Seis direcciones para la estandarización de la red de comunicaciones por satélite 6G

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Gestión de la movilidad

Los satélites LEO proporcionan retrasos de propagación más cortos y velocidades de datos más altas que los satélites GEO. Sin embargo, estas ventajas vienen acompañadas de frecuentes cambios de topología y conmutación. Los traspasos de satélites de órbita baja se pueden dividir en tres tipos: traspasos intrasatélite entre haces de satélite; traspasos entre satélites que se producen entre satélites entre redes de acceso (también llamados traspasos verticales) que se producen entre redes de acceso que pertenecen a diferentes satélites; .

En la futura red 6G, los satélites LEO no solo darán servicio a zonas rurales o remotas, sino que también proporcionarán servicios de comunicación y cobertura en ciudades y zonas densamente pobladas. Tal escenario resultará en la conexión de miles de UE a un satélite LEO, y este gran grupo de usuarios deberá someterse a frecuentes procesos de transferencia casi simultáneamente. El uso de soluciones tradicionales de gestión de traspasos para gestionar el traspaso de miles de usuarios de forma simultánea o semisimultánea creará una enorme carga de red. En los satélites 6G de órbita baja, se necesita una nueva solución de gestión de traspaso para resolver este problema.

Para la gestión de la movilidad en redes basadas en IP, el IETF ha introducido muchos protocolos, como el Protocolo de Internet móvil versión 6 (MIIPv6) y el Protocolo de Internet móvil proxy versión 6 (PMIPv6). Sin embargo, este protocolo no está diseñado para hacer frente a cambios de topología de alta velocidad en satélites. Se han propuesto muchos enfoques para resolver este problema, entre los cuales el concepto de plano de control y plano de datos de redes definidas por software (SDN) es un enfoque prometedor para gestionar eficazmente la topología LEO.

La rápida huella de los satélites LEO afecta el proceso de búsqueda, que está relacionado principalmente con la gestión del área de seguimiento. El área de seguimiento es el área de cobertura satelital (huella); puede ser fija o móvil. Aunque el área de seguimiento móvil puede adaptarse a la huella móvil de los satélites LEO, generará una alta carga de búsqueda y una gestión de red difícil. Además, respaldar la conectividad dual y el traspaso vertical en futuros satélites LEO requiere nuevos mecanismos para proporcionar una movilidad fluida en redes 6G integradas y mejorar la cobertura y los servicios de la red global.

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Rutas

Una característica muy importante de la megaconstelación LEO es que los satélites pueden formar una red y comunicarse entre sí a través de enlaces entre satélites. (ISL). Debido a los frecuentes cambios de topología en LEO, la vida útil de los enlaces entre satélites es limitada. Además, algunos ISL pueden congestionarse debido a las altas cargas de tráfico en algunas particiones. Además, dado que se espera que LEO sirva para diferentes tipos de aplicaciones, cada tipo de aplicación debe cumplir ciertos requisitos de QoS (como el retraso en la entrega de paquetes). Por lo tanto, una transmisión de datos exitosa requiere una solución de enrutamiento poderosa que no solo pueda cumplir con los requisitos de QoS de varios tipos de aplicaciones, sino que también se adapte a las características únicas de los satélites de órbita baja. Por ejemplo, el enrutamiento tolerante al retraso es adecuado para aplicaciones sensibles al retraso, mientras que el enrutamiento multiruta es necesario para admitir aplicaciones con altos requisitos de ancho de banda. Por lo tanto, es muy importante desarrollar un protocolo de enrutamiento estándar que se adapte al entorno dinámico de LEO y satisfaga las necesidades de aplicaciones de varios usuarios. Las normas deberían respaldar la interoperabilidad entre diferentes operadores y constelaciones de satélites. Además, se debe considerar el enrutamiento entre redes (es decir, entre redes satelitales, redes aéreas y redes terrestres) para lograr una integración completa de LEO y 6G. Para respaldar el enrutamiento eficiente, temas como la asignación de recursos, el monitoreo de la red y el control de la congestión deben considerarse parte de la estandarización.

Tres

Adopción de SDN/NFV

El paradigma SDN/NFV desempeñará un papel clave en la futura red integrada por satélite 6G. Sin embargo, la comunidad académica no ha investigado completamente la aplicación de SDN/NFV en LEO. Si bien en la literatura se han propuesto varias arquitecturas de redes satelitales definidas por software, las soluciones LEO basadas en SDN deben considerarse en los esfuerzos de estandarización para proporcionar componentes de red integrados y compatibilidad entre diferentes proveedores y proveedores de servicios. Por ejemplo, los enrutadores espaciales compatibles con SDN pueden desarrollarse de acuerdo con estándares específicos, funcionar en satélites LEO y proporcionar funciones de enrutamiento de software para adaptarse a los cambios en el entorno dinámico LEO.

