Han pasado ya más de 12 años desde que nos embarcamos en el asunto del proceso perimetral, que ha supuesto un cambio de paradigma y que ha acercado la nube al origen donde se generan y consumen los datos. Actualmente, la nube proporciona características de proceso y almacenamiento muy ricas en recursos, administración remota y nuevas aplicaciones y servicios a medida que la latencia continúa disminuyendo. El proceso perimetral ha pasado a un primer plano, como demuestran numerosos congresos y talleres, miles de documentos de investigación, artículos en los principales medios de comunicación, tesis doctorales y muchos productos, incluidos los de Microsoft.

Hace años, escribimos un artículo donde decíamos que el análisis de vídeo era la aplicación asesina del proceso perimetral. En el artículo, tal como lo publicó IEEE, se preveían cámaras y vídeo por todas partes, una mayor capacidad de comprender estas secuencias de vídeo y de reaccionar adecuadamente, a partir del análisis de vídeo en tiempo real en el perímetro. Microsoft sigue pensando que el análisis de vídeo perimetral será el servicio predominante del proceso perimetral, como ya mencionamos hace muchos años. Desde entonces, hemos evolucionado a un tejido perimetral que ha permitido un proceso omnipresente. El tejido de proceso nos rodea de diferentes formas: trabaja para nosotros, mejora la eficacia, nos protege de problemas y nos entretiene.

En este artículo, nos centraremos en qué será lo próximo, incluido el tema del proceso perimetral para las telecomunicaciones, que ha evolucionado a la siguiente ola de innovación y que debemos adoptar. Microsoft cree que el perímetro de las telecomunicaciones es el catalizador de la creación de un nuevo mundo en el que los sectores de las telecomunicaciones y la nube unen fuerzas para eliminar la duplicación y, al mismo tiempo, crear una nueva era de servicios y aplicaciones sensibles a la latencia.

Habilitación de redes 5G privadas con proceso perimetral multiacceso (MEC) privado de Azure

Una red 5G privada es una red móvil de área local. Técnicamente, es lo mismo que una red 5G de área extensa pública. Esta red de próxima generación permite casos de uso avanzados que no admiten las tecnologías Wi-Fi que se utilizan actualmente. Por ejemplo, las redes 5G privadas pueden unificar la conectividad y admitir una gran variedad de aplicaciones y servicios de IoT seguros específicos de la empresa.

En junio de 2021, Microsoft reveló una nueva categoría de productos para el sector de las telecomunicaciones cuando anunciamos nuestra solución administrada de proceso perimetral multiacceso privado de Azure (PMEC de Azure). El MEC privado de Azure es una solución que moderniza las redes empresariales. Está compuesta por Azure Stack Edge, Azure Network Function Manager, funciones de red de Microsoft y de terceros, y la capacidad de administración a través de Azure Arc. Con él, los operadores y asociados del ecosistema pueden implementar y administrar funciones de red de forma fácil y rápida, como núcleos móviles 5G, soluciones de redes de acceso por radio (RAN) y productos de red de área extensa definida por software (SD-WAN) directamente desde Azure Marketplace. Nuestra solución de plataforma abierta permite a los operadores e integradores de sistemas (SI) aprovechar la oportunidad del 5G privado mediante la entrega de soluciones administradas y seleccionadas a las empresas con la flexibilidad de ofertas propias y de terceros, incluida su elección de aplicaciones RAN sensibles a la latencia.

Muchos de nosotros en los sectores de las TI y las telecomunicaciones aceptamos el proceso perimetral como una innovación arquitectónica que reduce el tiempo necesario para procesar paquetes después de haberse generado en el origen. Todos los productos de proceso perimetral que existen actualmente proporcionan esto, pero el MEC privado de Azure permite hacer mucho más. Con la aparición de nuevas implementaciones del 5G solo de software, el proceso perimetral está evolucionando para convertirse en una parte muy interesante de la infraestructura de creación de paquetes.

Fusión de las redes virtuales de acceso por radio y el proceso perimetral

En la siguiente ilustración, se muestra el cambio de una infraestructura de red monolítica especializada a elementos de red de acceso por radio virtualizada (vRAN) y programable. Una red RAN virtualizada ofrece una solución rentable para la ejecución de una red RAN 5G como una función de red virtualizada (VNF) en hardware estándar. Para implementar una red vRAN, los telecos necesitan una conexión de baja latencia entre el hardware de adquisición de señales y el hardware de proceso, por lo que se requiere proceso perimetral para que la red vRAN sea posible.

