IMT与5G网络生命周期：架构、设计、部署与运营 培训

第1天

1. 引言与生态系统概览

• 5G标准的多角度视角：业务、标准化、实现、传输、无线接入网、核心网、DevOps。

• 解析相关概念：5G、IMT-2020、NG-RAN、NR、5GC、5GS。

• 移动通信网络的代际连续性：在3GPP第15-17版中从4.5G平滑演进至5G。

2. IMT-2020愿景

• 用户设备作为变革驱动力和新需求来源：扩展UE定义，包括IoT/mMTC（传感器）、RedCap设备（摄像头）和UAV（无人机）。

• 4G/LTE的局限性、EPC灵活性不足及传输网络挑战。

• eMBB、URLLC和mMTC的前沿需求：用例及其对无线接入网和核心网的影响。

• 定义5G网络的通用系统需求。

• 横向能力：网络切片、5QI、CUPS、多接入边缘计算（MEC）及隐私设计。

3. 用户设备与NG-RAN通信的物理基础

• 基本无线概念：小区、频段、信道带宽。

• 用户设备接入网络的基础：无线协议栈、MIB/SIB、小区选择机制及物理层。

• 连接建立：RACH（Msg 1-4）、寻呼、RRC。

4. NG-RAN架构

• gNB的逻辑拆分：CU和DU。

• 功能拆分选项及其影响。

• O-RAN作为无线接入网互操作性的替代/参考框架和标准。

• 控制面与用户面分离。

• RRC协议及其在NG-RAN中协调用户设备操作和NAS隧道的角色。

5. NG-RAN机制与流程

• PDCP与无线承载。

• 测量：配置、报告及在其他流程中的应用。

• RRC重配置作为所有NG-RAN操作的关键流程。

• 载波聚合与频段组合。

• AMF在NG-RAN协调中的角色，NGAP协议。

• 切换流程。

第2天

1. 传输网络基础

• 传输工程的复杂性及解构“仅线缆”误区：IP/MPLS作为核心技术。

• 前传、中传和回传的划分：需求、预期及应用（包括eCPRI）。

• 将5QI从5GS域映射到IP路由器QoS。

• 使用PTP（IEEE 1588）进行无线电发射的时间和相位分发与同步。

2. SBA架构作为5GC基础

• 经典IT栈：HTTP/2、JSON、OAuth2。

• 核心网功能通信机制：请求-响应 vs 订阅-通知。

• 从接入处理和NG-RAN流量终结角度看关键NF：NRF、AMF、SMF、UPF。

• NRF作为关键协调者：服务注册、服务发现。

• （概念概览）使用UDSF为任何NF存储状态的无状态架构。

• （概念概览）通过SCP实现负载均衡和代理机制。

3. 数据路径与用户面分离

• 从用户设备到5GC的数据流：NG-RAN接口（N2、N3）与NF（AMF、SMF、UPF）的关联。

• AMF作为控制面的入口网关（终结和分解NAS和NGAP信令）。

• UPF作为用户面核心：用户数据路由实现及GTP-U隧道封装。

• PDU会话建立呼叫流：包括QoS流分配端到端呼叫流。

• N4接口（PFCP协议）、TEID分配及将无线流量链接到外部数据网络（DN）的规则（PDR、FAR）。

4. 订阅管理、身份与服务策略

• 数据库：UDR用于结构化数据，UDM用于订阅者处理逻辑。

• 涉及AUSF、NAS密钥交换和SUCI机制的5G-AKA认证过程。

• PCF作为策略管理者和分发者：会话、移动性和SLA策略。

• 通过BSF将PDU会话绑定到PCF实例——IMS/VoNR的关键特性。

5. 网络切片

• 网络切片简介，S-NSSAI参数标识符设置。

• 基于服务配置文件通过NSSF选择AMF和SMF实例的机制。

• MEC简介，UPF中的上行链路分类器（UL CL）/分支点。

6. 5GC外部暴露与API

• SEPP用于保护漫游流量。

• 非3GPP接入：通过N3IWF处理来自NG-RAN外部的订阅者流量。

• 通过NEF暴露和集成外部应用功能（AF）。

7. 选定端到端场景分析

• 初始注册和PDU会话建立：查询NRF、AUSF凭证，从UDM获取订阅，从PCF获取策略。

• Inter-gNB切换期间活跃会话的路径切换请求和UPF重定位流程。

• UPF和SMF层面的上行链路分类器（UL CL）机制用于MEC场景和本地突破（LBO）路由。

• 响应下行流量时，UPF主动发起寻呼和网络触发服务请求以唤醒用户设备。

第3天

1. 过渡架构

• EPC和E-UTRAN架构概览。

• 5G部署选项（独立SA和非独立EN-DC）。

2. 5GS与EPS共存

• EPS回退和重定向机制。

• 混合实现（PGW-C+SMF和PGW-U+UPF）。

• MME和AMF之间系统间切换流程的N26接口。

• EN-DC作为MR-DC（多无线电双连接）主要变体的分析。

• DSS（动态频谱共享）作为频谱共享机制。

3. 遥测、计数器与数据关联

• 通过计数器监控现象并将其聚合为KPI。

• 评估流程正确性的方法：成功率、失败率、绝对值与百分比值。

• 事件关联：跟踪缺乏专用计数器的复杂流程。

• 数据规范化及数量级的更广泛视角。

4. 异常诊断与日志分析

• 识别暗示软件或配置错误的问题（例如，“睡眠小区”）。

• 统计偏差及将3GPP协议中的原因值映射以识别故障根本原因。

5. 混沌工程与故障排除

• 在开发/云环境中管理开源5GC实现的基础知识。

• 测试云原生范式：在不中断操作的情况下替换核心微服务元素。

• 故意注入故障并观察故障转移行为。

• 模拟NG-RAN降级并在AMF侧关联日志。