Stratosphere-First Telecoms #2 - RAN estratosférica: Diseño de una gNB en el cielo

Informe ejecutivo

• Considere HAPS como una capa RAN de primera clase que su núcleo puede ver y controlar como cualquier otra RAT.

• Diseño en torno a cuatro prioridades:

  (1) misión crítica primero,

  (2) pila de carga útil simple,

  (3) soberanía/seguridad por diseño,

  (4) KPIs que puedes volar y verificar.

• Diseñado para la cobertura diaria y la capacidad de respuesta ante sobrecargas, pero demuestre su valor en el peor día (inundaciones, incendios, cortes de fibra, pérdida de energía).

Descripción general de la arquitectura

Carga útil (segmento aéreo)

• LTE/5G eNB/gNB con sistema de antena multihaz de alta ganancia

• MEC aerotransportado opcional (computación de borde) para MCX, video, GIS y análisis

• Puerta de enlace de interfuncionamiento LMR/TETRA para la integración de radios heredadas

• Agente de difusión celular que interactúa con el CBE nacional/empresarial

Backhaul (elija dos para diversidad)

• Microondas a terreno elevado o centro de metro

• Satélite Ka/Ku para teletransportarse

• Relé LEO para redundancia de ruta

Integración del núcleo (segmento terrestre)

• Interfaces estándar EPC/5GC

• Normas de política (PCF) para la dirección y la prelación de HAPS

• Análisis de NWDAF alimentado por telemetría HAPS para garantía de circuito cerrado

Seguridad y cumplimiento

• Segmento terrestre de confianza cero, custodia de claves en el país , SBOM firmados, alineación con intercepción legal

Diseño de radio y haz

• Bandas: se prefieren las bandas LTE/5G con licencia existentes para la compatibilidad de los teléfonos; se agrega banda media para capacidad y banda baja para alcance.

• Vigas: un paraguas macro para comando y control más vigas sectorizadas para ciudades, corredores de transporte, puertos u hospitales.

• Presupuesto de enlace: Matrices de alta ganancia, formación de haz, codificación adaptativa; en modos de desastre, sesgar el programador a voz/PTT y mensajería para proteger el plano de control y los servicios de seguridad pública.

• Movilidad: ventanas de avance temporal más grandes; umbrales de transferencia conservadores; huellas de haz precalculadas para áreas de interés probables.

Backhaul y Gateways (resiliencia primero)

• Ruta principal: Microondas a un sitio endurecido con energía protegida.

• Ruta secundaria: relé satélite/LEO; conmutación por error automática del enrutador con preservación de QoS.

• Residencia y LI: ubicar puertas de enlace que den al núcleo dentro del país ; hacer cumplir la residencia de datos y la interceptación legal.

• Mapeo de QoS: Mantener los mapeos QCI→5QI de extremo a extremo para que el tráfico de seguridad pública mantenga su clase a través del backhaul.

Control central y de políticas: hacer de HAPS “solo otra rata”

• Registro: Publicite células HAPS con TAC/TAI distintos para orientar políticas y cortes con precisión.

• Política (PCF):

  • Operaciones normales → prefieren terrestres; dirigen sólo UE prioritarios a HAPS.

  • Interrupción/desastre → anticiparse a las clases de consumidores y promover automáticamente las porciones de seguridad.

• Segmentación (5G): definir S-NSSAI para (1) Seguridad pública MCX, (2) Operaciones de salud y emergencia, (3) Servicios públicos/SCADA, (4) Público en general.

• Análisis: introducir los KPI de HAPS en NWDAF; activar acciones (reducir la tasa de bits de vídeo, ampliar los PRB para MCX, cambiar los haces).

Plan de acción para la seguridad pública (Misión crítica primero)

Servicios de destino: MCX (PTT/video/datos), respaldo de voz, mensajería segura, ubicación.

Diseño

• S-NSSAI dedicado con PRB garantizados y prelación .

• Control de admisión: lista blanca de respondedores SIM/eSIM; límite de UE por celda para integridad MCX.

• QoS: Pérdida/jitter ajustados; video resistente a baja tasa de bits para cámaras corporales; latencia PTT ≤300 ms (95.º) .

• Roaming interinstitucional: IMSI/eSIM temporales para ayuda mutua; aprovisionamiento rápido en el EOC.

Borde (opcional)

• MEC aerotransportado para comunicaciones grupales, transcodificación de video, detección de objetos (humo/fuego/personas) y capas GIS locales para reducir la carga de retorno.

Interoperabilidad LMR/TETRA

• Puerta de enlace (aérea o terrestre) que conecta grupos de conversación MCX ↔ LMR/TETRA tradicionales.

• Asignar grupos de conversación y claves a través del directorio EOC; registrar para revisión posterior a la acción.

• Respaldo: si MCX se degrada, mantenga la interoperabilidad de solo voz .

Transmisión celular y advertencia pública

• Conecte la CBE nacional/empresarial a la transmisión celular HAPS.

• Plantillas multilingües prediseñadas: inundaciones, incendios, tormentas, evacuación, refugios, atención médica.

• La transmisión está fuera de banda en relación con el tráfico del usuario; programe alertas incluso cuando el tráfico del consumidor esté limitado.

