Despliegue de un prototipo de red 4G-LTE con OpenAirInterface para entorno didáctico

Abstract

Las redes de comunicaciones móviles constituyen una parte muy importante de las redes de telecomunicaciones en la actualidad, tanto por el número de usuarios a los que proporciona servicios como por las tecnologías e innovaciones que se desarrollan y aplican en ellas. De esta manera, desde la aparición de los primeros estándares globales en comunicaciones móviles, con las redes 2G y 3G, hasta las redes 4G, con LTE (Long Term Evolution o Evolución a Largo Plazo), LTE-Advanced (LTE-A) y LTE-Advanced Pro (LTE-A Pro)– las más importantes en la actualidad –, este tipo de redes se ha constituido como el paradigma de las redes telemáticas, contribuyendo como herramienta fundamental en el desarrollo tecnológico de la sociedad moderna. Este desarrollo ha sido impulsado sobre todo por las demandas cada vez más exigentes de los usuarios, centradas en la movilidad y en el consumo de servicios multimedia. La importancia actual de las redes 4G, con LTE, LTE-A y LTE-A Pro, se soporta por los informes y datos presentados por la GSM Alliance y la Global Mobile Suppliers Association (GSA). Estos datos indican que el número total de suscripciones a este tipo de redes superó los 2.500 millones en el tercer trimestre del año 2017, un 32,4% del total. Según las estimaciones, para el año 2025 se espera que pase a ser más de dos tercios del total. En este año se espera un aumento en el número de suscripciones hasta, aproximadamente, los 8.000 millones, más que la población mundial, impulsado por los primeros despliegues de redes comerciales 5G. Así pues, dada la importancia de las redes móviles 4G-LTE, y su avance y mejora con las redes 5G, resulta imprescindible que los titulados de Grado en Ingeniería Telemática puedan formarse en este tipo de tecnologías. En este contexto, resulta interesante el desarrollo y despliegue de prototipos de red donde los estudiantes puedan adquirir todos los conceptos relacionados con este tipo de redes. Por todos estos motivos, en el presente Proyecto se realiza el despliegue de un prototipo de red 4G-LTE conforme a las especificaciones oficiales del 3GPP (Third Generation Partnership Project o Proyecto Asociación de Tercera Generación) para su aplicación en un entorno didáctico, mediante la utilización del software libre y de código abierto OpenAirInterface. Para ello, se analiza toda la tecnología directamente relacionada: la tecnología LTE; la tecnología SDR (Software Defined Radio o Radio Definida por Software); y varias implementaciones software que permiten realizar el despliegue de un prototipo de red 4G-LTE, justificando la elección de la plataforma OpenAirInterface.

Abstract:

Mobile communications networks are a very important part of telecommunications networks nowadays, because of the number of users to whom services are provided, and the technologies and innovations that are developed and applied into them. So, from the release of the first global standards in mobile communications, with 2G and 3G networks, to 4G networks, with LTE (Long Term Evolution), LTE-Advanced (LTE-A) and LTE-Advanced Pro (LTE-A Pro) – the most important ones nowadays –, this kind of networks have become the paradigm of telematic networks, contributing as an essential tool in the technological development of the modern society. This development has been driven, above all, by the increasingly demanding requirements of users, focused on mobility and consumption of multimedia services. The current importance of 4G mobile communications networks, with LTE, LTE-A and LTE-A Pro, is supported by the reports and data presented by the GSM Alliance and the Global Mobile Suppliers Association (GSA). These data indicate that the number of total subscribers to this kind of networks surpassed 2.5 billion in the third quarter of 2017, the 32.4% of the total. According to estimates, by 2025 it is expected to become more than two thirds of the total. By that year, it is expected that the number of total subscriptions will increase to reach approximately 8 billion, more than the world’s population, driven by the first deployments 5G commercial networks. Therefore, given the importance of 4G-LTE mobile networks, and its development and improvement with 5G networks, it is essential that graduates of the Degree in Telematics Engineering can be trained in this kind of technologies. In this context, it is interesting the development and deployment of network prototypes where the students can acquire all the concepts related to this type of networks. For all these reasons, in the present Project, the deployment of a 4G-LTE network prototype in accordance with 3GPP (Third Generation Partnership Project) official specifications is carried out. This prototype will be applied in a didactic environment through the use of the free and open source OpenAirInterface software implementation. In order to accomplish it, all the directly related technology is analized: the LTE technology; the SDR (Software Defined Radio) technology; and several software implementations that allow the deployment of a 4G-LTE network prototype, justifying the election of the OpenAirInterface platform.