Κύκλος Ζωής δικτύων IMT και 5G: Αρχιτεκτονική, Σχεδιασμός, Επεξεργασία και Λειτουργίες Κομμάτι εκπαίδευσης

Ημέρα 1

1. Εισαγωγή και Επισκόπηση Οικολογικού Συστήματος

• Πολυγωνισμένες προοπτικές στα πρότυπα 5G: επιχειρήσεις, τυποποίηση, υλοποίηση, μεταφορά, RAN, Core, DevOps.

• Αποκωδικοποίηση συναφών εννοιών: 5G, IMT-2020, NG-RAN, NR, 5GC, 5GS.

• Γενεσιακή συνέχεια των κινητών δικτύων: ομαλή εξέλιξη από 4.5G σε 5G εντός των Εκδόσεων 15–17 του 3GPP.

2. Οραμα IMT-2020

• Το UE ως κινητήρια δύναμη αλλαγής και πηγή νέων απαιτήσεων: επέκταση του ορισμού του UE για να περιλαμβάνει IoT/mMTC (αισθητήρες), συσκευές RedCap (καμερές) και UAV (δρομείς).

• Περιορισμοί του 4G/LTE, έλλειψη ευελιξίας στο EPC και προκλήσεις δικτύου μεταφοράς.

• Απαιτήσεις frontier του eMBB, URLLC και mMTC: περιπτώσεις χρήσης και ο αντίκτυπός τους στο RAN και Core.

• Γενικές απαιτήσεις συστήματος που καθορίζουν το δίκτυο 5G.

• Εξορτιστικές ικανότητες: Network Slicing, 5QI, CUPS, Multi-access Edge Computing (MEC) και Privacy by Design.

3. Φυσικές Βάσεις Επικοινωνίας UE με NG-RAN

• Βασικές έννοιες ραδιοσυστήματος: Cell, Band, Channel Width.

• Βάσεις πρόσβασης δικτύου UE: ραδιοσυστήματος stack πρωτοκόλλων, MIB/SIB, μηχανισμός επιλογής Cell και Physical Layer.

• Εκκίνηση σύνδεσης: RACH (Msg 1-4), Paging, RRC.

4. Αρχιτεκτονική NG-RAN

• Λογική διαίρεση του gNB σε CU και DU.

• Επιλογές λειτουργικής διαίρεσης (Functional Split) και οι επιπτώσεις τους.

• Ο O-RAN ως εναλλακτικό/αναφορικό πλαίσιο και πρότυπο για διαπροσωπική συμβατότητα RAN.

• Διαχωρισμός Ενεργητικού Επίπεδου (Control Plane) και Ενεργητικού Επίπεδου Χρήστη (User Plane).

• Το πρωτόκολλο RRC και ο ρόλος του στο συντονισμό λειτουργιών UE στο NG-RAN και την τούνελ NAS.

5. Μηχανισμοί και Διαδικασίες NG-RAN

• PDCP και Radio Bearers.

• Μετρήσεις: διαμόρφωση, αναφορά και χρήση σε άλλες διαδικασίες.

• RRC Reconfiguration ως κρίσιμη διαδικασία για όλες τις λειτουργίες NG-RAN.

• Carrier Aggregation και Band Combination.

• Ο ρόλος του AMF στο συντονισμό NG-RAN, πρωτόκολλο NGAP.

• Διαδικασίες Handover.

Ημέρα 2

1. Βάσεις Δικτύου Μεταφοράς

• Πολυπλοκότητα μηχανικής μεταφοράς και αποδόμηση του μύθου «μόνο καλώδια»: IP/MPLS ως βασική τεχνολογία.

• Διαχωρισμός σε Fronthaul, Midhaul και Backhaul: απαιτήσεις, προσδοκίες και εφαρμογές (συμπεριλαμβανομένου του eCPRI).

• Χαρτογράφηση 5QI από το πεδίο 5GS στο QoS δρομολόγων IP.

• Κατανομή και συγχρονισμός χρόνου και φάσης για ραδιοσυστημάτων μετάδοσης με χρήση PTP (IEEE 1588).

2. Μια Οφθαλμική Αποστολή της Αρχιτεκτονικής SBA ως Θεμελίωση 5GC

• Συνηθισμένο IT stack: HTTP/2, JSON, OAuth2.

• Μηχανισμοί επικοινωνίας Λειτουργιών Κεντρικού Δικτύου: Request-Response έναντι Subscribe-Notify.

• Κρίσιμες NF από την οπτική διαχείρισης πρόσβασης και διακοπής κίνησης από το NG-RAN: NRF, AMF, SMF, UPF.

• RRF ως κρίσιμος συντονιστής: Εγγραφή Υπηρεσιών, Ανακάλυψη Υπηρεσιών.

• (Επισκόπηση Εννοιών) Αρχιτεκτονική Stateless και αποθήκευση state για οποιαδήποτε NF με χρήση UDSF.

• (Επισκόπηση Εννοιών) Κατανομή φορτίου και μηχανισμοί proxy μέσω SCP.

3. Δρόμος Δεδομένων και Διαχωρισμός Ενεργητικού Επίπεδου Χρήστη

• Ροή δεδομένων από UE προς 5GC: συσχετισμός interfaces NG-RAN (N2, N3) με NFs (AMF, SMF, UPF).

• AMF ως πύλη εισόδου για Ενεργητικό Επίπεδο (διακοπή και demultiplexing σήματος NAS και NGAP).

