IMT y Ciclo de vida de la red 5G: Arquitectura, diseño, despliegue y operaciones

Día 1

1. Introducción y visión general del ecosistema

• Perspectivas multifacéticas sobre el estándar 5G: negocio, estandarización, implementación, transporte, RAN, Núcleo y DevOps.

• Aclaración de conceptos relacionados: 5G, IMT-2020, NG-RAN, NR, 5GC y 5GS.

• Continuidad generacional de las redes móviles: evolución fluida de 4.5G a 5G dentro de las Liberaciones 15-17 de 3GPP.

2. Visión IMT-2020

• El UE como impulsor del cambio y fuente de nuevos requisitos: ampliación de la definición de UE para incluir IoT/mMTC (sensores), dispositivos RedCap (cámaras) y UAVs (drones).

• Limitaciones de 4G/LTE, falta de flexibilidad en la EPC y desafíos en las redes de transporte.

• Requisitos de vanguardia de eMBB, URLLC y mMTC: casos de uso y su impacto en RAN y Núcleo.

• Requisitos generales del sistema que definen la red 5G.

• Capacidades transversales: Slicing de Red, 5QI, CUPS, Multi-access Edge Computing (MEC) y Privacidad por Diseño.

3. Fundamentos físicos de la comunicación del UE con NG-RAN

• Conceptos básicos de radio: Celda, Banda, Ancho de canal.

• Fundamentos del acceso de red del UE: pila de protocolos de radio, MIB/SIB, mecanismo de selección de celda y Capa Física.

• Iniciación de la conexión: RACH (Msg 1-4), Paging y RRC.

4. Arquitectura NG-RAN

• División lógica de gNB en CU y DU.

• Opciones de división funcional y sus implicaciones.

• O-RAN como alternativa/marco de referencia y estándar para la interoperabilidad de RAN.

• Separación del Plano de Control y el Plano de Usuario.

• El protocolo RRC y su papel en la coordinación de las operaciones del UE en NG-RAN y el tunelamiento NAS.

5. Mecanismos y procedimientos de NG-RAN

• PDCP y Portadoras de Radio.

• Mediciones: configuración, reporte y utilización en otros procedimientos.

• Reconfiguración RRC como procedimiento clave para todas las operaciones de NG-RAN.

• Agregación de portadoras y combinación de bandas.

• El papel de AMF en la coordinación de NG-RAN, protocolo NGAP.

• Procedimientos de Handover (cambio de celda).

Día 2

1. Fundamentos de la red de transporte

• Complejidad de la ingeniería de transporte y desmitificación del mito de los "solo cables": IP/MPLS como tecnología central.

• División en Fronthaul, Midhaul y Backhaul: requisitos, expectativas y aplicaciones (incluyendo eCPRI).

• Mapeo de 5QI desde el dominio 5GS a la QoS del enrutador IP.

• Distribución y sincronización de tiempo y fase para la transmisión de radio utilizando PTP (IEEE 1588).

2. Dentro de la arquitectura SBA como base del 5GC

• Pila de TI clásica: HTTP/2, JSON, OAuth2.

• Mecanismos de comunicación de las Funciones de Núcleo de Red: Request-Response vs. Subscribe-Notify.

• NFs clave desde la perspectiva del manejo de acceso y terminación de tráfico desde NG-RAN: NRF, AMF, SMF, UPF.

• NRF como coordinador clave: Registro de Servicios, Descubrimiento de Servicios.

• (Visión general conceptual) Arquitectura sin estado y almacenamiento de estado para cualquier NF utilizando UDSF.

• (Visión general conceptual) Mecanismos de balanceo de carga y proxy mediante SCP.

3. Ruta de datos y separación del Plano de Usuario

• Flujo de datos desde el UE hasta el 5GC: correlación de las interfaces NG-RAN (N2, N3) con las NFs (AMF, SMF, UPF).

• AMF como puerta de entrada del Plano de Control (terminación y demultiplexado de la señalización NAS y NGAP).

