tiempo que puedan ser portables entre servidores.

Con todo ello en vista, y a fin de darle el suficiente impulso institucional, el ETSI (European Telecommunications Standards Institute) creó un grupo de trabajo (NFV Working Group, Network Function Virtualization; Architectural Framework, 2013) focalizado inicialmente en estandarizar el Core Network y permitir que las funcionalidades de red fuesen implementadas como NFV

 

Analicemos el atractivo de una red cRAN

A modo de resumen, los beneficios que la arquitectura C-RAN ofrece al operador, y que están empujando este desarrollo, podrían simplificarse en la siguiente lista:

Para terminar, no es oro todo lo que reluce…

La virtualización y el cloud computing son conceptos de sobra probados y, por ello, la elección obvia para aquellas soluciones que busquen flexibilidad, escalabilidad y optimización de costes. Es además un sector en desarrollo que se extiende fuera del mundo IT puro, alcanzando el entorno de las redes móviles, como en el caso del núcleo de red. Y, en ese sentido, la RAN no iba a ser una excepción…

Sin embargo, los requerimientos de sincronización, por ejemplo, son muchísimo más restrictivos en el entorno de las redes de acceso móvil de lo que nunca lo han sido en el mundo IT o Web.

Es entonces imperativo considerar las necesidades de ancho de banda y latencia en el fronthaul (entre RRHs y BBUs). Pero también los requerimientos de procesado en tiempo real de los componentes virtualizados que construyen la solución C-RAN.

La tabla aquí mostrada viene a resumir cuáles son las principales diferencias que podríamos encontrarnos entre el mundo IT y el mundo C-RAN

No escapa siquiera a un observador casual que las diferencias en cuanto a requerimientos técnicos son, cuando menos, sustanciales. Y, por tanto, lo que ha sido un éxito en el mundo IT no tiene por qué traducirse de forma inmediata como un éxito equivalente en el mundo de las redes móviles si todos y cada uno de esos cuellos de botella antes mencionados no se pueden satisfacer.

Es decir, pongamos sobre la mesa la dificultad manifiesta de la pretensión actual de parte de la industria. Sustituir, mediante un hardware de propósito general y un software también genérico hasta cierto punto, muchos años de desarrollos específicos de combinaciones de hardware y software, diseñados con el único propósito de resolver la problemática de las distintas áreas de las redes móviles (por poner un ejemplo, RRM, Radio Resource Management).

Reincidiendo en el mismo concepto y asociado a la tabla de requerimientos anterior, no hay que olvidar que estos equipos específicos han sido diseñados ex-profeso para adaptarse y solventar a nivel hardware mucha de la problemática inherente al tratamiento de estos datos con la velocidad, latencia y volúmenes mencionados.

En resumen, que está por ver por tanto que, con las capacidades actuales, tal sustitución sea posible sin que ello suponga una afectación del desempeño ofrecido frente al de las soluciones tradicionales. En qué medida esa degradación de prestaciones es asumible o no por parte del operador, se podrán ir viendo casos reales de RAN virtualizada, pero mientras sean elevados no parece probable que sea una opción estratégica de evolución de red a corto plazo en los actores principales de cada mercado.

Es claro que, si las capacidades de procesado genérico siguen evolucionando de forma exponencial, llegará un momento en el que dicha sustitución sea totalmente factible. Pero se antoja un poco pretencioso afirmar que, a día de hoy, nos encontramos ya frente a dicho punto de ruptura…