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

Ziua 1

1. Introducere și prezentarea ecosistemului

• Perspective multiple asupra standardului 5G: afaceri, standardizare, implementare, transport, RAN, Core, DevOps.

• Demistificarea conceptelor conexe: 5G, IMT-2020, NG-RAN, NR, 5GC, 5GS.

• Continuitatea generațiilor de rețele mobile: evoluția fluidă de la 4.5G la 5G în cadrul Release-urilor 3GPP 15–17.

2. Viziunea IMT-2020

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

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

• Cerințele de frontieră ale eMBB, URLLC și mMTC: cazuri de utilizare și impactul lor asupra RAN și Core.

• Cerințe generale de sistem care definesc rețeaua 5G.

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

3. Bazele fizice ale comunicării UE cu NG-RAN

• Concepte radio fundamentale: Celulă, Bandă, Lățime de Canal.

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

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

4. Arhitectura NG-RAN

• Diviziunea logică a gNB în CU și DU.

• Opțiuni de Functional Split și implicațiile acestora.

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

• Separația dintre Control Plane și User Plane.

• Protoco­lul RRC și rolul său în coordonarea operațiunilor UE în NG-RAN și tunelarea 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. Bazele rețelei de transport

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

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

• Maparea 5QI din domeniul 5GS către QoS-ul routerelor IP.

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

2. În interiorul arhitecturii SBA ca fundament al 5GC

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

• Mecanisme de comunicare între funcțiile de rețea core: Request-Response vs. Subscribe-Notify.

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

• RNF ca coordonator cheie: Service Registration, Service Discovery.

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

• (Prezentare conceptuală) Mecanisme de load balancing și proxy prin SCP.

3. Calea 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 (terminare și demultiplexare a semnalizării NAS și NGAP).

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

• Fluxul de apel pentru stabilirea unei sesiuni PDU: 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 abonentelor, identitatea și politicile de serviciu

• Structuri de date: UDR pentru date structurate și UDM pentru logica de procesare a abonenților.

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

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

• Legarea sesiunilor PDU de instanțele PCF prin BSF — o funcție cheie pentru IMS/VoNR.

5. Network Slicing

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

• Mecanismele de selecție a instanțelor AMF și SMF pe baza profilului de serviciu prin NSSF.

• Introducere în MEC, Uplink Classifier (UL CL) / Branching Point în UPF.

6. Expunerea externă a 5GC și API-uri

• SEPP pentru securizarea traficului de roaming.

• Acces non-3GPP: traficul abonenților originând din afara NG-RAN prin N3IWF.

• Expunerea și integrarea cu Funcții de Aplicație externe (AF) prin NEF.

7. Analiza unor scenarii end-to-end selectate

• Registrul inițial și stabilirea sesiunii PDU: interogarea NRF, credentialele AUSF, preluarea abonentelor din UDM și politicilor din PCF.

• Solicitarea de comutare a căii și procedura de relocare UPF pentru sesiunile active în timpul handover-ului Inter-gNB.

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

• Paging și Solicitarea de serviciu declanșată de rețea, 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

• Mecanismele 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 lor în KPI-uri.

• Aproachări pentru evaluarea corectitudinii procedurilor: Success Ratio, Failure Ratio, valori absolute vs. procentuale.

• Corelarea evenimentelor: urmărirea procedurilor complexe care lipsesc contoare dedicate.

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

4. Diagnosticul anomaliilor și analiza log-urilor

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

• Devițiile statistice și maparea Cause Values din protocoalele 3GPP pentru identificarea cauzelor radacină ale eșecurilor.

5. Chaos Engineering și Troubleshooting

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

• Testarea paradigmii Cloud-Native: înlocuirea elementelor de microservici core fără întreruperea operațiunilor.

• Injecția intenționată a eșecurilor și observarea comportamentului de failover.

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