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

Día 1

1. Introducción y visión general del ecosistema

• Perspectivas multidimensionales del estándar 5G: negocio, estandarización, implementación, transporte, RAN, Núcleo (Core) y 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 la EPC y desafíos de la red de transporte.

• Requisitos de frontera de eMBB, URLLC y mMTC: casos de uso y su impacto en la RAN y el Núcleo.

• Requisitos generales del sistema que definen la red 5G.

• Capacidades transversales: Rebanado de Red (Network Slicing), 5QI, CUPS, Computación de Borde Multiacceso (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 red del UE: pila de protocolos de radio, MIB/SIB, mecanismo de Selección de Celda y Capa Física.

• Inicio de la conexión: RACH (Msg 1-4), Paginación (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 del UE en NG-RAN y el túnel NAS.

5. Mecanismos y procedimientos de NG-RAN

• PDCP y portadores 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 papel de AMF en la coordinación de NG-RAN, protocolo NGAP.

• Procedimientos de conmutación (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 a la QoS del router 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: Solicitud-Respuesta vs. Suscripción-Notificación.

• Funciones de red (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) Mecanismos de balanceo de carga y proxy vía SCP.

3. Ruta de datos y separación del Plano de Usuario

• Flujo de datos desde 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 desmultiplexación de señalización NAS y NGAP).

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

• Flujo de llamadas para el Establecimiento de Sesión PDU: Flujo de Llamada de Extremo a Extremo incluyendo la asignación de Flujo 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 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 a instancias PCF vía BSF — una característica clave para IMS/VoNR.

5. Rebanado de Red (Network Slicing)

• Introducción al Rebanado de Red, configuración del parámetro identificador S-NSSAI.

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

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

6. Exposición externa de 5GC y API

• SEPP para asegurar el tráfico de itinerancia.

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

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

7. Análisis de escenarios extremos seleccionados

• Registro Inicial y Establecimiento de Sesión PDU: consulta a NRF, credenciales de 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 la conmutación inter-gNB.

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

• Paginación (Paging) y Solicitud de Servicio activada por la red, despertando el UE por iniciativa de UPF en respuesta a tráfico de enlace descendente.

Día 3

1. Arquitectura transitoria

• Visión general de las arquitecturas EPC y E-UTRAN.

• Opciones de despliegue 5G (Independiente SA y No Independiente 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 Conmutación entre Sistemas entre MME y AMF.

• Análisis de EN-DC como la variante dominante de MR-DC (Conectividad Dual Multi-RAT).

• DSS (Compartición Dinámica de Espectro) como mecanismo de compartir 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: Tasa de Éxito, Tasa de Fallo, valores absolutos vs. porcentajes.

• 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., "Celda Dormida").

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

5. Ingeniería del caos y resolución de problemas

• 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 (failover).

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