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Nuevas tendencias en comunicaciones móviles: Técnicas Self Organizing Optimizing Networks en LTE
Tendencias. Nuevas tendencias en Comunicaciones Móviles: Técnicas Self Organizing & Optimizing Networks en LTE La aparición continua de nuevos servicios que consumen grandes anchos de banda, unida a la creciente demanda de acceso a Internet por parte de los usuarios en cualquier lugar en el que se encuentren, está aumentando considerablemente la complejidad de las redes de telefonía móvil. Tendencias Nuevas tendencias en Comunicaciones Móviles: Técnicas Self Organizing & Optimizing Networks en LTE David Ortega Sicilia Ingeniero de Telecomunicación Coordinador de Instalaciones, Operación de Red, Telefónica centración de clientes y su movilidad. Incluso ha sido necesario diseñar un nuevo concepto llamado femtocélula, que consiste en una pequeña estación base para uso residencial conectada a la red del operador móvil mediante el ADSL del cliente. Además estas redes han ido evolucionando tecnológicamente, encontrándonos en este momento en España con sistemas GSM 900, DCS 1800, UMTS 2100 y UMTS 900, que están en servicio simultáneamente, con un alto grado de relación y traspasos entre ellos. El despliegue de LTE comporta la operación de una nueva tecnología, aumentando el grado de heterogeneidad y, sobre todo, de dificultad en la gestión de los servicios. Así, a fecha de hoy ya estarían funcionando comercialmente 57 redes LTE en 32 países; siendo la previsión de que a finales de 2012 ya estén en marcha 128 redes LTE en 56 países. Además, 301 operadoras están invirtiendo en el despliegue de redes LTE en 95 países. Todos estos datos se desprenden de un informe de la GSA, (Global Mobile Suppliers Association), en el que se analiza la evolución del despliegue de redes LTE, HSPA y HSPA+ en todo el mundo. Los países más importantes pioneros en estos despliegues han sido, sobre todo, los EE.UU., los países escandinavos, así como Japón y Corea del Sur. Para ofrecer continuidad del servicio entre todas las redes, y con el objeto de obtener la máxima rentabilidad aprovechando las inversiones realizadas en la infraestructura actual (GSM, UMTS R99, HSPA), la definición de la norma LTE contempla el mecanismo de “interworking”. Este mecanismo consiste en un conjunto de funciones que permiten la interacción de dos o más redes, ya sean 3GPP como, por ejemplo, entre LTE y UMTS, o no 3GPP, como puede ser entre LTE y Wi-Fi. Este aumento de la complejidad requerirá nuevas inversiones que permitan gestionar de forma adecuada las labores de optimización, operación y mantenimiento de las redes, con el objeto de poder adaptarse a un mercado tan cambiante en el que constantemente están apareciendo nuevos servicios, terminales, y modelos de negocio. Pero la inversión que sería necesaria acometer para gestionar la red, ahora más compleja con la incorporación del LTE, produciría un desacople entre los ingresos por el incremento de tráfico de voz según el modelo anterior, y el tráfico de datos cada vez mayor en los que predomina la contratación de tarifas planas de datos. Precisamente, este nuevo escenario ha tenido mucha influencia en el desarrollo y definición de la norma LTE, os mecanismos actuales permiten gestionar los limitados recursos radioeléctricos en redes heterogéneas GSM/UMTS. Mediante el establecimiento de una estructura jerárquica celular, se puede distribuir el tráfico de voz y datos para ofrecer una relación cobertura-capacidad-calidad aceptables. No obstante, con la llegada del HSPA y el uso masivo de acceso a Internet a través de teléfonos cada vez más inteligentes y con funcionalidades más avanzadas, se incrementa significativamente el volumen de tráfico generado por usuario. Por otro lado, la movilidad de los usuarios y su distribución geográfica es muy variable dentro de un mismo territorio, por lo que las redes deben también adaptarse a este escenario. Los entornos rurales pueden ser fácilmente servidos con pocas estaciones base macrocelulares o algunas microcélulas para peticiones muy concretas de algunos clientes. Pero en los entornos urbanos se requiere un diseño de red con muchos más elementos, en el que coexistirán células de diferentes tipos (macro, micro, pico, etc.) según la demanda de servicio, con- Tendencias. Nuevas tendencias en Comunicaciones Móviles: Técnicas Self Organizing & Optimizing Networks en LTE en la que se pretende conjugar la evolución tecnológica con el nuevo modelo de uso masivo de conexiones de datos, a un coste adaptado a los ingresos esperados. Por poner un ejemplo, en LTE desaparecen los circuitos dedicados de voz, ahora todas las llamadas serán Voz sobre IP. Y en lo que a la gestión de redes heterogéneas se refiere, el sistema LTE también define un nuevo mecanismo llamado SON, que explicaremos a continuación. Mecanismos SON En las redes de comunicaciones móviles se producen determinados eventos (concentraciones de personas, incidentes, fenómenos meteorológicos, fallos en elementos de red, etc.) que desestabilizan la relación capacidadcobertura- calidad configurada inicialmente para una situación normal, produciendo así congestiones en los recursos de las estaciones base, huecos de cobertura y, en general, una mala percepción de la calidad del servicio. También, el continuo crecimiento de la planta, requiere adaptar a la red las nuevas estaciones base que se van poniendo en servicio. Hasta ahora, todo este trabajo se realiza de forma manual, apoyado en una serie de herramientas que ayudan al optimizador o analista a tomar decisiones, pero siempre con la intervención humana. En este sentido, aparece el concepto SON, que es definido por varios autores como “Self Organizing”, “Self Optimizing” y “Self Configuration Networks”. Básicamente, tiene como objetivo la automatización de arduas tareas en la configuración, puesta en servicio, y optimización de parámetros de red, así como la de responder adecuadamente a eventualidades, consiguiendo con todo ello una reducción en los costes de operación y una mejora sustancial de la calidad de la red. El empleo de técnicas y herramientas para automatizar procesos de difícil resolución, tales como la planificación en la fase de despliegue, o la optimización una vez que la red está en servicio, ya se venía utilizando en redes GSM y UMTS, pero no estaban integradas en el sistema. Por ello, en base a la experiencia y fundamentos bien consolidados, el 3GPP (3rd Generation Partnership Project) reconoce la importancia del desarrollo de técnicas SON para LTE y, como consecuencia, ha contribuido a su estandarización en las diferentes releases (fases en la evolución) de esta tecnología. Otras iniciativas investigadoras han apostado por las técnicas SON y han realizado grandes esfuerzos por llegar a un consenso en los objetivos que se persiguen con las mismas y a tipificar los casos de uso más importantes de dichas técnicas. Entre estas iniciativas encontramos la alianza NGMN (Next Generation Mobile Networks) y consorcios creados a partir de proyectos financiados por la Comisión Europea como SOCRATES (Self-Optimisation and self-ConfiguRATion in wirelESs networks). Los beneficios se producen por la automatización de muchas de las tareas que se realizan en redes tan densificadas, ya que reduce la intervención humana, lo que supone también una reducción del OpEx (gastos de explotación). Además, el aumento de la eficiencia de la red, es decir, del trinomio cobertura-capacidad-calidad, reduce también el CapEx (gastos de capital), pues si una red está bien optimizada y configurada, se necesitan menos estaciones base. Casos de uso de las funiconalidades SON Las funcionalidades principales SON (self-configuration, self-optimisation y self-healing) agrupan los distintos casos de uso de la siguiente manera: “Self Configuration”: es el proceso de incorporación automática de un nuevo nodo a la red, en el que se incluye la configuración de la red de transporte con la central, el envío del tipo de hardware instalado y la carga de una lista genérica de parámetros. Todo esto se realiza en una fase pre-operacional, antes de que el nodo esté activo y tiene como objetivo lograr un despliegue más rápido y eficiente, así como con un menor coste asociado. Los casos de uso se clasifican de la siguiente manera: u Selección inteligente de localizaciones. u Generación automática de parámetros en una nueva instalación. u Autenticación de red. u Incremento de capacidad. “Self Optimisation”: una vez