• UPF como núcleo del Plano de Usuario: implementación del enrutamiento de datos de usuario y encapsulamiento de túneles GTP-U.

• Flujo de llamadas de Establecimiento de Sesión PDU: Flujo de llamada End-to-End incluyendo la asignación de QoS Flow.

• Interfaz N4 (protocolo PFCP), asignación de TEID y reglas (PDR, FAR) que vinculan el tráfico de radio con las Redes de Datos externas (DN).

4. Gestión de suscripciones, identidad y políticas de servicio

• Bases de datos: UDR para datos estructurados y UDM para la lógica de procesamiento de suscriptores.

• Proceso de autenticación 5G-AKA que involucra AUSF, intercambio de claves NAS y el mecanismo SUCI.

• PCF como gestor y distribuidor de políticas: políticas de sesión, movilidad y SLA.

• Vinculación de sesiones PDU a instancias de PCF mediante BSF — una función clave para IMS/VoNR.

5. Slicing de Red

• Introducción al Slicing de Red, configuración del parámetro identificador S-NSSAI.

• Mecanismos de selección de instancias de AMF y SMF basados en el perfil de servicio a través de NSSF.

• Introducción a MEC, Clasificador de enlace ascendente (UL CL) / Punto de ramificación en UPF.

6. Exposición externa del 5GC y APIs

• SEPP para asegurar el tráfico de roaming.

• Acceso no 3GPP: tráfico de suscriptores que origina fuera de NG-RAN a través de N3IWF.

• Exposición e integración con Funciones de Aplicación externas (AF) a través de NEF.

7. Análisis de escenarios seleccionados End-to-End

• Registro inicial y establecimiento de sesión PDU: consulta a NRF, credenciales de AUSF, obtención de suscripciones de UDM y políticas de PCF.

• Procedimiento de Solicitud de Cambio de Ruta (Path Switch Request) y reubicación de UPF para sesiones activas durante el handover Inter-gNB.

• Mecanismo de Clasificador de Enlace Ascendente (UL CL) a nivel de UPF y SMF para escenarios de MEC y enrutamiento Local Breakout (LBO).

• Paging y Solicitud de Servicio iniciada por la red que despierta al UE por iniciativa de UPF en respuesta al tráfico de enlace descendente.

Día 3

1. Arquitectura de transición

• Visión general de las arquitecturas EPC y E-UTRAN.

• Opciones de despliegue de 5G (SA Independiente y EN-DC No Independiente).

2. Coexistencia de 5GS y EPS

• Mecanismos de EPS Fallback y Redirección.

• Implementaciones híbridas (PGW-C+SMF y PGW-U+UPF).

• Interfaz N26 para procedimientos de Handover Inter-Sistema entre MME y AMF.

• Análisis de EN-DC como la variante dominante de MR-DC (Dualidad de Conectividad Multi-RAT).

• DSS (Compartición Dinámica de Espectro) como mecanismo de compartición de espectro.

3. Telemetría, contadores y correlación de datos

• Monitoreo de fenómenos mediante Contadores y agregación en KPIs.

• Enfoques para evaluar la corrección de los procedimientos: Ratio de Éxito, Ratio de Falla, valores absolutos vs. porcentuales.

• Correlación de eventos: seguimiento de procedimientos complejos que carecen de contadores dedicados.

• Normalización de datos y perspectiva más amplia sobre órdenes de magnitud.

4. Diagnóstico de anomalías y análisis de registros

• Identificación de problemas que sugieren errores de software o configuración (ej., "Celda Dormida").

• Desviaciones estadísticas y mapeo de Valores de Causa desde los protocolos 3GPP para identificar las causas raíz de las fallas.

5. Ingeniería del caos y solución de problemas

• Fundamentos de la gestión de una implementación 5GC de código abierto en un entorno dev/nube.

• Prueba del paradigma Cloud-Native: reemplazo de elementos de microservicios del núcleo sin interrumpir las operaciones.

• Inyección intencional de fallos y observación del comportamiento de failover.

• Simulación de degradación de NG-RAN y correlación de registros en el lado de AMF.