NFV en particular necesita ocultar a los usuarios la complejidad de las redes integradas. NFV se puede utilizar en diversas aplicaciones, como estaciones base móviles, redes de entrega de contenidos y virtualización de plataforma como servicio. La virtualización de las funciones de red implementadas en hardware estandarizado común promete reducir el tiempo de lanzamiento de productos y servicios, así como los gastos operativos y de capital. ETSI cree que una parte importante del control del entorno NFV debe lograrse mediante la automatización y la programación. ETSI creó un flujo separado MANO en NFV y describió cómo controlar la flexibilidad. ETSI introduce un conjunto completo de estándares para permitir un ecosistema abierto en el que las funciones de red virtual (VNF) puedan interoperar con sistemas de gestión y programación desarrollados independientemente. Muchos proveedores importantes de equipos de red han anunciado soporte para NFV. Por otro lado, los principales proveedores de software anunciaron que proporcionarán a los proveedores de equipos plataformas NFV para desarrollar sus productos NFV. Sin embargo, en el mundo de las redes satelitales, la adopción de estos conceptos y tecnologías aún está en sus inicios. Se necesita más investigación para determinar los requisitos para la adopción de NFV en la órbita terrestre baja. Además, se debe considerar el soporte para NFV al diseñar componentes de redes satelitales.

Cuatro

Gestión y disposición inteligentes

La inteligencia artificial y el aprendizaje automático se convertirán en una parte integral de las redes 6G, especialmente en la gestión y disposición de redes. ETSI lanzó el Grupo de especificaciones industriales (ISG) de Experience Network Intelligence (ENI) en febrero de 2017. ENI es una entidad que proporciona recomendaciones y/o comandos de operación y gestión de redes inteligentes a sistemas secundarios (es decir, sistemas existentes que utilizan capacidades inteligentes de ENI). ENI tiene dos modos de funcionamiento: modo de recomendación y modo de gestión. El primero proporciona recomendaciones a los operadores o sistemas auxiliares, y el segundo también puede proporcionar comandos de políticas a los sistemas auxiliares. En otro esfuerzo por promover la automatización de la red, 3GPP introdujo el concepto de SON, donde se puede aplicar AI/ML para automatizar múltiples funciones de gestión de red. Sin embargo, los conceptos de ENI y Son todavía están limitados al entorno 5G y pueden no ser lo suficientemente flexibles para manejar la enorme complejidad, heterogeneidad y movilidad de la red integrada de satélites 6G prevista. Para respaldar la inteligencia y la autonomía de 6G, algunos académicos han propuesto el concepto de red autoevolutiva (SEN). SEN considera la arquitectura integral de 6G y superiores, utilizando AI/ML para lograr la automatización completa de futuras redes integradas y la evolución inteligente en la provisión, adaptación, optimización y gestión de la red, la comunicación, la informática y la movilidad de los nodos de infraestructura. SEN se puede utilizar para respaldar la toma de decisiones en tiempo real, un control perfecto y una gestión inteligente en LEO, lo que permite operaciones autónomas de alto nivel. Sin embargo, SEN es un concepto bastante nuevo y ISO no lo ha considerado.

Cinco

Soluciones de tolerancia a fallos

Los entornos de redes de satélites son muy susceptibles a fallos de satélites que son difíciles de reparar en el espacio. Además, actualizar las estaciones base satelitales no es tan fácil como actualizar las estaciones base terrestres. En tercer lugar, la potencia insuficiente de los satélites puede interferir con las funciones normales de las telecomunicaciones. Por lo tanto, el diseño de redes de satélite debe basarse en el concepto de tolerancia a fallos para mantener la supervivencia de la red. Además, las actividades de normalización relacionadas con los satélites deberían respaldar los conceptos de tolerancia a fallos en futuras redes de satélites densamente desplegadas.

Seis

Gestión dinámica del espectro

Debido al crecimiento general de las comunicaciones inalámbricas y la mayor demanda de ancho de banda por parte de la UE, la gestión dinámica y eficiente del espectro es muy importante en LEO. A medida que se despliegan más satélites y surgen más aplicaciones, la escasez de espectro es uno de los principales desafíos que enfrentará LEO en el futuro. La movilidad impredecible de los usuarios y la movilidad de los satélites hacen que la asignación dinámica del espectro sea necesaria, pero también difícil. Es necesario considerar la asignación dinámica del espectro en múltiples niveles para reducir la interferencia entre células, la interferencia entre satélites y la interferencia entre las comunicaciones por satélite y terrestres en sistemas de satélites multihaz. Además, la gestión del espectro debe considerar opciones para comunicaciones de banda de frecuencia más alta (THz) y óptica de espacio libre (FSO), ya que se espera que se utilicen en futuros LEO. Aunque los investigadores de satélites han estudiado varios esquemas de asignación de espectro estáticos y dinámicos, los esfuerzos de estandarización aún no han cubierto completamente el tema.