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

Día 1

1. Introducción y visión general del ecosistema

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

• Desmistificación 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 Release 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 UAV (drones).

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

• Requisutos de frontera de eMBB, URLLC y mMTC: casos de uso y su impacto en RAN y Core.

• Requisitos de sistema general que definen la red 5G.

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

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

• Conceptos radioelementales: Celda, Banda, Ancho de canal.

• Fundamentos del acceso de la UE a la red: pila de protocolos radio, MIB/SIB, mecanismo de selección de celda y capa física.

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

4. Arquitectura NG-RAN

• División lógica de la gNB en CU y DU.

• Opciones de Functional Split y sus implicaciones.

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

• Separación de Plan de Control y Plan de Usuario.

• Protocolo RRC y su rol en la coordinación de operaciones de 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 rol de AMF en la coordinación de NG-RAN, protocolo NGAP.

• Procedimientos de handover.

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 hacia QoS de enrutadores IP.

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

2. En el interior de la arquitectura SBA como base de 5GC

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

• Mecanismos de comunicación de las funciones de Core: 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 stateless y almacenamiento de estado para cualquier NF utilizando UDSF.

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

3. Ruta de datos y separación del Plan 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 Plan de Control (terminación y demultiplexado de señalización NAS y NGAP).

• UPF como core del Plan de Usuario: implementación del enrutamiento de datos de usuario y encapsulación 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 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 la lógica de procesamiento de suscriptores.

• Proceso de autenticación 5G-AKA que involucra a 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 con instancias PCF a través de BSF: una función clave para IMS/VoNR.

5. Network Slicing

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

• Mecanismos de selección de instancias AMF y SMF basados en 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 (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 de AUSF, obtención de suscripciones de UDM y políticas de PCF.

• Solicitud de conmutación de ruta (Path Switch Request) y procedimiento de reubicación de UPF para sesiones activas durante el handover Inter-gNB.

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

• Despertar de UE mediante Paginación y Solicitud de Servicio desencadenada por la red a iniciativa de UPF en respuesta a tráfico de downlink.

Día 3

1. Arquitectura transitoria

• Visión general 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 Redirección.

• 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 (Multi-RAT Dual Connectivity).

• DSS (Dynamic Spectrum Sharing) 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 procedimientos: Ratio de éxito, Ratio de fallas, 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 (p. ej., "Sleeping Cell").

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

5. Ingeniería del caos y solución 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 core 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.