• UPF ως πυρήνας Ενεργητικού Επιπέδου Χρήστη: υλοποίηση δρομολόγησης δεδομένων χρήστη και εντοιχισμός tunnel GTP-U.

• Ροή κλήσης δημιουργίας PDU Session: Πλήρης End-to-End Ροή Κλήσης συμπεριλαμβανομένης της 할όγησης QoS Flow.

• Διασύνδεση N4 (πρωτόκολλο PFCP), 할όγηση TEID και κανόνες (PDR, FAR) που συνδέουν τη ραδιοκίνηση με Εξωτερικά Δίκτυα Δεδομένων (DN).

4. Διαχείριση Εγγραφών, Ταυτότητα και Πολιτικές Υπηρεσιών

• Βάσεις Δεδομένων: UDR για δομημένα δεδομένα και UDM για λογική επεξεργασίας συνδρομητή.

• Διαδικασία επαλήθευσης 5G-AKA με συμμετοχή AUSF, ανταλλαγή κλειδιών NAS και μηχανισμό SUCI.

• PCF ως διαχειριστής και διανομέας πολιτικών: πολιτικές συνεδρίας, κινητότητας και SLA.

• Σύνδεση PDU sessions με περιπτώσεις PCF μέσω BSF — κρίσιμη λειτουργία για IMS/VoNR.

5. Network Slicing

• Εισαγωγή στο Network Slicing, παραμετρική αναγνώριση S-NSSAI.

• Μηχανισμοί επιλογής περιπτώσεων AMF και SMF με βάση το προφίλ υπηρεσίας μέσω NSSF.

• Εισαγωγή σε MEC, Uplink Classifier (UL CL) / Branching Point στο UPF.

6. Εξωτερική Έκθεση 5GC και APIs

• SEPP για ασφάλεια της κίνησης παραμονής (roaming).

• Πρόσβαση Non-3GPP: κίνηση συνδρομητή που ξεκινά εκτός NG-RAN μέσω N3IWF.

• Έκθεση και ενσωμάτωση με Εξωτερικές Λειτουργίες Εφαρμογών (AF) μέσω NEF.

7. Ανάλυση Επιλεγμένων End-to-End Σεναρίων

• Αρχική Εγγραφή και Δημιουργία PDU Session: ερώτηση NRF, διαπιστευτήρια AUSF, ανάκτηση συνδρομών από UDM και πολιτικών από PCF.

• Αίτημα Εναλλαγής Διαδρομής και διαδικασία μετατόπισης UPF για ενεργές συνεδρίες κατά το Inter-gNB handover.

• Μηχανισμός Uplink Classifier (UL CL) στο επίπεδο UPF και SMF για σενάρια MEC και δρομολόγηση Local Breakout (LBO).

• Paging και Αίτημα Υπηρεσίας Ενεργοποιημένο από Δίκτυο για ξύπνημα UE από οπτικοποίηση UPF σε απάντηση σε κίνηση downlink.

Ημέρα 3

1. Μετάβαση Αρχιτεκτονικής

• Επισκόπηση αρχιτεκτονικών EPC και E-UTRAN.

• Επιλογές διάδοσης 5G (Standalone SA και Non-Standalone EN-DC).

2. Συνυπαρξη 5GS και EPS

• Μηχανισμοί EPS Fallback και Redirect.

• Υβριδικές υλοποιήσεις (PGW-C+SMF και PGW-U+UPF).

• Διασύνδεση N26 για διαδικασίες Inter-System Handover μεταξύ MME και AMF.

• Ανάλυση EN-DC ως κυρίαρχης παραλλαγής MR-DC (Multi-RAT Dual Connectivity).

• DSS (Dynamic Spectrum Sharing) ως μηχανισμός κοινοχρήστησης φάσματος.

3. Τηλεμετρία, Μετρητές και Συσχετισμός Δεδομένων

• Παρακολούθηση φαινομένων μέσω Counters και συσσώρευσή τους σε KPIs.

• Προσεγγίσεις αξιολόγησης σωστότητας διαδικασιών: Διάταγμα Επιτυχίας, Διάταγμα Αποτυχίας, απόλυτες έναντι ποσοστιαίες τιμές.

• Συσχετισμός εκδηλώσεων: παρακολούθηση σύνθετων διαδικασιών που έλλειψαν εξειδικευμένους μετρητές.

• Κανονικοποίηση δεδομένων και ευρύτερη προοπτική σε μεγέθη τάξης.

4. Διάγνωση Ανωμαλιών και Ανάλυση Καταγραφών

• Εντοπισμός προβλημάτων που υποδηλώνουν σφάλματα λογισμικού ή διαμόρφωσης (π.χ., «Sleeping Cell»).

• Στατιστικές αποκλίσεις και χαρτογράφηση Τιμών Αιτίας από πρωτόκολλα 3GPP για εντοπισμό ρίζας αποτυχιών.

5. Chaos Engineering και Troubleshooting

• Βάσεις διαχείρισης υλοποίησης 5GC open-source σε περιβάλλον dev/cloud.

• Δοκιμή του παραδείγματος Cloud-Native: αντικατάσταση στοιχείων microservice πυρήνα χωρίς διακοπή λειτουργιών.

• Εντόπιες ενέσεις αποτυχιών και παρατήρηση συμπεριφοράς failover.

• Προσομοίωση υποβάθμισης NG-RAN και συσχετισμός καταγραφών στη πλευρά AMF.