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

Día 1

1. Introducción y visión general del ecosistema

• Perspectivas múltiples 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 versiones 15–17 de 3GPP.

2. Visión IMT-2020

• El equipo de usuario (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 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, Computación en el borde multiacceso (MEC) y Privacidad por diseño.

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

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

• Fundamentos del acceso a la red UE: pila de protocolos 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 de NG-RAN

• PDCP y Portadoras radio.

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

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

• Agregación de portadoras y combinación de bandas.

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

• Procedimientos de handover (conmutación).

Día 2

1. Fundamentos de la red de transporte

• Complejidad de la ingeniería de transporte y deconstrucción 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 al QoS del router IP.

• Distribución y sincronización de tiempo y fase para la transmisión radio usando 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 funciones de red de núcleo: Solicitud-Respuesta vs. Suscripción-Notificación.

• 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 conceptual) Arquitectura sin estado (stateless) y almacenamiento de estado para cualquier NF usando UDSF.

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

• AMF como pasarela de entrada para el plano de control (terminación y desmultiplexado 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.

• Flujo de llamada para el establecimiento de sesión PDU: Flujo de llamada de extremo a extremo incluida la asignación de flujo QoS.

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

4. Gestión de suscripciones, identidad y políticas de servicio

• Base 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 PCF a través de BSF — una función clave para IMS/VoNR.

5. Rebanado de red (Network Slicing)

• 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, Clasificador de enlace ascendente (UL CL) / Punto de bifurcación en UPF.

6. Exposición externa de 5GC y APIs

• SEPP para asegurar el tráfico de itinerancia (roaming).

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

• Exposición e integración con Funciones de Aplicación (AF) externas a través de 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 un handover inter-gNB.

• Mecanismo del Clasificador de enlace ascendente (UL CL) en los niveles UPF y SMF para escenarios MEC y enrutamiento Local Breakout (LBO).

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

Día 3

1. Arquitectura de transición

• Visión general 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 EPS Fallback y Redirect.

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

• Interfaz N26 para procedimientos de Inter-System Handover 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 a través de Contadores y su agregación en KPIs.

• Enfoques para evaluar la correcta ejecución 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 amplia sobre órdenes de magnitud.

4. Diagnóstico de anomalías y análisis de registros

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

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

5. Ingeniería del caos y solución de problemas (troubleshooting)

• Fundamentos para gestionar 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 fallas y observación del comportamiento de conmutación por error (failover).

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