Inteligencia Artificial: revolucionando las redes 5G

La Inteligencia Artificial (IA) se ha convertido en un concepto muy popular a lo largo de los últimos años. Su popularidad ha trascendido el ámbito de los profesionales TIC y ha llegado al gran público a través de aplicaciones de reconocimiento de imagen, voz, música, sistemas de recomendación de material audiovisual, etc., convirtiéndose en una auténtica revolución.

Las comunicaciones móviles, y la 5G en particular, no han quedado al margen de dicha revolución. Es evidente que la IA ha llegado a las aplicaciones que utilizamos en nuestros terminales móviles, pero su alcance va más allá.

Las redes 5G se caracterizan por una revolución tanto en la estructura de red como en el interfaz radio (el modo mediante el cual se comunica el terminal móvil y la estación base). En cuanto a la estructura de red, la red 5G ha sufrido una softwarización respecto a generaciones anteriores. El principal motivo para dicha softwarización es la necesidad de flexibilizarla y superar la osificación típica de este tipo de redes. Así, se consigue:

1.La implementación de redes virtuales bajo demanda sobre una única red física y con las características adaptadas a un tipo concreto de tráfico. Cada una de estas redes virtuales se conoce como slice.

2.La compartición de las redes entre distintos tenants (normalmente operadores o proveedores de servicios), permitiendo una disminución de los costes de capital.

3.La actualización rápida de las redes y la adaptación de las redes al entorno (nuevas bandas espectrales, nuevos nodos desplegados, etc).

Dicha flexibilidad es, sin duda, el mayor potencial de las redes 5G para hacer frente al incremento de tráfico y a la diversidad de dicho tráfico. De todos modos, la potencialidad de estas redes sólo puede ser explotada si la red es suficientemente inteligente para detectar las necesidades de la red y reconfigurarla de un modo óptimo.

Por otro lado, la nueva interfaz radio, conocida como 5G New Radio (5G NR), con el objetivo de ofrecer también mayor flexibilidad, define innumerables opciones. La elección de la opción óptima para cada terminal y, a su vez, la combinación de las opciones de todos los terminales es uno de los mayores retos de la gestión de recursos radio. Eso se traduce en algoritmos de scheduling, user association, etc. mucho más complejos. También en ese sentido, la multiplexación en espacio (beam forming), las nuevas bandas espectrales (en las bandas milimétricas) o el carrier aggretation (agregación de bandas espectrales, ya sean licenciadas o libres, ya sean en las frecuencias milimétricas o micrométricas) son algunos de los aspectos que le otorgan a la interfaz radio una mayor flexibilidad (mediante un mayor grado de libertad). 

Parece obvio, pues, que la flexibilidad de las nuevas redes 5G sólo podrá ser explotada en su plenitud si se integran algoritmos inteligentes capaces de optimizar la configuración de la red en función del entorno. Es precisamente en este entorno en el que la IA emerge como una tecnología clave para el funcionamiento de las redes 5G. En ese sentido, Ericsson concluye en [1] que algunos de los aspectos en los cuales los proveedores esperan un mayor impacto de las tecnologías asociadas a la IA son: la planificación y gestión de la red; la reducción del tiempo de despliegue; la reducción de la inversión; la mejora de la Calidad de Servicio; la mejora del funcionamiento de la red; la detección de problemas en la red; o la auto-(re)configuración de la red y la solución automática de problemas.

Así, la IA se ha convertido en uno de los campos de conocimiento que mayor impacto está teniendo sobre el diseño de las redes de comunicaciones móviles. Veremos, en el futuro, cuál el papel real que desempeña… 

Es posible encontrar más información en los siguientes documentos:

[1] Ericsson AB, “Employing AI techniques to enhance returns on 5G network investments”, 2019. Disponible en: https://www.ericsson.com/assets/local/networks/offerings/machine-learning-and-ai-aw-screen.pdf

[2] Y. Fu, S. Wang, C. Wang, X. Hong and S. McLaughlin, «Artificial Intelligence to Manage Network Traffic of 5G Wireless Networks,» in IEEE Network, vol. 32, no. 6, pp. 58-64, November/December 2018. 

[3] M. Yao, M. Sohul, V. Marojevic and J. H. Reed, «Artificial Intelligence Defined 5G Radio Access Networks,» in IEEE Communications Magazine, vol. 57, no. 3, pp. 14-20, March 2019. 

[4] R. Li et al., «Intelligent 5G: When Cellular Networks Meet Artificial Intelligence,» in IEEE Wireless Communications, vol. 24, no. 5, pp. 175-183, October 2017.

[5] N. Javaid, A. Sher, H. Nasir and N. Guizani, «Intelligence in IoT-Based 5G Networks: Opportunities and Challenges,» in IEEE Communications Magazine, vol. 56, no. 10, pp. 94-100, October 2018.