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

Día 1

1. Introducción y visión general del ecosistema

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

• Desmitificando 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 Releases 15–17 de 3GPP.

2. Visión IMT-2020

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

• Limitaciones de 4G/LTE, falta de flexibilidad de EPC y desafíos de la red 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: Network Slicing, 5QI, CUPS, Multi-access Edge Computing (MEC) y Privacy by Design.

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

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

• Fundamentos del acceso de red 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, RRC.

4. Arquitectura NG-RAN

• División lógica de 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 UE en NG-RAN y el túnel NAS.

5. Mecanismos y procedimientos NG-RAN

• PDCP y portadores de radio.

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

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

• Agregación de portadores y combinación de bandas.

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

• Procedimientos de handover.

Día 2

1. Fundamentos de la red de transporte

• Complejidad de la ingeniería de transporte y desconstruction 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 QoS en enrutadores IP.

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

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

• Pila IT clásica: HTTP/2, JSON, OAuth2.

• Mecanismos de comunicación de funciones de red de núcleo: Request-Response vs. Subscribe-Notify.

• NF 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 usando UDSF.

• (Visión general conceptual) Balanceo de carga y mecanismos de proxy a través de SCP.

3. Ruta de datos y separación del plano de usuario

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

• AMF como puerta de entrada para el plano de control (terminación y demultiplexación de señalización NAS y NGAP).

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

• Flujo de llamadas para el establecimiento de sesión PDU: Flujo de llamada de extremo a extremo incluyendo asignación de flujos QoS.

• Interfaz N4 (protocolo PFCP), asignación 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 administrador y distribuidor de políticas: políticas de sesión, movilidad y SLA.

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

5. Network Slicing (Rebanado de red)

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

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

• Introducción a MEC, Uplink Classifier (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 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 de extremo a extremo

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

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

• Mecanismo Uplink Classifier (UL CL) en niveles UPF y SMF para escenarios MEC y enrutamiento Local Breakout (LBO).

• Paging y Solicitud de Servicio activada por la red para despertar al UE por iniciativa de UPF en respuesta a tráfico descendente.

Día 3

1. Arquitectura transicional

• Resumen de las arquitecturas EPC y E-UTRAN.

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

2. Coexistencia de 5GS y EPS

• Mecanismos de EPS Fallback y Redirect.

• 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 variante dominante de MR-DC (Dual conectividad Multi-RAT).

• DSS (Dynamic Spectrum Sharing) como mecanismo de compartir espectro.

3. Telemetría, contadores y correlación de datos

• Monitoreo de fenómenos a través de Contadores y agregación en KPIs.

• Enfoques para evaluar la corrección de procedimientos: Tasa de éxito, Tasa de fracaso, valores absolutos vs. porcentajes.

• Correlación de eventos: rastreo de procedimientos complejos sin 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 de protocolos 3GPP para identificar causas raíz de fallos.

5. Ingeniería del caos y resolución de problemas

• Fundamentos para gestionar una implementación 5GC de código abierto en un entorno dev/cloud.

• Prueba del paradigma Cloud-Native: reemplazo de elementos de microservicios 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 AMF.