Pruebas de dispositivos para la fragmentación o “slicing” de la red 5G

Por Jonathan Borrill, Head Of Global Market Technology, Anritsu

Las redes 5G se centran en proporcionar nuevas capacidades a «verticales industriales» como Smart Factory, Medicare, o Automoción, donde la conectividad inalámbrica de alta calidad puede aportar una mejora significativa. Pero todos estos sectores tienen necesidades de rendimiento muy específicas que deben mantenerse, más allá del «best effort” con una calidad garantizada. Para ello, con 5G se introduce la división de red (Network Slicing), que permite a los operadores ofrecer redes virtuales dedicadas a usuarios específicos, en las que el rendimiento de una porción de la red está aislado del rendimiento de otra porción. Esto significa que los usuarios que operan en una porción de red dedicada no sufren ninguna degradación de la calidad del servicio debido a los usuarios de otras porciones de la red.

La división o fragmentación de la red se compara a veces con la calidad de servicio (QoS) cuando se analiza cómo una red de comunicaciones podría proporcionar una calidad de servicio diferente a los usuarios, y la QoS utiliza la definición 5QI en el 3GPP (TS23.501 Sección 5.7).  Las especificaciones del 3GPP contienen ejemplos de servicios, pero no se proporciona ninguna definición para asignar los servicios al valor QoS/5QI. La división de la red considera tanto el 5QI como los servicios reales. Por ejemplo, para un flujo de tráfico de vídeo no conversacional, un flujo de vídeo 2K o un flujo de vídeo 8K son dos experiencias de servicio diferenciadas. Aunque ambos flujos utilizan el mismo valor de 5QI, los dos «servicios» son significativamente diferentes, y las capacidades y recursos de red necesarios para lograr la calidad deseada son significativamente diferentes. Tanto la calidad de la red basada en el 5QI como la basada en la división de la red proporcionan una diferenciación de la experiencia del usuario, pero la división de la red se centra más en la diferenciación del nivel de servicio.

Parámetros clave para la fragmentación de la red 5G

Los terminales 5G están pensados para soportar múltiples aplicaciones de red, estas aplicaciones de red (NetApp) están utilizando las divisiones de red 5G. Desde la perspectiva de NetApp, los terminales 5G son responsables de la gestión de la información de configuración de dichas divisiones, la selección de las porciones de red para NetApp, el inicio de la configuración de las porciones de red 5G y el mantenimiento de las sesiones PDU durante la movilidad y la itinerancia. Desde la perspectiva de la red 5G, los terminales 5G ayudan a la red a seleccionar los recursos de red que proporcionan servicios de extremo a extremo en la red 5G.

La información S-NSSAI (Specific – Network Slice Selection Assistance Information) se utiliza para identificar una porción de red 5G específica y representa los recursos de red utilizados para esa porción específica. Varias S-NSSAI forman un grupo denominado NSSAI. La base de datos de abonados de la red también contiene una lista de S-NSSAIs a las que el usuario está suscrito, y dichas S-NSSAIs se denominan S-NSSAIs suscritas. La URSP (Política de Selección de Ruta del UE) se define en los estándares 3GPP para describir la relación entre los flujos de tráfico y el enrutamiento correspondiente. La URSP contiene múltiples reglas para los flujos de tráfico y el enrutamiento, cada regla consiste en un Descriptor de Tráfico (Traffic Descriptor) y un Descriptor de Selección de Ruta. Se utilizan para describir el S-NSSAI y las características de ruta relacionadas que coinciden con la descripción del flujo de tráfico.

Los principales Descriptores de Tráfico se encuentran a continuación, y se utilizan para identificar qué flujo de tráfico asociar con qué porción, Tipo de Acceso de Radio, y parámetros de enrutamiento relacionados:

– DNN

– Triples IP（Dirección IP o prefijo IP, número de puerto, ID de protocolo）

– FQDN de destino

– OSId y OSAppID

Los terminales se encargan de gestionar y mantener la información necesaria para las porciones de red y pueden tener una NSSAI configurada genérica por defecto o una NSSAI configurada para cada red móvil (PLMN). El NSSAI configurado para cada PLMN también puede ser proporcionado por la red, y los terminales pueden utilizar el procedimiento «Actualización de la configuración del UE» para actualizar el URSP y el NSSAI. Para hacer coincidir una aplicación/servicio con una porción de red, los terminales pueden utilizar una URSP configurada por el UE/USIM o por la red. Cuando se inicia una aplicación, el terminal iniciará un procedimiento de configuración de sesión de datos (PDU). El terminal puede indicar su S-NSSAI deseado durante el procedimiento de configuración de la sesión PDU (basado en la URSP), o la red puede asignar una porción de red que se utilizará para la sesión PDU. En general, si un flujo de servicio de aplicación de red necesita utilizar una porción de red específica, el operador debe configurar esta porción de red para este flujo de servicio en la URSP.

