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

Dia 1

1. Introdução e Visão Geral do Ecossistema

• Perspetivas múltiplas sobre o padrão 5G: negócios, normalização, implementação, transporte, RAN, Core, DevOps.

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

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

2. Visão IMT-2020

• UE como motor de mudança e fonte de novos requisitos: expansão da definição de UE para incluir IoT/mMTC (sensores), dispositivos RedCap (câmaras) e UAV (drones).

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

• Requisitos de fronteira do eMBB, URLLC e mMTC: casos de uso e o seu impacto na RAN e Core.

• Requisitos gerais do sistema que definem a rede 5G.

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

3. Fundamentos Físicos da Comunicação UE com NG-RAN

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

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

• Início da ligação: RACH (Msg 1-4), Paging, RRC.

4. Arquitetura NG-RAN

• Divisão lógica do gNB em CU e DU.

• Opções de Functional Split e as suas implicações.

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

• Separação do Plano de Controlo e Plano de Utilizador.

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

5. Mecanismos e Procedimentos NG-RAN

• PDCP e Radio Bearers.

• Medições: configuração, reporte e utilização noutros procedimentos.

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

• Carrier Aggregation e Band Combination.

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

• Procedimentos de Handover.

Dia 2

1. Fundamentos da Rede de Transporte

• Complexidade da engenharia de transporte e desmontando o mito dos "apenas 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. Dentro da Arquitetura SBA como Base do 5GC

• Pilha IT clássica: HTTP/2, JSON, OAuth2.

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

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

• NRF como coordenador-chave: Registo de Serviços, Descoberta de Serviços.

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

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

3. Caminho de Dados e Separação do Plano de Utilizador

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

• AMF como gateway de entrada do Plano de Controlo (terminação e desmultiplexação de sinalização NAS e NGAP).

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

• 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) ligando o tráfego de rádio às Redes de Dados externas (DN).

4. Gestão de Assinaturas, Identidade e Políticas de Serviço

• Bases 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 gestor e distribuidor de políticas: políticas de sessão, mobilidade e SLA.

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

5. Network Slicing

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

• Mecanismos de seleção de instâncias AMF e SMF baseados no perfil de serviço via NSSF.

• Introdução ao MEC, Uplink Classifier (UL CL) / Branching Point no UPF.

6. Exposição Externa do 5GC e APIs

• SEPP para a segurança do tráfego de roaming.

• Acesso não-3GPP: tráfego de assinantes que origina 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

• Registo Inicial e Estabelecimento de Sessão PDU: consulta à NRF, credenciais do AUSF, obtenção de assinaturas da UDM e políticas do PCF.

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

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

• Paging e Network Triggered Service Request acordando a UE por iniciativa do UPF em resposta a tráfego downlink.

Dia 3

1. Arquitetura de Transição

• Visão geral das arquiteturas EPC e E-UTRAN.

• Opções de implementação 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-Systemo 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 partilha de espetro.

3. Telemetria, Contadores e Correlação de Dados

• Monitorização de fenómenos via Contadores e agregação dos mesmos em KPIs.

• Abordagens para avaliar a correção de procedimentos: Success Ratio, Failure Ratio, valores absolutos vs. percentuais.

• Correlação de eventos: acompanhamento de procedimentos complexos que carecem de contadores dedicados.

• Normalização de dados e perspetiva mais ampla sobre ordens de magnitude.

4. Diagnóstico de Anomalias e Análise de Logs

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

• 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 num ambiente dev/cloud.

• Testes do paradigma Cloud-Native: substituição de elementos de microserviço 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.