IMT 與 5G 網路生命週期：架構、設計、部署與營運培訓

第一天

1. 簡介與生態系統概覽

• 5G 標準的多角度視角：商業、標準化、實作、傳輸、RAN、Core、DevOps。

• 闡明相關概念：5G、IMT-2020、NG-RAN、NR、5GC、5GS。

• 行動網路的世代連續性：在 3GPP Release 15–17 中從 4.5G 到 5G 的平滑演進。

2. IMT-2020 願景

• UE 作為變革驅動者和新需求來源：擴展 UE 定義以包含 IoT/mMTC（感測器）、RedCap 設備（相機）和 UAV（無人機）。

• 4G/LTE 的局限性、EPC 缺乏靈活性以及傳輸網路挑戰。

• eMBB、URLLC 和 mMTC 的前沿需求：使用案例及其對 RAN 和 Core 的影響。

• 定義 5G 網路的通用系統需求。

• 跨領域能力：網路切片、5QI、CUPS、多接入邊緣計算（MEC）及隱私內建設計。

3. UE 與 NG-RAN 通信的物理基礎

• 基本無線電概念：小区、頻帶、信道寬度。

• UE 網路接入基礎：無線電協定棧、MIB/SIB、小区選擇機制及物理層。

• 連接啟動：RACH（訊息 1-4）、尋呼、RRC。

4. NG-RAN 架構

• gNB 邏輯分割為 CU 和 DU。

• 功能分割選項及其影響。

• O-RAN 作為 RAN 互操作性的替代/參考框架與標準。

• 控制平面與用戶平面的分離。

• RRC 協定及其在協調 NG-RAN 中 UE 操作和 NAS 隧道中的作用。

5. NG-RAN 機制與程序

• PDCP 和無線電承載。

• 測量：配置、報告及在其他程序中的利用。

• RRC 重配置作為所有 NG-RAN 操作的关键程序。

• 載波聚合和頻段組合。

• AMF 在 NG-RAN 協調中的作用，NGAP 協定。

• 切換程序。

第二天

1. 傳輸網路基礎

• 傳輸工程的複雜性與解構「僅是線纜」的神話：IP/MPLS 作為核心技術。

• 分為前傳、中傳和回傳：需求、預期及應用（包括 eCPRI）。

• 將 5GS 域的 5QI 映射到 IP 路由器 QoS。

• 使用 PTP（IEEE 1588）進行無線電發射的時間和相位分配與同步。

2. 5GC 基礎：SBA 架構內部

• 經典 IT 棧：HTTP/2、JSON、OAuth2。

• 核心網功能通信機制：請求-響應 vs. 訂閱-通知。

• 從接入處理和來自 NG-RAN 的流量終止角度看待的關鍵 NF：NRF、AMF、SMF、UPF。

• NRF 作為關鍵協調者：服務註冊、服務發現。

• （概念概覽）無狀態架構及使用 UDSF 為任何 NF 存儲狀態。

• （概念概覽）透過 SCP 的負載平衡和代理機制。

3. 數據路徑與用戶平面分離

• 從 UE 到 5GC 的數據流：NG-RAN 介面（N2、N3）與 NF（AMF、SMF、UPF）的關聯。

• AMF 作為控制平面的入口網關（NAS 和 NGAP 信令的終止和分復用）。

• UPF 作為用戶平面核心：用戶數據路由實作和 GTP-U 隧道封裝。

• PDU 會話建立呼叫流程：包括 QoS 流分配的端到端呼叫流程。

• N4 介面（PFCP 協定）、TEID 分配及連結無線電流量到外部數據網路（DN）的規則（PDR、FAR）。

4. 訂閱管理、身份與服務策略

• 數據庫：UDR 用於結構化數據，UDM 用於訂閱者處理邏輯。

• 涉及 AUSF、NAS 密鑰交換和 SUCI 機制的 5G-AKA 認證過程。

• PCF 作為策略管理者和分發者：會話、移動性和 SLA 策略。

• 透過 BSF 將 PDU 會話綁定到 PCF 實例——IMS/VoNR 的關鍵功能。

5. 網路切片

• 網路切片簡介，S-NSSAI 參數識別符設置。

• 基於透過 NSSF 的服務配置檔的 AMF 和 SMF 實例選擇機制。

• MEC、上行鏈路分類器（UL CL）/ UPF 中的分支點簡介。

6. 5GC 外部暴露與 API

• SEPP 用於保護漫遊流量。

• 非 3GPP 接入：源自 NG-RAN 外部並透過 N3IWF 的訂閱者流量。

• 透過 NEF 進行暴露及與外部應用功能（AF）的集成。

7. 精選端到端場景分析

• 初始註冊和 PDU 會話建立：查詢 NRF、AUSF 憑證、從 UDM 獲取訂閱及從 PCF 獲取策略。

• 在 Inter-gNB 切換期間，針對活躍會話的交換路徑請求及 UPF 重新定位程序。

• 在 UPF 和 SMF 層級的 UL CL 機制，用於 MEC 場景和本地 breakout（LBO）路由。

• 尋呼和網路觸發服務請求，UPF 主動喚醒 UE 以回應下行流量。

第三天

1. 過渡架構

• EPC 和 E-UTRAN 架構概覽。

• 5G 部署選項（獨立 SA 和非獨立 EN-DC）。

2. 5GS 與 EPS 共存

• EPS 回退和重定向機制。

• 混合實作（PGW-C+SMF 和 PGW-U+UPF）。

• 用於 MME 和 AMF 之間跨系統切換程序的 N26 介面。

• 分析 EN-DC 作為 MR-DC（多 RAT 雙連接）的主要變體。

• DSS（動態頻譜共享）作為頻譜共享機制。

3. 遙測、計數器與數據關聯

• 透過計數器監控現象並匯總為 KPI。

• 評估程序正確性的方法：成功率、失敗率、絕對值與百分比值。

• 事件關聯：追蹤缺乏專用計數器的複雜程序。

• 數據正規化及對數量級更廣泛的視角。

4. 異常診斷與日誌分析

• 識別暗示軟體或配置錯誤的問題（例如「休眠小区」）。

• 統計偏差及映射 3GPP 協定中的原因值以識別故障的根本原因。

5. 混沌工程與故障排除

• 在開發/雲端環境中管理開源 5GC 實作的基礎知識。

• 測試雲原生範式：在不干擾營運的情況下替換核心微服務元件。

• 故意注入故障並觀察故障轉移行為。

• 模擬 NG-RAN 退化並在 AMF 端關聯日誌。