Curs de pregatire IMT și ciclul de viață al rețelelor 5G: arhitectură, design, implementare și operațiuni

Ziua 1

1. Introducere și prezentarea ecosistemului

• Perspective multiple privind standardul 5G: business, standardizare, implementare, transport, RAN, Core, DevOps.

• Clarificarea conceptelor asociate: 5G, IMT-2020, NG-RAN, NR, 5GC, 5GS.

• Continuitatea generațională a rețelelor mobile: evoluție fluidă de la 4.5G la 5G în cadrul 3GPP Releases 15–17.

2. Vizionul IMT-2020

• UE ca motor al schimbării și sursă de cerințe noi: extinderea definiției UE pentru a include IoT/mMTC (senzori), dispozitive RedCap (camere) și UAV-uri (dronă).

• Limitările 4G/LTE, lipsa flexibilității EPC și provocările rețelei de transport.

• Cerințe de frontieră pentru eMBB, URLLC și mMTC: use case-uri și impactul acestora asupra RAN și Core.

• Cerințe de sistem generale care definesc rețeaua 5G.

• Capacități transversale: Network Slicing, 5QI, CUPS, Multi-access Edge Computing (MEC) și Privacy by Design.

3. Fundamente fizice ale comunicației UE cu NG-RAN

• Concepte radio fundamentale: Cell (celulă), Band (bandă), Channel Width (lățime de bandă).

• Fundamentele accesului UE la rețea: stack-ul de protocoale radio, MIB/SIB, mecanismul de selectare a celulei și Physical Layer.

• Inițierea conexiunii: RACH (Msg 1-4), Paging, RRC.

4. Arhitectura NG-RAN

• Divizarea logică a gNB în CU și DU.

• Opțiuni de Functional Split și implicațiile acestora.

• O-RAN ca alternativă/cadru de referință și standard pentru interoperabilitatea RAN.

• Separarea Control Plane și User Plane.

• Protocolul RRC și rolul său în coordonarea operațiunilor UE în NG-RAN și tunneling-ul NAS.

5. Mecanisme și proceduri NG-RAN

• PDCP și Radio Bearers.

• Măsurători: configurare, raportare și utilizare în alte proceduri.

• RRC Reconfiguration ca procedură cheie pentru toate operațiunile NG-RAN.

• Carrier Aggregation și Band Combination.

• Rolul AMF în coordonarea NG-RAN, protocolul NGAP.

• Proceduri de handover.

Ziua 2

1. Fundamentele rețelei de transport

• Complexitatea ingineriei de transport și demistificarea mitului „doar cabluri”: IP/MPLS ca tehnologie centrală.

• Împărțirea în Fronthaul, Midhaul și Backhaul: cerințe, așteptări și aplicații (inclusiv eCPRI).

• Maparea 5QI din domeniul 5GS către QoS pe routere IP.

• Distribuirea și sincronizarea timpului și fazei pentru transmiterea radio folosind PTP (IEEE 1588).

2. În interiorul arhitecturii SBA ca fundație 5GC

• Stack-ul IT clasic: HTTP/2, JSON, OAuth2.

• Mecanisme de comunicare ale funcțiilor Core Network: Request-Response vs. Subscribe-Notify.

• NF-uri cheie din perspectiva gestionării accesului și terminării traficului din NG-RAN: NRF, AMF, SMF, UPF.

• NRF ca coordinator cheie: Service Registration, Service Discovery.

• (Prezentare conceptuală) Arhitectura stateless și stocarea stării pentru orice NF folosind UDSF.

• (Prezentare conceptuală) Load balancing și mecanisme de proxy prin SCP.

3. Fluxul de date și separarea User Plane

• Fluxul de date de la UE la 5GC: corelarea interfețelor NG-RAN (N2, N3) cu NF-uri (AMF, SMF, UPF).

• AMF ca poartă de intrare pentru Control Plane (terminarea și demultiplexarea semnalizării NAS și NGAP).