que el nodo está en servicio con una configuración mínima, en este proceso comienza la recolección y análisis de las medidas que va recibiendo de los nodos colindantes y de los terminales Figura 1. Modelo de “interworking”.Tendencias. Nuevas tendencias en Comunicaciones Móviles: Técnicas Self Organizing & Optimizing Networks en LTE que empiezan a engancharse y cursar tráfico en el nuevo elemento, así como de los KPIs de la red que está en servicio, y que son almacenados por el sistema de Operación y Supervisión de red (OSS). Este proceso ya es continuo durante toda la vida útil de la estación base, con el objeto de adaptarse constantemente a la evolución natural de la red. Tiene como finalidad la optimización de parámetros de Handover, offsets, lista de células vecinas, etc., e incluye los siguientes casos: u ICIC, Interference Coordination (Interferencia entre Células). u Optimización de los parámetros de canales físicos. u Optimización del RACH. u Optimización del eNode B doméstico o femtocélula. u Parámetros del control de admisión. u Parámetros del control de congestión. u Optimización de Cobertura y Capacidad. u Parámetros del “scheduling” (o programación) de paquetes. u Retransmisión de paquetes erróneos. u Parámetros de “handover. u Balance de Carga. u Relación automática de células vecinas. u Reducción del consumo de energía. u Optimización de Áreas de seguimiento. u Conmutación de Ul-Dl en TDD. u Gestión de repetidores. u Compartición de espectro. “Self Healing”: consiste en la detección y prevención de fallos en el hardware, en el software o fallos externos como falta de suministro eléctrico o conectividad de la red, y tiene como objetivo reducir la indisponibilidad de las células que dan servicio. Esta fase se llama Cell Outage Compensation, y consta de los siguientes mecanismos: u Predicción de células fuera de servicio. u Detección de células fuera de servicio. u Compensación de células fuera de servicio. Estado del arte La definición de una norma o estándar por lo general establece una serie de condiciones para el funcionamiento básico de la tecnología, y deja cierto grado de libertad al desarrollo de los algoritmos que conforman los mecanismos del sistema. Esta filosofía de trabajo ofrece un suculento material para los investigadores, bien de los propios fabricantes de equipos, para los desarrolladores de software de optimización, para las propias operadoras o para científicos del mundo académico universitario. Los trabajos publicados sobre SON ofrecen soluciones para la recogida de información, tratamiento de la misma mediante algoritmos heurísticos, y aplicación de los resultados. Los algoritmos consisten en la búsqueda de soluciones multi-objetivo, es decir, con varios parámetros relacionados entre sí con dependencia altamente no lineal, y que tratan de ofrecer una solución óptima evitando mínimos locales y en un tiempo de computación razonable. Por ejemplo, el incremento de potencia para aumentar la cobertura en caso de que un nodo cercano se haya quedado fuera de servicio, puede generar mayor interferencia en la red y mayor congestión o degradación de la velocidad de transmisión de datos. Hay que buscar pues un compromiso entre la mejora de la cobertura y la no degradación de la calidad del resto de nodos afectados. Además, la relación entre todos estos indicadores no sigue una proporción lineal, sino una función de grado superior a 1 que puede ser representada por una curva con máximos y mínimos, de los que el algoritmo debe ser capaz de encontrar el mínimo absoluto con el objeto de ofrecer una solución óptima. Los algoritmos más utilizados según la literatura científica son: simulated annealing, genéticos, tabú search, redes neuronales, etc. Y para la toma de decisiones se suele emplear la lógica difusa o borrosa con el objeto de evitar umbrales drásticos de clasificación de muestras. En la literatura científica se puede encontrar ya numerosas publicaciones de investigaciones llevadas a cabo.3 SON básicamente tiene como objetivo, la automatización de arduas tareas en la configuración, puesta en servicio, y optimización de parámetros de red, así como la de responder adecuadamente a eventualidades” “ Figura 2. Algoritmo de optimización de tres objetivos.
30 oct 2015