IMT y Ciclo de Vida de la Red 5G: Arquitectura, Diseño, Despliegue y Operaciones

Día 1

1. Introducción y Visión General del Ecosistema

• Perspectivas multinivel sobre el estándar 5G: negocio, 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 como motor del cambio y fuente de nuevos requisitos: ampliando 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 de vanguardia 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, Computación en el Borde Multiacceso (MEC) y Privacidad por Diseño.

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

• Conceptos radiofundamentales: Celda, Banda, Ancho de Canal.

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

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

4. Arquitectura NG-RAN

• División lógica de gNB en CU y DU.

• Opciones de Split funcional y sus implicaciones.

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

• Separación de Plan de Control y Plan de Usuario.

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

5. Mecanismos y Procedimientos de NG-RAN

• PDCP y Transportes de Radio (Radio Bearers).

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

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

• Aggregate Carrier y Combinación de Bandas.

• El papel 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 desmontando el mito de los "solo cables": IP/MPLS como tecnología central.

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

• Mapa de 5QI desde el dominio 5GS a QoS en routers IP.

• Distribución y sincronización de tiempo y fase para 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 Núcleo: Solicitud-Respuesta vs. Suscripción-Notificación.

• Funciones NF 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 Servicios, Descubrimiento de Servicios.

• (Visión General Conceptual) Arquitectura sin estado 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 a 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 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 Llamada de Extremo a Extremo incluida la asignación de Flujos QoS.

• Interfaz N4 (protocolo PFCP), asignación 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 a instancias PCF vía BSF, una función 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 perfil de servicio vía NSSF.

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

6. Exposición Externa de 5GC y APIs

• SEPP para asegurar el tráfico de itinerancia (roaming).

• Acceso No-3GPP: tráfico de suscriptores originado 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 AUSF, obtención de suscripciones desde UDM y políticas desde PCF.

• Solicitud de Conmutación de Ruta y procedimiento de reubicación de UPF para sesiones activas durante el Handover Inter-gNB.

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

• Paging y Solicitud de Servicio Disparada por la Red que despierta al UE a iniciativa de UPF en respuesta al tráfico de bajada (downlink).

Día 3

1. Arquitectura Transitoria

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

• Opciones de despliegue de 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 Handover Inter-Sistema entre MME y AMF.

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

• DSS (Compartición Dinámica de Espectro) 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 Fallo, valores absolutos vs. porcentuales.

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

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

4. Diagnóstico de Anomalías y Análisis de Registros (Logs)

• 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 los fallos.

5. Ingeniería del Caos y Solución de Problemas

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

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

• Inyección intencional de fallos y observación del comportamiento de conmutación de fallo (failover).

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