La integración de la Inteligencia Artificial en las redes 5G/6G: las Zero-Touch Networks 

La Inteligencia Artificial (IA) se ha hecho omnipresente a lo largo de los últimos años en multitud de campos de conocimiento. Buen ejemplo de ello es su utilización en aplicaciones como ChatGPT, la detección y clasificación de correo electrónico pernicioso, la detección de problemas de seguridad en las redes, etc. Las potencialidades de dicha tecnología la han convertido en un elemento clave en el desarrollo de prácticamente todos los campos de conocimiento.

En el ámbito de las redes de comunicaciones móviles 5G/6G, esto no ha sido una excepción y hoy en día se define la IA como una de las piedras angulares en la gestión de dichas redes. Las redes de comunicaciones 5G/6G se caracterizan por una gran flexibilidad, que les permite dar servicio mediante la misma infraestructura física a servicios completamente distintos. Por ejemplo, se trata de redes capaces de soportar servicios de muy baja latencia y de una gran fiabilidad (conocidos como ultra-Reliable Low-Latency Communications, o uRLLC), servicios que requieren grandes velocidades de transmisión (conocidos como enhanced Mobile BroadBand o eMBB) o servicios con escasos requerimientos de latencia y velocidad de transmisión, pero sí con requerimientos restrictivos de conectividad, que puede llegar al millón de dispositivos por kilómetro cuadrado (conocidos como massive Machine Type Communications o mMTC). 

La necesidad de esta flexibilidad ha supuesto una revolución en el seno de estas redes, con un proceso de softwarización y virtualización de sus componentes. Así, y gracias a conceptos como Software Define Networking (SDN) y Network Function Virtualization (NFV), las redes han superado el paradigma conocido a menudo como one-size-fits-all (una red estática que debe servir para todos los servicios) y han evolucionado hacia una red que se adapta de forma dinámica a los requerimientos de cada servicio, creando redes virtuales sobre la red fija y garantizando el aislamiento entre ellas (denominado en inglés como isolation). En concreto, SDN es una tecnología que permite separar los planos de control y de datos, facilitando así la gestión centralizada de la red y su reconfiguración de forma dinámica. Por su parte, NFV consiste en el desacoplo entre hardware y software de los elementos de la red. Es decir, NFV permite instanciar funciones de red de forma dinámica sobre hardware de propósito general, sustituyendo así el paradigma en el cual hardware y software estaban completamente vinculados.

La IA en las redes Zero-Touch 

Las posibilidades ofrecidas por estas tecnologías tienen, sin embargo, un coste añadido en términos de complejidad. Las redes 5G/6G, debido a su gran flexibilidad, han incrementado su complejidad. La gestión de la red, que supone la gestión y virtualización de las funciones y la orquestación de los servicios, ha hecho necesario proponer el concepto de redes Zero-Touch, que permiten la automatización completa extremo a extremo de la gestión de la red y de los servicios. La iniciativa más importante en este sentido es la arquitectura propuesta por el ETSI Zero-Touch Network and Service Management industry Specification Group (ZSM ISG), creada en 2017 [1].  

El fundamento de la arquitectura propuesta por dicho grupo de trabajo es la separación de la red en dominios, así como la inclusión en cada uno de los dominios de las funciones necesarias para hacer un control en bucle cerrado a partir de los servicios de datos del dominio. Dicho de otro modo, cada dominio dispone de funciones de análisis de los datos del dominio y de funciones que le permiten realizar la gestión de esa parte de la red de forma autónoma y sin la intervención humana. Además, y para permitir explotar datos entre distintos dominios, la arquitectura incluye un servicio de datos entre dominios (llamado Cross-domain Data Services).

Debido a que los requisitos de los servicios se definen extremo a extremo, y, por tanto, a través de los distintos dominios de la red, la arquitectura propone un dominio de gestión de servicio extremo a extremo (conocido como E2E Service Management Domain) que, a través de unas interfaces definidas, gestiona también de forma autónoma los distintos dominios. Este dominio, a su vez, también incluye servicios de datos. Se trata, pues, de una arquitectura organizada jerárquicamente en la cual el E2E Service Management Domain gestiona el servicio extremo a extremo a través de los distintos Management Domains.

En esta arquitectura, la IA juega un papel clave, ya que es el núcleo de las funciones de control en bucle cerrado y, por lo tanto, es el motor en la toma de decisiones y la planificación de forma autónoma. En la actualidad, la investigación trabaja en la propuesta de implementaciones que, basadas en la arquitectura propuesta por el ETSI ZSM ISG, permitan realizar de la gestión y la orquestación del modo más eficiente, siempre mediante la explotación de los datos de red gracias a la IA.

Para más información, es posible acceder a la siguiente documentación:

[1] ETSI. Zero touch network & Service Management (ZSM). Disponible en: https://www.etsi.org/technologies/zero-touch-network-service-management 

[2] E. Coronado et al., «Zero Touch Management: A Survey of Network Automation Solutions for 5G and 6G Networks,» in IEEE Communications Surveys & Tutorials, vol. 24, no. 4, pp. 2535-2578, Fourthquarter 2022, doi: 10.1109/COMST.2022.3212586.

[3] C. Benzaid and T. Taleb, «AI-Driven Zero Touch Network and Service Management in 5G and Beyond: Challenges and Research Directions,» in IEEE Network, vol. 34, no. 2, pp. 186-194, March/April 2020, doi: 10.1109/MNET.001.1900252.