Distributed Services Orchestration for 5G and Beyond 5G Networks.

Abstract

El éxito de las tecnologías de computación en la nube en los últimos años y su aplicación en sectores como las redes móviles, supone que las nuevas generaciones de redes móviles se fundamenten en los principios de virtualización y la arquitectura típica de este tipo de sistemas. En este contexto, la entidad encargada de la gestión y orquestación de los recursos de la red móvil se convierte en un componente crucial a estandarizar e implementar.

Por otra parte, la experimentación en redes celulares se ha visto limitada históricamente debido a las restricciones para realizar experimentos móviles realistas. Distintas iniciativas han abordado esta limitación, creando plataformas de experimentación para ofrecer a la comunidad investigadora la infraestructura y los recursos necesarios para desplegar redes móviles de prueba a escala. Sin embargo, los sistemas que gestionan los recursos de dichas plataformas se han abordado con una visión centralizada. Así, en esta tesis se propone el diseño de la arquitectura de una plataforma de experimentación en redes 5G y B5G basadas en tecnologías de virtualización. Además, debido a las limitaciones observadas en los modelos de orquestación centralizados, se propone que dicha plataforma distribuya su orquestación. Esta tesis sigue una aproximación incremental, de manera que una vez se ha definido el problema de investigación, se ha realizado un estudio de los retos que supone la orquestación de las redes móviles. Debido a las limitaciones observadas en los modelos de orquestación centralizados, la propuesta de arquitectura distribuye el sistema de orquestación. De entre los retos identificados en los sistemas de orquestación distribuidos, en esta tesis se propone una arquitectura para abordar los relacionados con la asignación de recursos, la compartición de los mismos y la creación y gestión dinámica de "slices" de red.

Tras el diseño de la arquitectura, se procede a la implementación de la solución mediante el despliegue de varias plataformas de experimentación reales que integran el diseño original adaptándolo a diferentes técnicas de virtualización y distribución, así como la validación de las plataformas realizando una serie de despliegues de redes experimentales temporales sobre las mismas. Concretamente, se despliega una primera plataforma con orquestación distribuida que utiliza una abstracción de sus recursos y servicios en forma de máquinas virtuales; una segunda plataforma que centraliza la orquestación y sigue un enfoque en contenedores en el que los servicios desplegados aumentan su granularidad dividiéndose en cadenas de microservicios; y una tercera plataforma que combina la distribución de la orquestación de los recursos con la de los microservicios. La experimentación sobre las distintas plataformas mediante el despliegue de servicios orientados a las comunicaciones críticas, identificado como sector vertical característico de las redes 5G, demuestra tanto la viabilidad de la arquitectura propuesta como los beneficios del despliegue distribuido basado en contenedores. De esta manera, se puede concluir que la distribución necesaria en el despliegue de redes celulares basadas en tecnologías de virtualización no solo reside en la orquestación, sino en los servicios que la propia red soporta, de modo que aumentando su granularidad mediante la creación de microservicios se mejora el rendimiento de la red y su capacidad de adaptarse a nuevas tecnologías y arquitecturas de cara a diseñar redes duraderas en el tiempo.