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

Día 1

1. Introducción y Visión General del Ecosistema

• Perspectivas multidimensionales del estándar 5G: negocios, normalización, implementación, transporte, RAN, Core, 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 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.

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

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

• Inicio de la conexión: RACH (Msg 1-4), Paging, 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 de referencia alternativo 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 tunelamiento NAS.

5. Mecanismos y Procedimientos NG-RAN

• PDCP y Radio Bearers.

• 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.

Día 2

1. Fundamentos de la Red de Transporte

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

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

• Mapeo del 5QI del dominio 5GS al QoS del router IP.

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

2. Interior de la Arquitectura SBA como Base del 5GC

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

• Mecanismos de comunicación entre Funciones de Red Central: 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) Balanceo de carga y mecanismos de proxy mediante SCP.

3. Camino 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 de enrutamiento de datos de usuario y encapsulación de túneles GTP-U.

• Flujo de llamada para el Establecimiento de Sesión PDU: Flujo de Llamada de Extremo a Extremo incluyendo asignación de QoS Flow.

• Interfaz N4 (protocolo PFCP), asignación de TEID y reglas (PDR, FAR) que vinculan el tráfico radio a 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 involucrando 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 mediante BSF — una característica clave para IMS/VoNR.

5. 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 mediante NSSF.

• Introducción a MEC, Uplink Classifier (UL CL) / Punto de Ramificación en UPF.

6. Exposición Externa de 5GC y APIs

• SEPP para la seguridad del tráfico de roaming.

• Acceso No-3GPP: tráfico de suscriptores que se origina fuera de NG-RAN vía N3IWF.

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

7. Análisis de Escenarios Específicos 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 el 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 Iniciada por la Red para despertar el UE por iniciativa de UPF en respuesta al tráfico descendente (downlink).

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 la variante dominante de MR-DC (Multi-RAT Dual Connectivity).

• DSS (Dynamic Spectrum Sharing) como mecanismo de compartimiento 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: Success Ratio, Failure Ratio, valores absolutos vs. porcentajes.

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

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

4. Diagnóstico de Anomalías y Análisis de Registros

• Identificación de problemas que sugieren errores de software o configuración (ej. "Sleeping Cell").

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

5. Ingeniería del Caos y Solución de Problemas

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

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