Ciclo de vida de IMT y redes 5G: arquitectura, diseño, despliegue y operaciones

Día 1

1. Introducción y Visión General del Ecosistema

• Perspectivas desde múltiples ángulos sobre el estándar 5G: negocios, normalización, implementación, transporte, RAN, Núcleo, DevOps.

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

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

2. Visión de IMT-2020

• El UE como motor de cambio y fuente de nuevos requisitos: ampliando la definición de UE para incluir IoT/mMTC (sensores), dispositivos RedCap (cámaras) y UAV (drones).

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

• Requisitos de frontera 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: Segmentación de Red, 5QI, CUPS, Computación de Borde Multiacceso (MEC) y Privacidad por Diseño.

3. Fundamentos Físicos de la Comunicación del UE con NG-RAN

• Conceptos radio fundamentales: Célula, Banda, Ancho de Canal.

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

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

4. Arquitectura NG-RAN

• División lógica del gNB en CU y DU.

• Opciones de División Funcional y sus implicaciones.

• O-RAN como marco alternativo/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 operaciones del UE en NG-RAN y el túnel 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 "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 hasta 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 IT clásica: HTTP/2, JSON, OAuth2.

• Mecanismos de comunicación de Funciones del Núcleo de Red: Solicitud-Respuesta vs. Suscribirse-Notificar.

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

• RNF como coordinador clave: Registro de Servicio, Descubrimiento de Servicio.

• (Visión General Conceptual) Arquitectura sin estado y almacenamiento de estado para cualquier NF usando UDSF.

• (Visión General Conceptual) Balanceo de carga y mecanismos de proxy vía SCP.

3. Ruta de Datos y Separación del Plano de Usuario

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

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

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

• Establecimiento de sesión PDU: Flujo de Llamada de Extremo a Extremo incluyendo asignación de Flujo QoS.

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

4. Gestión de Suscripciones, Identidad y Políticas de Servicio

• Bases de datos: UDR para datos estructurados y UDM para 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 vía BSF, una función clave para IMS/VoNR.

5. Segmentación de Red

• Introducción a la Segmentación de Red, configuración del parámetro identificador S-NSSAI.

• Mecanismos de selección de instancias AMF y SMF basados en perfil de servicio vía NSSF.

• Introducción a MEC, Clasificador de Enlace Ascendente (UL CL) / Punto de Ramificación en UPF.

6. Exposición Externa de 5GC y APIs

• SEPP para asegurar el tráfico de roaming.

• Acceso no 3GPP: tráfico de suscriptor que origina fuera de NG-RAN vía N3IWF.

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

7. Análisis de Escenarios Seleccionados de Extremo a Extremo

• Registro Inicial y Establecimiento de Sesión PDU: consulta a NRF, credenciales AUSF, obtención de suscripciones desde UDM y políticas desde PCF.

• Solicitud de Cambio de Ruta y procedimiento de reubicación de UPF para sesiones activas durante handover Inter-gNB.

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

• Paging y Solicitud de Servicio activada por la Red que despierta al UE por iniciativa de UPF en respuesta al tráfico descendente.

Día 3

1. Arquitectura de Transición

• Resumen de las arquitecturas EPC y E-UTRAN.

• Opciones de despliegue de 5G (Standalone SA y Non-Standalone EN-DC).

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 del Espectro) como mecanismo de compartición de espectro.

3. Telemetría, Contadores y Correlación de Datos

• Monitoreo de fenómenos mediante Contadores y su agregación en KPIs.

• Enfoques para evaluar la corrección de 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 (por ejemplo, "Célula Dormida").

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

5. Ingeniería del Caos y Solución de Problemas

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

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

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

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