De 6G a V2X: cómo los gemelos digitales han mejorado los despliegues de red

Los gemelos digitales, modelos virtuales de sistemas físicos como las redes 6G, NTN y 5G, permiten simular, analizar y optimizar todos los sistemas y componentes de red, incluidos los elementos no terrestres. Esto es especialmente útil para agilizar los despliegues e identificar los cuellos de botella y las desventajas antes de que se conviertan en problemas reales.

Esta serie de dos partes del blog, examinaremos cómo implementar gemelos digitales puede favorecer a los fabricantes de equipos de red y los operadores móviles. Además, analizaremos su papel en la aceleración de I+D, la automatización de la implementación de estaciones base, el espectro y la optimización de la energía. Proporcionaremos casos prácticos, detalles de propuestas de sistemas y ejemplos de cómo VIAVI está implementando y suministrando dicha tecnología con sus socios.

Ventajas de los gemelos digitales para operadores de red

En nuestro último blog, analizamos el desarrollo y el despliegue de equipos de red. En concreto, examinamos cómo los gemelos digitales facilitan la validación de la interoperabilidad y el desempeño, al tiempo que permiten también la identificación de posibles fallas y el modelado de ciberataques. Esta capacidad es especialmente crítica en entornos Open RAN, donde la desagregación de las unidades de radio, distribuidas y centrales (RU, DU y CU) introduce más interfaces, lo que amplía de forma significativa la expansión de la superficie de amenaza y la complejidad de la integración.

Para los operadores de redes móviles, la funcionalidad de gemelos digitales presenta cierto solapamiento, notablemente en términos de seguridad, pero también ofrece tres funciones adicionales significativas.

En cuanto a la ingeniería, la planificación y la optimización, los gemelos digitales permiten implementar un modelo principalmente virtual donde los diseños y las configuraciones de red se simulan y se comprueban antes de la implementación física. En este caso, se pueden emplear para identificar cuellos de botella y optimizar el flujo del tráfico en la red para mejorar el desempeño general. Las fallas se pueden predecir y corregir antes de que se vuelvan problemáticas.

Esta capacidad es especialmente crítica para la evolución hacia las redes 6G, ya que permite realizar pruebas de las tecnologías emergentes y predecir su comportamiento en el mundo real. Los gemelos digitales proporcionan información que va más allá de los componentes aislados, lo que permite a los operadores modelar todo el ciclo de vida de la red, desde el diseño y la implementación hasta el funcionamiento y la optimización. Este enfoque holístico admite una planificación a largo plazo más eficaz, al tiempo que mejora la conectividad, la confiabilidad y la rentabilidad.

En segundo lugar, está el consumo energético, una cuestión que cada vez preocupa más a medida que el sector de las telecomunicaciones se enfrenta a una creciente presión por reducir su huella medioambiental. Se prevé que las redes 6G, con la optimización basada en la IA y el ML como eje central, sean más eficientes energéticamente a las redes 5G. De acuerdo con un artículo del IEEE de 2021, se podrían necesitar potencias de transmisión hasta un 50 % inferiores para suministrar el mismo ancho de banda y la misma velocidad de transferencia de datos. No obstante, esta mejora en la eficiencia se debe analizar bajo el punto de vista de la paradoja de Jevons: a medida que las redes se hacen más rápidas y ofrecen más capacidad de respuesta, la demanda de los usuarios tiende a aumentar, lo que puede descompensar los beneficios en materia medioambiental. Para remediarlo, se pueden emplear gemelos digitales para crear vistas en tiempo real y detectar las insuficiencias antes, así como para optimizar procesos que requieran mucha energía y ajustar el consumo de forma dinámica.

Esto se consigue por medio de la simulación de configuraciones de red, ya que se identifica cuál es el diseño más eficaz y se optimiza la infraestructura según corresponda. Veremos esto con más detalle en nuestro siguiente blog.

Por último, los gemelos digitales, así como sus datos y motores de IA independientes, pueden utilizarse también para validar las predicciones realizadas por modelos de inferencia de IA y, por lo tanto, constituyen un elemento esencial del funcionamiento automatizado, lo que se conoce como centro de operaciones de red (NOC) oscuro..

Tecnologías que sustentan las redes gemelas digitales

Crear un gemelo digital requiere varios pasos, cada uno de ellos único (en mayor o menor grado). No obstante, hay varios elementos y pasos básicos que se deben implementar.

El primero de la lista es el modelado de canales mediante una herramienta de trazado de rayos con IA (VIAVI Air Interface Emulation). Permite la predicción de canales para entornos 3D y admite la planificación para situaciones tanto en interiores como en exteriores. En particular, esto incluye no solo la cobertura, sino la optimización de las interferencias para la tecnología MIMO.

El siguiente es el modelado del tráfico, mediante el uso de TM500 wireless network tester para emular varios miles de dispositivos en la red, con comportamientos de red RAN a nivel de sistema en el gemelo digital simulado a través de TeraVM AI RSG (RAN Scenario Generator).

Este RSG basado en IA es capaz de emular una enorme variedad de topologías y configuraciones. Los patrones de movilidad y los perfiles de tráfico también se pueden emular utilizando mapas reales y sintéticos. Los datos del mundo real resultantes del modelado de canales y del tráfico se emplean para entrenar los motores de IA y someterlos a pruebas.

