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

Día 1

1. Introducción y visión general del ecosistema

• Perspectivas desde múltiples ángulos 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 motor de 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 en EPC y desafíos de la red de transporte.

• Requisitos de frontera 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: Rebanado de Red (Network Slicing), 5QI, CUPS, Computación en el Borde Multiacceso (MEC) y Privacidad por Diseño.

3. Fundamentos físicos de la comunicación UE con NG-RAN

• Conceptos radioelétricos fundamentales: Celda, Banda, Ancho de Canal.

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

• Iniciación de la conexión: RACH (Msg 1-4), Paginación, 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 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 encapsulamiento (tunneling) de NAS.

5. Mecanismos y procedimientos NG-RAN

• PDCP y Transportadoras de Radio (Radio Bearers).

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

• Procedimientos de cambio de celda (Handover).

Día 2

1. Fundamentos de la red de transporte

• Complejidad de la ingeniería de transporte y deconstruyendo el mito de los "simplemente cables": IP/MPLS como tecnología central.

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

• Mapa del 5QI desde el dominio 5GS al 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 IT clásica: HTTP/2, JSON, OAuth2.

• Mecanismos de comunicación de Funciones de Núcleo de Red: Solicitud-Respuesta vs. Suscribirse-Notificar.

• Funciones 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 conceptual) Arquitectura sin estado y almacenamiento de estado para cualquier NF utilizando UDSF.

• (Visión conceptual) Balanceo de carga y mecanismos de proxy vía 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 NFs (AMF, SMF, UPF).

• AMF como puerta de entrada del 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 encapsulamiento de túneles GTP-U.

• Flujo de llamada de Establecimiento de Sesión PDU: Flujo de Llamada de Extremo a Extremo incluyendo asignación de Flujo 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 suscripción, identidad y políticas de servicio

• Bases de datos: UDR para datos estructurados y UDM para lógica de procesamiento del suscriptor.

• Proceso de autenticación 5G-AKA que involucra 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 Enlace Ascendente (UL CL) / Punto de Ramificación en UPF.

6. Exposición externa de 5GC y APIs

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

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

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

7. Análisis de escenarios seleccionados de extremo a extremo

• Registro Inicial y Establecimiento de Sesión PDU: consulta a NRF, credenciales de AUSF, recuperación de suscripciones de UDM y políticas de PCF.

• Solicitud de Cambio de Ruta y procedimiento de reubicación UPF para sesiones activas durante el cambio de celda inter-gNB.

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

• Despertar del UE mediante Paginación y Solicitud de Servicio Activada por la Red, iniciativa de UPF en respuesta al tráfico de enlace descendente.

Día 3

1. Arquitectura de transición

• Visión general 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 Redirección.

• Implementaciones híbridas (PGW-C+SMF y PGW-U+UPF).

• Interfaz N26 para procedimientos de Cambio de Celda Inter-Sistema entre MME y AMF.

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

• DSS (Compartición Dinámica del Espectro) 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 correcta ejecución de procedimientos: Ratio de Éxito, Ratio 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 causas raíz de los fallos.

5. Ingeniería del caos y solución de problemas

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

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

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

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