• UPF ca nucleu al User Plane: implementarea rutării datelor utilizatorului și encapsularea tunnelului GTP-U.

• Fluxul de apel pentru stabilirea PDU Session: End-to-End Call Flow incluzând alocarea QoS Flow.

• Interfața N4 (protocolul PFCP), alocarea TEID și regulile (PDR, FAR) care leagă traficul radio de rețelele de date externe (DN).

4. Gestionarea abonamentelor, identitatea și politicile de servicii

• Baze de date: UDR pentru date structurate și UDM pentru logica de procesare a abonaților.

• Procesul de autentificare 5G-AKA, implicând AUSF, schimbul de chei NAS și mecanismul SUCI.

• PCF ca manager și distribuitor de politici: politici pentru sesiuni, mobilitate și SLA.

• Asocierea (binding) sesiunilor PDU cu instanțe PCF prin BSF — o funcție cheie pentru IMS/VoNR.

5. Network Slicing

• Introducere în Network Slicing, configurarea parametrului identificator S-NSSAI.

• Mecanisme de selecție a instanțelor AMF și SMF bazate pe profilul de serviciu prin NSSF.

• Introducere în MEC, Uplink Classifier (UL CL) / punct de ramificare în UPF.

6. Exprimarea externă a 5GC și API-uri

• SEPP pentru securizarea traficului de roaming.

• Acces non-3GPP: trafic de abonat originând din afara NG-RAN prin N3IWF.

• Exprimare și integrare cu Funcții de Aplicații externe (AF) prin NEF.

7. Analiza unor scenarii end-to-end selectate

• Înregistrarea inițială și stabilirea PDU Session: interogarea NRF, acreditările AUSF, preluarea abonamentelor de la UDM și politicilor de la PCF.

• Path Switch Request și procedura de relocare UPF pentru sesiuni active în timpul Inter-gNB handover.

• Mecanismul Uplink Classifier (UL CL) la nivel de UPF și SMF pentru scenarii MEC și rutare Local Breakout (LBO).

• Paging și Network Triggered Service Request pentru trezirea UE la inițiativa UPF în răspuns la traficul downlink.

Ziua 3

1. Arhitectura tranzitorie

• Prezentarea arhitecturilor EPC și E-UTRAN.

• Opțiuni de implementare 5G (Standalone SA și Non-Standalone EN-DC).

2. Coexistența 5GS și EPS

• Mecanisme de EPS Fallback și Redirect.

• Implementări hibride (PGW-C+SMF și PGW-U+UPF).

• Interfața N26 pentru procedurile de Inter-System Handover între MME și AMF.

• Analiza EN-DC ca variantă dominantă a MR-DC (Multi-RAT Dual Connectivity).

• DSS (Dynamic Spectrum Sharing) ca mecanism de partajare a spectrului.

3. Telemetrie, contoare și corelarea datelor

• Monitorizarea fenomenelor prin Contoare și agregarea acestora în KPI-uri.

• Abordări pentru evaluarea corectitudinii procedurilor: Success Ratio, Failure Ratio, valori absolute vs. procente.

• Corelarea evenimentelor: urmărirea procedurilor complexe care nu au contoare dedicate.

• Normalizarea datelor și o perspectivă mai largă asupra ordinelor de mărime.

4. Diagnosticarea anomaliilor și analiza log-urilor

• Identificarea problemelor care sugerează erori de software sau configurare (ex. „Sleeping Cell”).

• Abateri statistice și maparea valorilor de Cauză din protocoalele 3GPP pentru a identifica cauzele radiale ale eșecurilor.

5. Chaos Engineering și Troubleshooting

• Fundamentele gestionării unei implementări open-source 5GC într-un mediu dev/cloud.

• Testarea paradigmei Cloud-Native: înlocuirea elementelor microservicii core fără întreruperea operațiunilor.

• Injecție intenționată de eșecuri și observarea comportamentului de failover.

• Simularea degradării NG-RAN și corelarea log-urilor pe partea AMF.