Requisitos de prueba para la fragmentación de la red 5G en los terminales

Un principio clave de las pruebas de dispositivos es verificar la «interoperabilidad» entre dispositivos y redes. Se trata de garantizar que un usuario tenga el nivel esperado de funcionalidad y experiencia de usuario cuando se desplaza entre diferentes redes, y que no tenga que ocuparse de qué red utiliza y cómo está configurada esa red. También se trata de garantizar que una red no sufra ninguna degradación cuando los dispositivos operan en ella, y que la red proporcione un funcionamiento estable independientemente de los dispositivos que estén conectados a la red.

Los principales requisitos de las pruebas se dividen en dos categorías: el «cumplimiento de la normativa» para el intercambio de mensajes (es decir, la información de configuración de la NSSAI y la URSP) entre una red y el dispositivo; y la «implementación del UE» para el comportamiento del dispositivo en el uso de la URSP para seleccionar y solicitar determinadas configuraciones de porciones. El «cumplimiento de la normativa» suele figurar en los requisitos y la metodología de las pruebas de la RAN5 de 3GPP y está respaldado por sistemas de pruebas como el Foro de Certificación Global (GCF). La «implementación del equipo de usuario» suele ser un plan de pruebas específico del operador o del proveedor del dispositivo. Esta prueba de «implementación de UE» debe probar cómo la aplicación/dispositivo utiliza la información de configuración, y los desencadenantes que hacen que el dispositivo solicite/cambie la porción de red y el enrutamiento que se está utilizando. Estos aspectos se denominan «específicos de la implementación del equipo de usuario» y no tienen un comportamiento o procedimiento de prueba normalizado.

Para permitir la realización de pruebas a un nivel «extremo a extremo» se requiere la incorporación de funciones de la capa de aplicación en el lado del dispositivo, ya que los procedimientos de selección de porciones y enrutamiento del tráfico utilizan criterios de selección relacionados con la aplicación y mapeos que se configuran dentro del dispositivo. Esta funcionalidad específica de la capa de aplicación y de la implementación del dispositivo requiere interfaces de prueba adicionales y procedimientos de prueba/verificación para respaldar la implementación y la interoperabilidad/coherencia de la fragmentación de la red para los teléfonos inteligentes.

Áreas de prueba de divisiones de red

El intercambio de información NSSAI entre la red y el UE (lectura, autorización y actualización de los segmentos disponibles) está cubierto por las pruebas de conformidad de 3GPP en TS38.523-1. Esto verifica la transferencia de la información requerida a través de la señalización de la interfaz aérea.

En la sección 5.15.4 de 3GPP TS23.501 se indican las reglas de prioridad para las preferencias y opciones de los segmentos informados por la red y configurados por el equipo de usuario (incluidos los predeterminados). Éstas deben ser validadas para garantizar que cualquier configuración proporcionada por un tercero sea tratada correctamente frente a las configuraciones proporcionadas por la red. Esta es un área específica de la implementación del UE, fuera de la cobertura actual de las pruebas de conformidad de 3GPP. El texto de la sección 5.15.5 de 3GPP TS23.501 proporciona información detallada sobre el manejo de NSSAI. Esto incluye la implementación de las reglas NSSAI, los procedimientos para registrar y modificar las listas NSSAI en el UE, y el proceso para establecer una sesión PDU utilizando estas listas.

Áreas de prueba del URSP.

La actualización basada en la USIM de los datos del Indicador de Enrutamiento a través de los mensajes NAS (Non Access Stratum) y la apertura de un nuevo portador de radio después de recibir la actualización de la política URSP desde la red, están cubiertos por el 3GPP en TS31.124. Esto verifica la transferencia de la información requerida a través de la señalización de la interfaz aérea a la USIM, para cualquier regla URSP almacenada/configurada por la USIM.

