Curso de IMT e Ciclo de Vida da Rede 5G: Arquitetura, Design, Implantação e Operações

Dia 1

1. Introdução e Visão Geral do Ecossistema

• Perspectivas multilaterais do padrão 5G: negócios, padronização, implementação, transporte, RAN, Core e DevOps.

• Desmistificando conceitos relacionados: 5G, IMT-2020, NG-RAN, NR, 5GC e 5GS.

• Continuidade geracional das redes móveis: evolução suave da 4.5G para a 5G nas Releases 15–17 da 3GPP.

2. Visão da IMT-2020

• O UE como motor de mudanças e fonte de novos requisitos: expandindo a definição de UE para incluir IoT/mMTC (sensores), dispositivos RedCap (câmeras) e UAVs (drones).

• Limitações da 4G/LTE, falta de flexibilidade da EPC e desafios da rede de transporte.

• Requisitos de fronteira de eMBB, URLLC e mMTC: casos de uso e seu impacto na RAN e no Core.

• Requisitos gerais do sistema definindo a rede 5G.

• Capacidades transversais: Network Slicing, 5QI, CUPS, Multi-access Edge Computing (MEC) e Privacy by Design.

3. Fundamentos Físicos da Comunicação do UE com a NG-RAN

• Conceitos básicos de rádio: Célula, Banda, Largura de Canal.

• Fundamentos do acesso à rede do UE: pilha de protocolos de rádio, MIB/SIB, mecanismo de Seleção de Célula e Camada Física.

• Iniciação da conexão: RACH (Msg 1-4), Paging e RRC.

4. Arquitetura da NG-RAN

• Divisão lógica do gNB em CU e DU.

• Opções de Functional Split e suas implicações.

• O-RAN como alternativa/estrutura de referência e padrão para interoperabilidade de RAN.

• Separação do Plano de Controle e do Plano de Usuário.

• O protocolo RRC e seu papel na coordenação das operações do UE na NG-RAN e no tunelamento NAS.

5. Mecanismos e Procedimentos da NG-RAN

• PDCP e Radio Bearers.

• Medições: configuração, relatórios e utilização em outros procedimentos.

• RRC Reconfiguration como procedimento-chave para todas as operações da NG-RAN.

• Carrier Aggregation e Band Combination.

• O papel do AMF na coordenação da NG-RAN e o protocolo NGAP.

• Procedimentos de Handover.

Dia 2

1. Fundamentos da Rede de Transporte

• Complexidade da engenharia de transporte e desconstruindo o mito de "só cabos": IP/MPLS como tecnologia central.

• Divisão em Fronthaul, Midhaul e Backhaul: requisitos, expectativas e aplicações (incluindo eCPRI).

• Mapeamento do 5QI do domínio 5GS para QoS do roteador IP.

• Distribuição e sincronização de tempo e fase para transmissão de rádio utilizando PTP (IEEE 1588).

2. Por Dentro da Arquitetura SBA como Fundação do 5GC

• Stack IT clássico: HTTP/2, JSON, OAuth2.

• Mecanismos de comunicação das Funções de Rede Core: Request-Response vs. Subscribe-Notify.

• NFs-chave na perspectiva de tratamento de acesso e terminação de tráfego da NG-RAN: NRF, AMF, SMF, UPF.

• NRF como coordenador-chave: Service Registration e Service Discovery.

• (Visão Conceitual) Arquitetura stateless e armazenamento de estado para qualquer NF usando UDSF.

• (Visão Conceitual) Balanceamento de carga e mecanismos de proxy via SCP.

3. Caminho de Dados e Separação do Plano de Usuário

• Fluxo de dados do UE para o 5GC: correlação das interfaces da NG-RAN (N2, N3) com as NFs (AMF, SMF, UPF).

• AMF como porta de entrada para o Plano de Controle (terminação e desmultiplexagem de sinalização NAS e NGAP).

• UPF como núcleo do Plano de Usuário: implementação do roteamento de dados do usuário e encapsulamento de túnel GTP-U.

• Fluxo de chamada para Estabelecimento de Sessão PDU: Fluxo de Chamada End-to-End incluindo alocação de QoS Flow.

• Interface N4 (protocolo PFCP), alocação de TEID e regras (PDR, FAR) vinculando o tráfego de rádio às Redes de Dados Externas (DN).

4. Gerenciamento de Assinaturas, Identidade e Políticas de Serviço

• Bancos de dados: UDR para dados estruturados e UDM para lógica de processamento de assinantes.

• Processo de autenticação 5G-AKA envolvendo AUSF, troca de chaves NAS e o mecanismo SUCI.

• PCF como gerente e distribuidor de políticas: políticas de sessão, mobilidade e SLA.

• Vinculação de sessões PDU a instâncias PCF via BSF — um recurso-chave para IMS/VoNR.

5. Network Slicing

• Introdução ao Network Slicing, configuração do parâmetro de identificador S-NSSAI.

• Mecanismos de seleção de instâncias AMF e SMF baseados em perfil de serviço via NSSF.

• Introdução a MEC, Uplink Classifier (UL CL) / Ponto de Ramificação no UPF.

6. Exposição Externa do 5GC e APIs

• SEPP para segurança de tráfego de roaming.

• Acesso Não-3GPP: tráfego do assinante originário fora da NG-RAN via N3IWF.

• Exposição e integração com Funções de Aplicação Externas (AF) via NEF.

7. Análise de Cenários End-to-End Selecionados

• Registro Inicial e Estabelecimento de Sessão PDU: consulta à NRF, credenciais do AUSF, busca de assinaturas no UDM e políticas no PCF.

• Path Switch Request e procedimento de realocação do UPF para sessões ativas durante handover Inter-gNB.

• Mecanismo de Uplink Classifier (UL CL) nos níveis UPF e SMF para cenários de MEC e roteamento Local Breakout (LBO).

• Paging e Network Triggered Service Request despertando o UE pela iniciativa do UPF em resposta a tráfego downlink.

Dia 3

1. Arquitetura de Transição

• Visão geral das arquiteturas EPC e E-UTRAN.

• Opções de implantação 5G (Standalone SA e Non-Standalone EN-DC).

2. Coexistência de 5GS e EPS

• Mecanismos de EPS Fallback e Redirect.

• Implementações híbridas (PGW-C+SMF e PGW-U+UPF).

• Interface N26 para procedimentos de Handover Inter-System entre MME e AMF.

• Análise do EN-DC como variante dominante do MR-DC (Multi-RAT Dual Connectivity).

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

3. Telemetria, Contadores e Correlação de Dados

• Monitoramento de fenômenos via Contadores e agregação em KPIs.

• Abordagens para avaliação da correção de procedimentos: Success Ratio, Failure Ratio, valores absolutos vs. porcentuais.

• Correlação de eventos: rastreamento de procedimentos complexos sem contadores dedicados.

• Normalização de dados e perspectiva ampla sobre ordens de grandeza.

4. Diagnóstico de Anomalias e Análise de Logs

• Identificação de problemas que sugerem erros de software ou configuração (ex.: "Sleeping Cell").

• Desvios estatísticos e mapeamento de Cause Values dos protocolos 3GPP para identificar causas raiz de falhas.

5. Chaos Engineering e Troubleshooting

• Fundamentos da gestão de uma implementação 5GC open-source em um ambiente dev/cloud.

• Testando o paradigma Cloud-Native: substituição de elementos de microsserviços core sem interromper as operações.

• Injeção intencional de falhas e observação do comportamento de failover.

• Simulação de degradação da NG-RAN e correlação de logs no lado do AMF.