Análisis del despliegue de comunicaciones de misión crítica sobre redes 4G y 5G

Resumen

El gran interés por la convivencia y la futura convergencia de las redes de seguridad pública en redesde misión crítica de banda ancha se refleja en el importante esfuerzo en publicaciones ynormalización de los últimos años. Sin embargo, no se ha analizado la QoS (Calidad de servicio) delos nuevos servicios de misión crítica cuando se implementan en arquitecturas 4G / 5G.La principal motivación de este investigador es COMUNICARSE y hacerlo de la manera más rigurosaposible y que su MENSAJE contribuya al aumento de la confianza en los servicios de misión crítica(MC) desplegados en redes 4G, 5G de banda ancha, etc. El 3GPP se ha esforzado en horas, recursos ydinero en la estandarización de los servicios de emergencia de acuerdo con los requerimientos delas agencias PPDR (Public Protection Disaster Recovery).Para llevar a cabo esta investigación, que se presenta en esta publicación, se ha logrado reunir alequipo del proyecto FP7 GERYON, con quien, en julio de 2014, se pudo definir e implementar unaarquitectura ALL-IP que permitió interoperar recursos conectados a redes de radio privadas.(TETRA) con usuarios registrados en redes de banda ancha LTE. En 2014, el 3GPP estabaconstruyendo los cimientos del estándar MCPTT (Push to Talk de misión crítica), pero cuandocomenzó este proyecto en diciembre de 2011, era la OMA la que había desarrollado un estándarllamado POC (Push to Talk Over Cellular), precursor del MCPTT y que se implementó en GERYON.Después de GERYON, la vida profesional del equipo siguió caminos paralelos. El equipo deldepartamento de investigación de la UPV / EHU continuó trabajando en la estandarización de losservicios de misión crítica de 3GPP. Al igual que este proyecto, partió del PoC que tan bien conocían,colocando al departamento en un referente internacional en el estudio, desarrollo eimplementación del estándar MCPTT de 3GPP. En enero de 2018 este investigador se incorporó aNQaS en la UPV / EHU. Se ha dispuesto de la gran oportunidad de utilizar para mi investigación unade las pocas redes operativas de banda ancha de misión crítica disponibles en todo el mundo. Comoinvestigador se ha tenido el privilegio de poder analizar y medir el desempeño del servicio MCPTT.No es fácil para un investigador tener dicha infraestructura a menos que trabaje en el equipo que hadesarrollado e implementado una de ellas.La motivación para hacer esta investigación ha sido doble. Por un lado, tener el privilegio de podertestear todas las funcionalidades del servicio MCPTT que, a pesar de los nuevos requerimientos dedatos exigidos por las organizaciones de seguridad, defensa y emergencia, sin duda seguirá siendo lapiedra angular de las comunicaciones de cualquier organización. Por otro lado, como diseñador ydesarrollador de soluciones en la tecnología precursora, ha permitido al investigador adquirir másrápidamente los conocimientos necesarios del servicio MCPTT para poder hacer propuestas dedespliegues de este servicio con el objetivo de reducir las latencias del servicio. Un recurso debepoder establecer una nueva llamada en menos de 1000 ms, estar incluido en una llamada de grupoen menos de 300 ms y el tiempo entre un recurso que habla y su mensaje que llega a todos losmiembros registrados de ese grupo no debe exceder los 300 ms.El trabajo reflejado en esta publicación es el resultado de estudiar el funcionamiento del servicio nosolo a nivel funcional, sino sobre todo a nivel de protocolo de red (TCP / UDP), señalización (SIP) ydatos (RTP, RTCP o sRTP).). Estos servicios se despliegan sobre redes de banda ancha que incluyenlatencia de servicio, por lo que una parte importante del tiempo de investigación se ha centrado enel conocimiento detallado del canal de transporte y cómo éste puede afectar el cumplimiento de losindicadores de calidad. del servicio definido por el 3GPP para el servicio MCPTT.Esta tesis analiza el despliegue de las comunicaciones de misión crítica sobre redes de banda ancha.4G y 5G. Partiendo de un escenario base de cálculo LTE se plantean diferentes estrategias dedespliegue empleando tecnologías habilitadoras como NFV y SDN que harán posible que se puedandesplegar estos servicios en los extremos de la red del operador (MEC). El despliegue de los servicioscerca del usuario final reducirá los tiempos de latencia de comunicaciones y la separación del canalde control del de datos propuestos por CUPS permitirá al canal de control poder gestionar elincremento de ancho de banda disponible en 5G. Todas las estrategias de despliegue indicadas para5G, se completará con la propuesta de despliegue sobre la arquitectura 5G NSA (Non Standalone)que permitirá reducir los tiempos de latencia de las comunicaciones en la parte radio de laarquitectura, además de beneficiarse de las tecnologías habilitadoras mencionadas que ahoraforman parte de forma nativa de la arquitectura 5G. A diferencia de una arquitectura 5G SA(Standalone), en esta tesis hemos considerado como núcleo de red el EPC de la arquitectura 4G y noel nuevo núcleo 5G. (5GC).Por lo indicado en las líneas anteriores, en esta tesis comenzará abordando el funcionamiento de lasredes de banda ancha sobre las que se pueden despliegan los servicios de misión crítica MCPTT:redes 4G y 5G NSA (Non Standalone), 5G SA (Standalone). Pero también se presentarán tecnologíashabilitadoras que permiten la de virtualización de servicios (NFV), el despliegue de estos en elextremo de la red del operador (MEC), así cómo, la separación del canal de control del de los datospropuestos en CUPS ya se puede implementada en redes 4G gracias a SDN.