Se puede implementar una red vRAN en una jerarquía de instalaciones perimetrales. En el ámbito de las redes RAN 3GPP, las unidades distribuidas (DU) que implementan la funcionalidad casi en tiempo real de la red RAN, que incluyen el procesamiento de la capa física (a menudo denominada L1) y la de control de acceso medio (a menudo denominada L2/L3), se implementan en el “perímetro lejano”. El resto de la pila RAN, junto con el núcleo de la red, se implementa en el “perímetro cercano”. Hemos estado trabajando para proporcionar esta infraestructura perimetral a los operadores dentro de la oferta principal de Microsoft.

Figura 1: Evolución de la arquitectura RAN e innovaciones de las redes 5G.

A pesar de esta evolución de las redes 5G, todavía queda mucho por hacer. Al implementar la funcionalidad RAN en los perímetros lejano y cercano, es preciso decidir cuántos núcleos de servidor son necesarios para sustentar un número determinado de torres celulares. Este tipo de problema es fácil de resolver. Los informáticos de Microsoft pueden determinar el número de núcleos necesarios para atender el dispositivo cliente y han inventado y desarrollado algoritmos y técnicas para permitir el escalado, la administración de la energía, la tolerancia a errores y la implementación de características en sistemas en ejecución. Tenga en cuenta que los núcleos de servidor se pueden aprovisionar para ayudar en la generación de paquetes y en la ejecución de aplicaciones y servicios.

En el evento ACM SIGCOMM 2021, publicamos un documento titulado Concordia: enseñar la red vRAN 5G para compartir el proceso. Como decíamos en esa publicación, una de las razones por las que una red vRAN es más eficaz que las redes RAN tradicionales es su capacidad de multiplexar varias cargas de trabajo de la estación base en el mismo equipo. Aunque esta multiplexación aumenta la eficacia, más del 50 % de los ciclos de CPU en una configuración de vRAN típica se queda sin utilizarse.

En este caso, la coubicación de la funcionalidad de vRAN con cargas de trabajo de uso general no solo mejora el uso de la CPU, sino que también permite ofrecer aplicaciones de baja latencia en el mismo hardware. Esto es importante, ya que las tareas de vRAN necesitan una latencia inferior a un milisegundo el 99,999 % del tiempo, algo que es difícil de lograr con los sistemas actuales.

Microsoft ha creado también un marco de programación de fechas límite de espacio de usuario para las redes vRAN. Nuestro sistema incluye modelos de predicción que usan árboles de decisión de cuantiles para indicar los tiempos de ejecución de las tareas de procesamiento de señales de vRAN en el peor de los casos. El programador ultrarrápido se ejecuta cada 20 microsegundos, por lo que ofrece modelos de predicción precisos. De este modo, permite que el sistema reserve un mínimo de núcleos necesarios para las tareas de vRAN y deje el resto para las cargas de trabajo de uso general. Nuestro diseño, que se ha evaluado en una plataforma de vRAN comercial de referencia, cumple los requisitos de confiabilidad del 99,999 % y recupera más del 70 % de los ciclos de CPU inactivos sin que afecte al rendimiento de la RAN.

De cara al futuro

El proceso perimetral lo hemos creado entre Microsoft y nuestros compañeros académicos. Los productos de proceso perimetral han evolucionado a medida que ajustamos las soluciones a los nuevos problemas que vamos resolviendo. Más allá de implementar una infraestructura 5G en hardware estándar, nuestro software aprovecha los últimos descubrimientos que hemos hecho en la aplicación de técnicas de aprendizaje automático para mejorar el rendimiento de nuestros nodos perimetrales. Seguimos colaborando estrechamente con nuestros compañeros académicos y formamos parte del consejo asesor de dos centros de investigación de inteligencia artificial perimetral financiados por la Fundación Nacional de Ciencias (NSF): el Instituto para las futuras redes perimetrales y la inteligencia distribuida y el Instituto para el proceso perimetral con redes de nueva generación. Ambos institutos de investigación se centran en el desarrollo de tecnologías de inteligencia artificial como parte del proceso perimetral que aprovecha las redes de comunicación de nueva generación para proporcionar servicios que antes eran imposibles.

El futuro es prometedor, porque estamos en el camino correcto con el MEC privado de Azure. La arquitectura que estamos desarrollando y los productos que estamos entregando harán que el proceso perimetral sea imprescindible, ya que cada paquete de la red móvil se procesará en un nodo perimetral, lo que dará lugar a un gran tejido de procesamiento omnipresente que nunca antes habíamos disfrutado.

Más información

Si desea obtener más información sobre la estrategia de Azure para operadores, lea el e-book Azure para operadores.