Por supuesto que, para que el gemelo digital proporcione información real y procesable, debe ser un gemelo de la red tal cual: no como cuando se creó ni como cuando se actualizó por última vez. Para que esto sea posible, VIAVI mantiene la sincronización con la red física, lo que permite realizar la validación en una representación actualizada y precisa del estado de la red.

También se pueden obtener datos inteligentes a través de herramientas como VIAVI’s NITRO Location Intelligence. Esta herramienta se puede utilizar para analizar cada interacción entre los suscriptores o los dispositivos de IoT y la red. Esta información contextual permite comprender mejor los problemas y las posibilidades de optimización. En cuanto al escenario del gemelo digital, esta herramienta permite análisis de IA para transformar los datos de red en información valiosa.

Si avanzamos en esta fase, herramientas como NITRO AIOps pueden permitir un gemelo más realista al facilitarle la colección y la agregación de porciones de datos. Todo esto ocurre antes de que incluso nos planteemos el modelado para situaciones concretas, como la seguridad y la automatización.

En el proyecto europeo 6G-Twin, que está implementando gemelos digitales de redes reactivos y predictivos para permitir la conducción teledirigida, se pueden observar buenos ejemplos de estos sistemas en práctica.

Estos sistemas crean una base sólida para el diseño, la implementación y la validación de una arquitectura de referencia con IA nativa para sistemas 6G, que se emplean para obtener mejores niveles de movilidad y eficiencia energética.

Ejemplos de casos prácticos de gemelos digitales para operadores de red

En esta sección, hemos esbozado brevemente dos situaciones en las que los gemelos digitales permiten a los operadores de red 1) evitar tormentas de señales durante un ataque DoS, y 2) gestionar mejor la validación de algoritmos de traspaso y gestión de haces en comunicaciones de vehículos (V2X/V2N).

En cada caso, hemos indicado y proporcionado enlaces a las herramientas necesarias, con más detalles incluidos en nuestro documento técnico sobre gemelos digitales.

Cómo evitar tormentas de señales en ataques DoS/DDoS

Las tormentas de señales, que ocurren cuando una red se ve saturada por un número excesivo de señales del plano de control, han provocado interrupciones del servicio de gran envergadura. Entre estas, se incluyen interrupciones importantes de Telenor, Verizon y NTT DoCoMo que han durado hasta 24 horas.

Aunque las tormentas de señales pueden producirse de forma natural, las señales del plano de control constituyen una vulnerabilidad que se puede explotar en ataques DoS/DDoS. Esta vulnerabilidad se debe someter a pruebas en un entorno aislado.

Construir un gemelo digital así para permitir un ataque seguro en una red 5G, 6G o IoT requeriría tres elementos básicos.

El punto inicial sería un AI RSG (generador de escenarios de redes RAN con IA) que simule comportamientos de red RAN a nivel de sistema. Después, sería necesario modelar el tráfico con miles de dispositivos emulados para crear presión sobre la red de gemelo digital con TM500 wireless network tester. Por último, se necesitaría un emulador de vRAN como el emulador de redes 5G TeraVM-vRAN, que proporciona un entorno de pruebas controlable y repetible para la implementación de los estándares del proyecto 3GPP.

Validación de algoritmos de traspaso y gestión de haces para comunicaciones de vehículos V2X/V2N

A medida que el sector de la automoción avanza hacia una implementación a gran escala de los vehículos autónomos, una comunicación confiable de ultrabaja latencia se hace esencial tanto para las comunicaciones de vehículo a vehículo (V2V) como para las de vehículo a infraestructura. En este contexto, la latencia no es solo un problema técnico, sino una cuestión de seguridad. El éxito de las comunicaciones del “vehículo a todo” (V2X, del inglés vehicle-to-everything) dependerá en gran medida de las capacidades de las redes 6G, especialmente a la hora de reducir la latencia y permitir traspasos sin problemas y una gestión de haces avanzada.

Estas tecnologías deben someterse a pruebas rigurosas y a validación antes de implementarse en vehículos autónomos de 1,5 a 2 toneladas que circulen en entornos con posible presencia de peatones y ciclistas. Comprender los patrones de interferencia y minimizar las interferencias entre usuarios se hace esencial. Los comportamientos de la red RAN a nivel de sistema se deben simular con precisión, idealmente mediante generadores de escenarios de redes RAN (RSG) basados en IA, para predecir el desempeño en el mundo real. Las técnicas de trazado de rayos pueden mejorar estas simulaciones al emular entornos dinámicos, incluidos vehículos en movimiento, peatones, ciclistas, edificios y la infraestructura vial.

Evolución de las soluciones de gemelo digital

VIAVI ofrece una solución flexible y escalable para gemelos digitales que permite la selección de componentes individuales o gemelos digitales completos de redes de acceso por radio al núcleo.

Nuestra empresa cuenta con un largo historial de proporcionar soluciones de laboratorio, campo y operaciones. Además, con nuestro equipo de I+D líder, podemos ayudarle a sacar partido de la precisión y el valor de los equipos de red.

Para obtener más información sobre nuestras soluciones de gemelo digital, descargue nuestro documento técnico.