Курс за обучение по IMT и жизнения цикъл на 5G мрежите: Архитектура, проектиране, внедряване и експлоатация

Ден 1

1. Въведение и преглед на екосистемата

• Перспективи от няколко ъгъла към стандарта 5G: бизнес, стандартизация, внедряване, транспорт, RAN, Core, DevOps.

• Разчистване на свързаните понятия: 5G, IMT-2020, NG-RAN, NR, 5GC, 5GS.

• Поколене на мобилните мрежи: плавно развитие от 4.5G към 5G в рамките на 3GPP Releases 15–17.

2. Визия IMT-2020

• UE като водещ фактор за промяна и източник на нови изисквания: разширяване на дефиницията на UE да включва IoT/mMTC (сензори), устройства RedCap (камери) и UAVs (дронувки).

• Ограниченията на 4G/LTE, липсата на гъвкавост в EPC и предизвикателствата на транспортната мрежа.

• Изисквания от предната линия на eMBB, URLLC и mMTC: употреби и тяхното въздействие върху RAN и Core.

• Общи системни изисквания, определящи 5G мрежата.

• Пречупващи функционалности: Network Slicing, 5QI, CUPS, Multi-access Edge Computing (MEC) и Privacy by Design.

3. Физични основи на комуникацията на UE с NG-RAN

• Основни радиопонятия: Клетка, Лента, Широчина на канала.

• Основни принципи на достъпа на UE до мрежата: радио протоколен стек, MIB/SIB, механизъм за избор на клетка и Физически слой.

• Инициализация на свързване: RACH (Msg 1-4), Paging, RRC.

4. Архитектура на NG-RAN

• Логично разделяне на gNB на CU и DU.

• Опции за функционално разделяне и техните последици.

• O-RAN като алтернативна/референтна рамка и стандарт за интероперабилност на RAN.

• Разделяне на Контролен план и Потребителски план.

• Протокол RRC и неговата роля в координирането на операциите на UE в NG-RAN и NAS тунелиране.

5. Механизми и процедури на NG-RAN

• PDCP и Радиосигнале (Radio Bearers).

• Измервания: конфигурация, докладване и използване в други процедури.

• RRC Reconfiguration като ключова процедура за всички операции в NG-RAN.

• Агрегиране на носители и комбинация на ленти.

• Ролята на AMF в координирането на NG-RAN, протокол NGAP.

• Процедури за прехвърляне (Handover).

Ден 2

1. Основи на транспортната мрежа

• Сложността на транспортното инженерство и разбиването на мита „само кабели": IP/MPLS като основна технология.

• Разделяне на Fronthaul, Midhaul и Backhaul: изисквания, очаквания и приложения (включително eCPRI).

• Мапиране на 5QI от областта 5GS към QoS на IP роутери.

• Разпределение и синхронизация на време и фаза за радиопредаване с PTP (IEEE 1588).

2. Вътре в архитектурата SBA като основа на 5GC

• Класически IT стек: HTTP/2, JSON, OAuth2.

• Механизми за комуникация на функциите на ядрената мрежа: Request-Response срещу Subscribe-Notify.

• Ключови NFs от гледна точка на обработката на достъпа и терминацията на трафика от NG-RAN: NRF, AMF, SMF, UPF.

• NRF като ключов координатор: Регистрация на услуга, Откриване на услуга.

• (Концептуален преглед) Stateless архитектура и съхранение на състояние за всяка NF с UDSF.

• (Концептуален преглед) Балансиране на натоварването и прокси механизми чрез SCP.

3. Път на данните и разделяне на потребителския план

• Поток на данните от UE до 5GC: корелация на интерфейсите на NG-RAN (N2, N3) с NFs (AMF, SMF, UPF).

• AMF като входен гейтвей за Контролен план (терминация и демultiplexing на сигнализация NAS и NGAP).

• UPF като ядро на Потребителския план: внедряване на маршрутизирането на потребителски данни и GTP-U тунелна инкапсулация.

• Поток на повикване за установяване на PDU сесия: Крайна-крайна поточна схема, включваща разпределение на QoS Flow.

• Интерфейс N4 (протокол PFCP), разпределение на TEID и правила (PDR, FAR), свързващи радио трафика с външни данни мрежи (DN).

4. Управление на абонаментите, идентичност и политики за услуги

• Бази данни: UDR за структурирани данни и UDM за логиката на обработката на абонаменти.

• Процес на автентикация 5G-AKA, включващ AUSF, обмен на NAS ключове и механизма SUCI.

• PCF като мениджър и разпределител на политики: сесии, мобилност и SLA политики.

• Свързване на PDU сесии към инстанци на PCF чрез BSF – ключова характеристика за IMS/VoNR.

5. Мрежово нарязване (Network Slicing)

• Въведение в Network Slicing, настройка на идентификатора S-NSSAI.

• Механизми за избор на инстанци на AMF и SMF въз основа на профила на услугата чрез NSSF.

• Въведение в MEC, Upstream Classifier (UL CL) / Точка на разклоняване в UPF.

6. Външно експозиране на 5GC и API

• SEPP за осигуряване на сигурност на roaming трафика.

• Достъп извън 3GPP: абонатски трафик, генериран извън NG-RAN, чрез N3IWF.

• Експозиране и интегриране с външни Functionи на приложения (AF) чрез NEF.

7. Анализ на избрани крайно-крайни сценарии

• Начална регистрация и установяване на PDU сесия: запитване на NRF, автентикация чрез AUSF, извличане на абонаменти от UDM и политики от PCF.

• Заявка за смяна на път и процедура за преместване на UPF за активни сесии при Inter-gNB прехвърляне.

• Механизъм Upstream Classifier (UL CL) на ниво UPF и SMF за сценарии с MEC и Local Breakout (LBO) маршрутизиране.

• Paging и мрежово инициирано заявка за услуга, събуждаща UE по инициатива на UPF в отговор на downlink трафик.

Ден 3

1. Преходна архитектура

• Преглед на архитектурите EPC и E-UTRAN.

• Опции за внедряване на 5G (Standalone SA и Non-Standalone EN-DC).

2. Съществуване на 5GS и EPS

• Механизми EPS Fallback и Redirect.

• Хибридни внедрявания (PGW-C+SMF и PGW-U+UPF).

• Интерфейс N26 за процедури за междусистемно прехвърляне между MME и AMF.

• Анализ на EN-DC като доминиращ вариант на MR-DC (Multi-RAT Dual Connectivity).

• DSS (Dynamic Spectrum Sharing) като механизъм за споделяне на спектъра.

3. Телеметрия, броячи и корелация на данни

• Наблюдение на явления чрез броячи и агрегиране на KPI.

• Подходи за оценка на правилността на процедурите: процент на успех, процент на неудача, абсолютни срещу процентни стойности.

• Корелация на събития: проследяване на сложни процедури, които нямат посочени броячи.

• Нормализация на данните и по-широк поглед към порядъците на величините.

4. Диагностикан на аномалии и анализ на логове

• Идентифициране на проблеми, сочещи към софтуерни или конфигурационни грешки (напр. "Спиваща клетка").

• Статистически отклонения и мапиране на Cause Values от протоколите на 3GPP за идентифициране на коренови причини за неуспехи.

5. Chaos Engineering и отстраняване на повреди

• Основни принципи за управление на open-source реализация на 5GC в dev/облачна среда.

• Тестване на парадигмата Cloud-Native: замененяване на елементи на ядрени микросервиси без прекъсване на операциите.

• Интенционално инжектиране на неуспехи и наблюдение на поведението при failover.

• Симулиране на деградация на NG-RAN и корелация на логове на страната на AMF.