Tesis "Selección Conjunta de Rutas y Divisiones Funcionales para Arquitecturas Cloud-RAN"
Sustentante: Cristian Camilo Erazo Agredo.
Directores: Dr. Javier Rubio Loyola y Dr. Mario Garza Fabre, investigadores Cinvestav Tamaulipas.
Sinodales: Dr. Hiram Galeana Zapién, Cinvestav Unidad Tamaulipas; Dr. Carlos Alberto Lara Álvarez, Cinvestav Unidad Tamaulipas; Dr. Javier Rubio Loyola, Cinvestav Unidad Tamaulipas; Dr. Mario Garza Fabre, Cinvestav Unidad Tamaulipas.
Resumen:
Las redes celulares de quinta generación (5G) han sido propuestas para afrontar las crecientes demandas de tráfico de red de alta velocidad y servicios de alta calidad. La parte de las redes celulares que deben modificarse para manejar dicho crecimiento se llaman redes de acceso por radio (RAN). Cloud Radio Access Network (C-RAN) es un paradigma que ha sido propuesto con la intención de virtualizar las funcionalidades de las estaciones base para aumentar la flexibilidad de la red móvil, al agrupar las unidades de procesamiento en grupos de recursos. En C-RAN, las funcionalidades de las estaciones base están separadas, dando lugar a las unidades centrales (CUs), que están a cargo del procesamiento de la banda base, y a las unidades distribuidas (DUs), que están a cargo de las funciones de radiofrecuencia. Recientemente, se han propuesto divisiones funcionales flexibles para proporcionar la posibilidad de colocar dinámicamente las funcionalidades de CUs y DUs en la red de fronthaul 1, para cumplir con los requisitos de servicio. Sin embargo, esta evolución hacia la C-RAN ha aumentado la complejidad de la red fronthaul, ya que es necesario, entre otros asuntos, desarrollar técnicas para definir dónde ubicar las funcionalidades de CUs y DUs en los nodos de la red fronthaul, explotando los recursos de la red de manera eficiente, considerando las limitaciones de la red y cumpliendo los requisitos para soportar los servicios desplegados en la C-RAN. En esta tesis, nos enfocamos en abordar conjuntamente el problema de determinar las mejores rutas para el tráfico de red fronthaul y la división óptima de funcionalidades entre CUs y DUs, para soportar los requisitos de calidad de los operadores de redes móviles virtuales. Se propone un modelo de sistema novedoso que reúne todos los elementos y características del problema, y utilizamos este modelo para formular un problema de optimización que se caracteriza por el tamaño exponencial de su espacio de búsqueda. Proponemos dos enfoques heurísticos para abordar este problema: (1) un algoritmo avaro, y (2) un algoritmo evolutivo que emplea una rutina de inicialización especializada que permite comenzar el proceso de búsqueda a partir de soluciones factibles de calidad razonable. Realizamos extensos experimentos para investigar la efectividad de los métodos propuestos. Estos experimentos consideran una colección diversa de escenarios de prueba, y evalúan la capacidad de nuestros algoritmos para producir soluciones de alta calidad, así como también aspectos relacionados con su comportamiento y eficiencia computacional. También realizamos comparaciones con respecto a la solución óptima (obtenida mediante búsqueda exhaustiva) empleando un subconjunto de instancias pequeñas. Nuestros resultados indican que las técnicas propuestas representan compromisos apropiados entre la calidad de la solución y el tiempo de ejecución, y pueden servir a objetivos complementarios: la calidad de los resultados obtenidos por nuestro método evolutivo es mejor, pero a costa de tiempos de ejecución más largos. Por otro lado, nuestro algoritmo avaro ofrece un desempeño razonablemente apropiado, con un tiempo de ejecución notablemente menor. Nuestros experimentos demuestran que es posible producir resultados cercanos al valor óptimo para el problema a través de soluciones algorítmicas computacionalmente eficientes.