image: RUDN University mathematicians have developed a model for calculating the density of 5G stations needed to achieve the required network parameters. view more
Credit: RUDN Unviersity
Unos matemáticos de RUDN University han desarrollado un modelo que permite calcular cuántas estaciones 5G deben instalarse para lograr los parámetros de red requeridos. Los resultados han sido publicados en Computer Communications.
Una de las tecnologías en las que se basa el nuevo estándar de comunicación 5G es la segmentación de redes (network slicing, NS). Varias redes virtuales o "capas" se implementan en una infraestructura física (las mismas estaciones base). Cada capa se asigna a un grupo diferente de usuarios, dispositivos o aplicaciones. Para segmentar la red se necesita la tecnología NR (New Radio) que opera en las bandas milimétricas. La mayor parte de la investigación en esta área tiene como objetivo la creación de una infraestructura para las estaciones NR, la que proporcionaría un rebanado de red caso por caso. Unos matemáticos de RUDN University fueron los primeros en desarrollar un método teórico general que ayuda a calcular la densidad con la que deben instalarse las estaciones base NR para segmentar la red con los parámetros dados de calidad de servicio del abonado.
"El concepto de segmentación de redes simplificará enormemente la entrada al mercado de los operadores de redes móviles virtuales y proporcionará una calidad diferenciada de servicios de red. Este es un cambio de paradigma importante en el mundo de las comunicaciones celulares, pues permitirá la creación de estructuras de red de múltiples capas, similares a las de la Internet moderna. Varios usuarios o servicios podrán utilizar los recursos al mismo tiempo", dijo Ekaterina Lisovskaya, Doctora en Física y Matemáticas, investigadora junior del Centro Científico de Análisis Probabilístico Aplicado de RUDN University.
Al desarrollar el algoritmo, los matemáticos de RUDN University utilizaron un modelo de "ciudad" donde se distribuyeron estaciones base NR con cierta densidad. Las estaciones tenían tres antenas, cada una cubriendo 120 grados. Los peatones se distribuyeron aleatoriamente por la ciudad: usuarios de dispositivos que usaban una red de comunicación celular 5G que operaba en el rango de frecuencia milimétrica (30-100 GHz). Se movían y podían superponerse entre sí con una línea de comunicación directa con la estación base. Cada antena tenía un radio de alcance efectivo: no hubo problemas de conexión dentro de él, incluso si la línea de comunicación directa estaba bloqueada. Los matemáticos de RUDN University determinaron la dependencia de las características de la red en función de la densidad de emplazamiento de las estaciones.
Para verificar la precisión del modelo desarrollado, los matemáticos utilizaron simulación por computadora. Los resultados de los cálculos teóricos y experimentales coincidieron. El modelo desarrollado muestra, por ejemplo, cómo la densidad de emplazamiento de las estaciones afecta el modo de compartir los recursos de la red desde el aislamiento total hasta una superposición completa. El primer caso asume que cada capa tiene su propio rango de frecuencias de un ancho fijo; en el segundo caso, las frecuencias de las capas están completamente superpuestas entre sí. El segundo caso es más complicado desde el punto de vista técnico, pero aumenta la eficiencia del uso de recursos de la red física. Los matemáticos de RUDN University investigaron estos modos como dos casos "extremos" de la implementación de la red; en problemas reales, generalmente se requiere alguna implementación intermedia. Se encontró que la diferencia en la frecuencia de torres entre estas implementaciones extremas es pequeña: una torre por cada 10.000 metros cuadrados.
"El modo de aislamiento total de capas puede cambiar drásticamente a superposición completa, dependiendo de la densidad de estaciones NR. Sin embargo, se puede cambiar la densidad requerida cambiando los parámetros del sistema. En la práctica, esto significa que en la etapa inicial de penetración en el mercado, se puede utilizar el modo de aislamiento total sin comprometer el rendimiento de la red. Y en el futuro, nuevos esquemas mejorados ayudarán a reducir los costos de los operadores para el despliegue de redes", expresó Ekaterina Lisovskaya, Doctora en Física y Matemáticas, investigadora junior del Centro Científico de Análisis Probabilístico Aplicado de RUDN University.
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