El despliegue de la tecnología 5G va a permitirnos proporcionar mejoras en la velocidad de la red, capacidad de conectividad masiva de dispositivos, y una reducción en la latencia. Este último aspecto es uno de los más revolucionarios dentro de 5G por el impacto que supone poder proporcionar una nueva generación de servicios de alta calidad conversacionales (tipo videoconferencias) o los que requieran un elevado compromiso en el tiempo de respuesta (como es el control remoto de aparatos para la conducción autónoma de todo tipo de vehículos, en cirugía o la comunicación maquina a máquina).

Las redes 4G consiguen ofrecer latencias de 50 ms, pero en 5G trabajamos para poder obtener 1 ms. Esta diferencia es crucial. En el siguiente enlace, Nokia nos muestra un experimento donde se comparan los resultados empleando una red 4G y otra 5G: https://www.youtube.com/watch?v=_B-otIZEGnQ.  En este otro enlace, podremos ver detalles técnicos del anterior experimento: https://www.youtube.com/watch?v=nNIRV8Xr19A. Apreciaremos que el caudal de la red no tiene por qué ser especialmente elevado, solamente exigimos que la latencia sea baja.

Estos ejemplos permiten demostrar la importancia de la latencia en la provisión de los servicios. Por este motivo, vamos a descubrir y comprender la manera de reducir la latencia en la provisión de los servicios.

En general, la latencia es la suma de retardos causados por la red. Los usuarios percibimos la latencia extremo-a-extremo de nuestras comunicaciones, es decir el tiempo que la red necesita para transportar la información que hemos solicitado.

Podemos diferenciar 3 componentes en la latencia:

  • El retardo por propagación: Es el causado por la distancia, y, por tanto, corresponde al viaje que deben efectuar las señales para alcanzar el destino. Podemos calcularlo como la distancia dividida por la velocidad de propagación de la señal. Dicha velocidad depende del material que atraviesa (en el vacío es la velocidad de la luz, en un cable de cobre se suele asumir 2/3 de la velocidad de la luz). Por ejemplo, si queremos transmitir una señal a unos 1000 km (desde Barcelona hasta Paris), el tiempo requerido con una fibra óptica es de unos 3,3 ms, valor que es algo superior al que se espera para 5G. Pero si la distancia fuera de Barcelona a Nueva York, el retardo por propagación ya sería de unos 20 ms. Por lo tanto, debemos comprender que para aprovechar las ventajas de 5G, las distancias entre los usuarios y los servidores no deben ser superiores a los 300 km. Y ello evidentemente afecta al tramo de red fija que tengamos.
  • Retardo por transmisión: Es el debido al tiempo necesario para situar los bits de los paquetes en el medio. Por lo tanto, es inversamente proporcional a la velocidad del canal, en bit/s. En particular, para un paquete de tamaño P bits en una red de velocidad R bit/s, el retardo por transmisión sería de P/R segundos. Si consideramos paquetes de 1500 bytes en una red a 1 Gbit/s, el tiempo es de 0,012 ms. Es decir, no parece que en general debamos preocuparnos por esta componente en las redes 5G.
  • Retardo por procesamiento: Es el causado por todos los nodos que procesan la información (enrutadores, cortafuegos, o cualquier otro), incluyendo las colas de espera a las que la información transmitida se vea sometida y los tiempos para acceder al canal de datos. Los tiempos son altamente dependientes de los equipos, por lo tanto, es necesario poner especial atención en su elección y configuración cuando deban emplearse en entornos 5G.

Entonces, ¿cuáles de estas componentes son susceptibles de ser optimizadas? Por supuesto, si la distancia entre emisor y receptor no cambia, no podremos reducir el retardo por propagación. Pero el retardo por transmisión sí puede ser mejorado usando una mayor velocidad de transmisión R, aunque el realmente significativo será el de procesamiento, para lo cual deberemos poner cuidado en elegir dispositivos que empleen algoritmos eficientes o procesadores potentes.

Lo que resulta evidente es que la latencia tiene componentes que no están relacionadas con la velocidad. Es decir, podemos tener conexiones de alta velocidad con latencias muy grandes, o también conexiones de baja capacidad, pero con latencias muy bajas.

¿Como nos afecta en la red fija asociada a 5G? Teniendo en cuenta que los usuarios o los servicios con toda probabilidad vamos a estar usando parte de red fija, es fundamental no olvidar las restricciones que garanticen las prestaciones esperadas.

Concluimos este blog con unas cuestiones abiertas, que esperamos sean estimulantes para divisar las problemáticas que están apareciendo en los despliegues de 5G:

¿Cuan separados pueden estar los 2 participantes (o un usuario que recibe un servicio desde un servidor) en una comunicación en la que la latencia sea crítica? Teniendo en cuenta las topologías de la parte radio 5G, ¿cuál es la máxima distancia de red fija?

¿Cómo afecta la latencia a la ubicación de servidores que deban dar servicio a los usuarios 5G? ¿Puede ser útil disponer de servidores distribuidos en el territorio (es decir, no concentrados en Centros de Datos)?

Autor

Xavier Hesselbach

Profesor del Máster en Sistemas de Comunicaciones Móviles de la Universidad Internacional de Valencia