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

Día 1

1. Introducción y Visión General del Ecosistema

• Perspectivas multangulares del estándar 5G: negocios, estandarización, implementación, transporte, RAN, Núcleo 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 (equipo de usuario) como impulsor del cambio y fuente de nuevos requisitos: expansión 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 fronterizos de eMBB, URLLC y mMTC: casos de uso y su impacto en RAN y Núcleo.

• Requisitos del 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 UE con NG-RAN

• Conceptos básicos de radio: Célula, 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 Célula y Capa Física.

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

4. Arquitectura NG-RAN

• División lógica de la gNB en CU y DU.

• Opciones de División Funcional (Functional Split) y sus implicaciones.

• O-RAN como marco de referencia/alternativa 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 NG-RAN

• PDCP y Portadoras de Radio (Radio Bearers).

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

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

• Agregación de Portadoras (Carrier Aggregation) y Combinación de Bandas (Band Combination).

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

• Procedimientos de Handover (cambio de celda).

Día 2

1. Fundamentos de la Red de Transporte

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

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

• Mapa de 5QI desde el dominio 5GS a la QoS del enrutador IP.

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

2. Dentro de la Arquitectura SBA como base del 5GC

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

• Mecanismos de comunicación entre Funciones de Red Principal (NF): 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 sin estado 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 Plano de Usuario

• Flujo de datos desde UE hasta 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 desmultiplexado de señalización NAS y NGAP).

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

• Flujo de llamadas para el Establecimiento de Sesión PDU: Flujo de Llamada de Extremo a Extremo incluyendo la 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 la lógica de procesamiento de suscriptores.

• Proceso de autenticación 5G-AKA que involucra AUSF, intercambio de claves NAS y el mecanismo SUCI.

• PCF como administrador 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. Particionamiento 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 (Uplink Classifier / UL CL) / Punto de Rama en UPF.

6. Exposición Externa de 5GC y APIs

• SEPP para asegurar el tráfico de roaming.

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

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

7. Análisis de Escenarios de Extremo a Extremo Seleccionados

• Registro Inicial y Establecimiento de Sesión PDU: consulta a NRF, credenciales AUSF, recuperación 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 de Clasificador de Enlace Ascendente (UL CL) a niveles de UPF y SMF para escenarios MEC y enrutamiento de Local Breakout (LBO).

• Paginación y Solicitud de Servicio Iniciada por la Red para despertar al UE en la iniciativa de UPF en respuesta al tráfico de enlace descendente.

Día 3

1. Arquitectura Transicional

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

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

2. Convivencia 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 entre Sistemas entre MME y AMF.

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

• DSS (Dynamic Spectrum Sharing) como mecanismo de compartición 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: Ratio de Éxito, Ratio de Fallo, 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 (por ejemplo, "Célula Dormida").

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

5. Ingeniería del Caos y Solución de Problemas

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

• Pruebas del paradigma Cloud-Native: reemplazo de elementos de microservicios del núcleo sin interrumpir las operaciones.

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

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