IMT y ciclo de vida de redes 5G: Arquitectura, Diseño, Despliegue y Operaciones

Día 1

1. Introducción y Visión General del Ecosistema

• Perspectivas multifacéticas sobre el estándar 5G: negocios, 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 Release 15–17 de 3GPP.

2. Visión de IMT-2020

• El UE (Equipo de Usuario) como motor de 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 de EPC y desafíos en redes de transporte.

• Requisitos avanzados 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 Privacidad por Diseño.

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

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

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

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

4. Arquitectura NG-RAN

• División lógica de gNB en CU y DU.

• Opciones de Funcional Split y sus implicaciones.

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

• Separación del Plan de Control y el Plan de Usuario.

• Protocolo RRC y su papel en la coordinación de operaciones del UE en NG-RAN y túneles NAS.

5. Mecanismos y Procedimientos de NG-RAN

• PDCP y Radio Bearers.

• Mediciones: configuración, informe 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 Redes de Transporte

• Complejidad de la ingeniería de transporte y desmontando el mito de "solo son 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 routers IP.

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

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

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

• Mecanismos de comunicación de Funciones del Núcleo de Red: Request-Response vs. Subscribe-Notify.

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

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

• (Visión General Conceptual) Arquitectura Stateless 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 Plan de Usuario

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

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

• UPF como núcleo del Plan de Usuario: implementación de enrutamiento de datos de usuario y encapsulación de túneles GTP-U.

• Flujo de llamadas de Establecimiento de Sesión PDU: Flujo de Llamadas de Extremo a Extremo incluyendo asignación de Flujos QoS.

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

5. Network Slicing (Segmentación de Red)

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

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

• Introducción a MEC, Clasificador de Subida (UL CL) / Punto de Bifurcación en UPF.

6. Exposición Externa de 5GC y APIs

• SEPP para asegurar el tráfico de roaming.

• Acceso No-3GPP: tráfico de suscriptor que se 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 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 un handover Inter-gNB.

• Mecanismo de Clasificador de Subida (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 al UE por iniciativa de UPF en respuesta a tráfico de bajada.

Día 3

1. Arquitectura de Transición

• Resumen de arquitecturas EPC y E-UTRAN.

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

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 (Multi-RAT Dual Connectivity).

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

3. Telemetría, Contadores y Correlación de Datos

• Monitoreo de fenómenos vía Contadores y agregación en KPIs.

• Enfoques para evaluar la corrección de procedimientos: Ratio de Éxito, Ratio de Fallo, valores absolutos vs. porcentuales.

• Correlación de eventos: seguimiento de procedimientos complejos carentes de contadores dedicados.

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

4. Diagnóstico de Anomalías y Análisis de Logs

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

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

5. Ingeniería de Caos y Solución de Problemas

• Fundamentos de gestión de 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 operaciones.

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

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