• Objetivo geográfico con polígonos de haz; entrega de registros para cumplimiento.

Seguridad y soberanía por diseño

• Confianza cero: mTLS en todas partes, raíces de confianza de hardware, registro inmutable.

• Custodia de llaves: KMS/HSM local para SIM/eSIM y claves de red; flujos de trabajo estrictos de credenciales de emergencia.

• Cadena de suministro: firmware firmado (SBOM), certificación en el arranque, canales de actualización seguros.

• Interceptación legal: puntos de intercepción en puntos de acceso dentro del país; procesos auditables.

Manual de estrategias para desastres (Flujo tecnológico)

1. Pre-evento

   • Paquetes de políticas de carga (reglas de prelación, tablas de limitación).

   • UE que responden en la lista blanca; plantillas de transmisión bilingües en etapa de preparación.

   • Probar el backhaul dual, confirmar la autonomía del generador y repuestos.

2. Activación (H+0 → H+6)

   • Lanzamiento; fijación de la viga paraguas; registro automático en el núcleo.

   • La seguridad pública se divide primero ; se impulsa la transmisión celular inicial.

   • Habilitar la interoperabilidad LMR/TETRA; verificar los grupos de conversación MCX.

3. Estabilización (H+6 → H+72)

   • Añadir vigas para hospitales, puertos, depósitos y centros de operaciones de emergencia.

   • Ejecute análisis MEC para videos situacionales; limite el tráfico público si es necesario.

   • Redireccionar el retorno a medida que avanza la restauración.

4. Entrega y suspensión

   • Descargar a sitios terrestres reparados; mantener HAPS como barandilla.

   • Exportar registros, historial de CB y KPI al registro de incidentes.

KPI de desastres (panel ejecutivo)

Disponibilidad y velocidad

• Tiempo de emisión (TTA): lanzamiento → primer acoplamiento (objetivo: horas)

• Tiempo de alerta (T2A): Activador de CBE → transmisión del teléfono (objetivo: minutos)

Rendimiento de misión crítica

• Latencia PTT (95.º): ≤300 ms

• Configuración de llamada MCX exitosa ; transferencia exitosa bajo carga

• Tasa de éxito de videos de campo/cámara corporal a 256–512 kbps

Cobertura y capacidad

• Población bajo cobertura (estimación dinámica)

• Utilización de PRB por rebanada; vigas a capacidad

Continuidad e impacto

• Sitios restaurados con soporte HAPS

• Créditos de servicio evitados (moneda)

• Conexión exitosa del respondedor ; densidad de dispositivos compatible

Lista piloto de materiales

• Aire: Plataforma HAPS; eNB/gNB; antenas de alta ganancia; MEC opcional; telemetría y control de vuelo

• Backhaul: Kit de microondas; módem y antena satelital/LEO; enrutamiento con conmutación por error automática; criptografía

• Núcleo: Integración EPC/5GC; Políticas PCF; Ganchos NWDAF; Definiciones de sectores; Pila IMS/MCX

• Interoperabilidad y alertas: puerta de enlace LMR/TETRA; conector CBE; plantillas multilingües

• Seguridad: HSM/KMS; mediación de LI; fuentes SIEM; cadena de herramientas de verificación SBOM

• Operaciones: Equipo de tierra; repuestos; dispositivos de prueba; kits de prueba de vuelo/conducción

Plan de prueba de 90 días

Fase 1 — Crianza

• Colocar la viga del paraguas; verificar el registro y el cumplimiento del PCF.

• Línea base RSRP/RSRQ/SINR; tiempo de conexión; latencia inactiva→conectada.

Fase 2 — Misión crítica

• UE que responden en la lista blanca; medir la latencia de PTT , la configuración de llamadas MCX y el tiempo de entrega de transmisión celular .

• Validar la calidad de voz LMR/TETRA y el mapeo de grupos.

Fase 3: Estrés y tolerancia al error

• Cargar tráfico de consumidores; interrumpir para proteger MCX; verificar la integridad de QoS.

• Corte rígido del backhaul primario; confirme la conmutación por error automática con estabilidad del KPI.

Fase 4 — Informe

• Panel ejecutivo con los KPI anteriores; recomendaciones de implementación.

Riesgos y mitigaciones

Riesgo	Mitigación
Espacio aéreo / clima	Planificación estacional; sitios de lanzamiento duales; corredores previamente despejados; reglas de aborto por vientos fuertes
Conflictos del espectro	Estudios de interferencia temprana; coordinación con el regulador; control dinámico de potencia/inclinación
Fragilidad del backhaul	Doble ruta; relé LEO; marcado QoS de extremo a extremo
Incidente de seguridad	Confianza cero; HSM; SBOM; monitoreo continuo; simulacros de equipo rojo
complejidad de interoperabilidad	Integración de laboratorio para MCX + LMR; manuales de ejecución de extremo a extremo; ejercicios de operador/EOC

Conclusión: Ingeniero para el peor día

Una RAN estratosférica que prioriza la seguridad pública , transmite según las órdenes y conmuta por error según las políticas, transforma las HAPS de una novedad a una necesidad. Construya la carga útil y la integración en torno a estos principios, mida los KPI de desastres y tendrá una plataforma que ofrece cobertura diaria y demuestra su eficacia cuando todo lo demás falla.