La sección 6.6.2.3 de 3GPP TS23.503 proporciona el procedimiento del UE para asociar aplicaciones a sesiones PDU basadas en la información URSP. El comportamiento del UE para implementar estos procedimientos es el área de pruebas que es «específica de la implementación del UE». La asignación de las aplicaciones a las reglas URSP y el proceso de selección de las diferentes reglas URSP son específicos de la implementación del UE y están fuera de la cobertura de las pruebas de conformidad actuales del 3GPP. Si los operadores proporcionan reglas URSP específicas con los parámetros/configuraciones requeridas, debe comprobarse la coherencia del mapeo en el UE en cuanto a la selección y priorización de las reglas y el mapeo a los tipos de sesión PDU. El UE también puede tener «configuraciones locales» que se utilizan para seleccionar un tipo de sesión PDU específico para una aplicación concreta (almacenada en el UE o en la USIM). De forma equivalente, si se proporcionan las mismas reglas a diferentes equipos de usuario, la interpretación y la respuesta a estas reglas por parte de cada equipo de usuario debe probarse para comprobar la coherencia y el comportamiento correcto esperado. En el caso de la itinerancia, puede haber diferencias en las reglas proporcionadas por la PLMN de origen y la PLMN visitada, y debe verificarse la correcta gestión de la prioridad de estas reglas.

En 3GPP TS24.562 se describen las políticas de UE para URSP. La sección 4.2 cubre el proceso de manejo de URSP, y la sección 5 cubre los detalles de la codificación de las reglas URSP. Las reglas URSP pueden ser preconfiguradas en el USIM y/o en el UE y también pueden ser proporcionadas por el operador de la red (desde la PCF, función de control de políticas) utilizando la mensajería NAS «UE Policy Delivery Service» (Servicio de Entrega de Políticas del UE). Puede ser necesario verificar el correcto aprovisionamiento y la interoperabilidad (equivalencia) de las reglas para garantizar un comportamiento de selección coherente/previsible por parte de los UE cuando operan en diferentes redes (por ejemplo, en escenarios de itinerancia).

No existe una forma estandarizada de activar la selección de la regla URSP, sino que ésta depende de la capa de aplicación y es específica de la implementación del equipo de usuario. Para poder realizar las pruebas, el equipo de usuario debe disponer de un método de prueba adecuado (por ejemplo, un comando remoto) o una aplicación de prueba adecuada que pueda activar los procedimientos de selección necesarios. El proceso de emparejar la aplicación del equipo de usuario (sesión PDU) con la URSP y solicitar las porciones de red adecuadas se describe anteriormente en este documento, y se hace referencia a diferentes opciones. Cada uno de los diferentes métodos requiere una combinación de aprovisionamiento NSSAI y URSP, seguido de una selección de reglas/perfiles específicos de la aplicación que son una implementación específica del SO (sistema operativo). Para verificar el funcionamiento correcto se requiere una combinación de las pruebas NSSAI, las pruebas URSP y, a continuación, los procedimientos de selección del SO. Para activar las selecciones requeridas de perfiles específicos se necesitará una «aplicación de prueba» o interfaces de prueba específicas en el SO, para permitir una selección específica en el UE.

Banco de pruebas para Network Slicing.

Se puede construir un entorno de prueba para división de red y el URSP utilizando el probador de comunicaciones de radio MT8000A de Anritsu. Esta plataforma permite una configuración controlada y precisa de la señalización de red, incluyendo S-NSSAI y URSP, de forma que se puedan validar casos de prueba y configuraciones específicas. El MT8000A también puede conectarse directamente a servidores externos MEC (Multi-access Edge Compute), para proporcionar datos de usuario con un enrutamiento diferente. La misma plataforma MT8000A se utiliza también en el sistema de pruebas de conformidad de protocolos ME7834NR, para permitir la validación de las especificaciones de las pruebas de conformidad 3GPP.

En conclusión

La fragmentación (slicing) de la red aporta nuevas capacidades a los dispositivos 5G, con la posibilidad de proporcionar una calidad de servicio diferenciada a distintas aplicaciones. Esto requiere un nuevo enfoque para probar los aspectos de la capa de aplicación y servicio de los dispositivos 5G. En particular, existe un nuevo tipo de interacción entre las capas de protocolo/módem del 3GPP y las capas de sistema operativo/aplicación. Esto requiere nuevos métodos y procedimientos de prueba para verificar tanto el rendimiento del dispositivo como de la aplicación, y también para verificar la interoperabilidad y los escenarios de itinerancia/movilidad. Como la fragmentación de la red está diseñada para ofrecer al usuario un servicio diferenciado, la verificación de la experiencia del usuario se convierte en un aspecto crítico del despliegue de la fragmentación de la red.