Formation IMT et Cycle de vie des réseaux 5G : Architecture, Conception, Déploiement et Exploitation

Jour 1

1. Introduction et vue d'ensemble de l'écosystème

• Perspectives multiples sur la norme 5G : affaires, normalisation, implémentation, transport, RAN, Cœur, DevOps.

• Comprendre les concepts associés : 5G, IMT-2020, NG-RAN, NR, 5GC, 5GS.

• Continuité générationnelle des réseaux mobiles : évolution fluide de la 4.5G vers la 5G dans les Releases 15–17 de la 3GPP.

2. Vision IMT-2020

• L'UE comme moteur du changement et source de nouvelles exigences : élargissement de la définition de l'UE pour inclure l'IoT/mMTC (capteurs), les appareils RedCap (caméras) et les UAV (drones).

• Limites de la 4G/LTE, manque de flexibilité de l'EPC et défis des réseaux de transport.

• Exigences frontières de l'eMBB, de l'URLLC et du mMTC : cas d'utilisation et leur impact sur la RAN et le Cœur.

• Exigences système générales définissant le réseau 5G.

• Capacités transverses : Tranchage réseau (Network Slicing), 5QI, CUPS, Calcul en périphérie multi-accès (MEC) et Confidentialité par conception.

3. Fondements physiques de la communication UE avec la NG-RAN

• Concepts radio fondamentaux : Cellule, Bande, Largeur de bande passante (Channel Width).

• Fondements de l'accès réseau de l'UE : pile de protocoles radio, MIB/SIB, mécanisme de sélection de cellule et couche physique.

• Initiation de la connexion : RACH (Msg 1-4), Paging, RRC.

4. Architecture NG-RAN

• Séparation logique de la gNB en CU et DU.

• Options de séparation fonctionnelle (Functional Split) et leurs implications.

• O-RAN comme cadre de référence alternatif et norme pour l'interopérabilité de la RAN.

• Séparation du Plan de contrôle et du Plan utilisateur.

• Le protocole RRC et son rôle dans la coordination des opérations UE dans la NG-RAN et le tunnelisation NAS.

5. Mécanismes et procédures NG-RAN

• PDCP et Supports radio (Radio Bearers).

• Mesures : configuration, signalement et utilisation dans d'autres procédures.

• La reconfiguration RRC comme procédure clé pour toutes les opérations NG-RAN.

• Agrégation de porteuses et combinaisons de bandes.

• Le rôle de l'AMF dans la coordination NG-RAN, protocole NGAP.

• Procédures de Handover.

Jour 2

1. Fondements du réseau de transport

• Complexité de l'ingénierie du transport et déconstruction du mythe des "simples câbles" : l'IP/MPLS comme technologie de base.

• Distinction en Fronthaul, Midhaul et Backhaul : exigences, attentes et applications (y compris eCPRI).

• Correspondance du 5QI du domaine 5GS avec le QoS des routeurs IP.

• Diffusion et synchronisation du temps et de la phase pour la transmission radio à l'aide de PTP (IEEE 1588).

2. À l'intérieur de l'architecture SBA comme fondation du 5GC

• Pile IT classique : HTTP/2, JSON, OAuth2.

• Mécanismes de communication des fonctions du réseau cœur : Request-Response vs. Subscribe-Notify.

• Principales NFs du point de vue de la gestion de l'accès et de la terminaison du trafic depuis la NG-RAN : NRF, AMF, SMF, UPF.

• La NRF comme coordinateur clé : Enregistrement des services, Découverte des services.

• (Vue d'ensemble conceptuelle) Architecture sans état (stateless) et stockage de l'état pour toute NF via UDSF.

• (Vue d'ensemble conceptuelle) Équilibrage de charge et mécanismes de proxy via SCP.

3. Chemin de données et séparation du Plan utilisateur

• Flux de données de l'UE vers le 5GC : corrélation des interfaces NG-RAN (N2, N3) avec les NFs (AMF, SMF, UPF).

• L'AMF comme passerelle d'entrée pour le Plan de contrôle (termination et démultiplexage de la signalisation NAS et NGAP).

• L'UPF comme cœur du Plan utilisateur : implémentation du routage des données utilisateur et encapsulation de tunnel GTP-U.

• Flux d'appel d'établissement de session PDU : Flux d'appel de bout en bout incluant l'allocation du flux QoS.

• Interface N4 (protocole PFCP), allocation TEID et règles (PDR, FAR) liant le trafic radio aux Réseaux de données externes (DN).

4. Gestion de l'abonnement, identité et politiques de service

• Bases de données : UDR pour les données structurées et UDM pour la logique de traitement de l'abonné.

• Processus d'authentification 5G-AKA impliquant l'AUSF, l'échange de clés NAS et le mécanisme SUCI.

• Le PCF comme gestionnaire et distributeur de politiques : politiques de session, de mobilité et de SLA.

• Associer les sessions PDU aux instances PCF via le BSF — une fonctionnalité clé pour IMS/VoNR.

5. Tranchage réseau (Network Slicing)

• Introduction au tranchage réseau, configuration du paramètre identifiant S-NSSAI.

• Mécanismes de sélection des instances AMF et SMF basés sur le profil de service via la NSSF.

• Introduction au MEC, Classifieur de lien montant (UL CL) / Point de branchement dans l'UPF.

6. Exposition externe du 5GC et API

• SEPP pour sécuriser le trafic de roaming.

• Accès non-3GPP : trafic de l'abonné originaire de l'extérieur de la NG-RAN via la N3IWF.

• Exposition et intégration avec les Fonctions d'application externes (AF) via la NEF.

7. Analyse de scénarios sélectionnés de bout en bout

• Enregistrement initial et établissement de session PDU : interrogation de la NRF, identifiants AUSF, récupération des abonnements depuis l'UDM et des politiques depuis le PCF.

• Demande de commutation de chemin (Path Switch Request) et procédure de rélocalisation de l'UPF pour les sessions actives lors du handover inter-gNB.

• Mécanisme Classifieur de lien montant (UL CL) au niveau de l'UPF et du SMF pour les scénarios MEC et le routage Local Breakout (LBO).

• Paging et Demande de service déclenchée par le réseau réveillant l'UE à l'initiative de l'UPF en réponse au trafic descendant.

Jour 3

1. Architecture de transition

• Vue d'ensemble des architectures EPC et E-UTRAN.

• Options de déploiement de la 5G (Standalone SA et Non-Standalone EN-DC).

2. Coexistence de 5GS et EPS

• Mécanismes EPS Fallback et Redirect.

• Implémentations hybrides (PGW-C+SMF et PGW-U+UPF).

• Interface N26 pour les procédures de Handover inter-systèmes entre MME et AMF.

• Analyse de l'EN-DC comme variante dominante du MR-DC (Multi-RAT Dual Connectivity).

• DSS (Dynamic Spectrum Sharing) en tant que mécanisme de partage du spectre.

3. Télémétrie, compteurs et corrélation de données

• Surveillance des phénomènes via des Compteurs et leur agrégation en KPI.

• Approches pour évaluer la justesse des procédures : Taux de succès, Taux d'échec, valeurs absolues vs. valeurs en pourcentage.

• Corrélation d'événements : suivi des procédures complexes ne disposant pas de compteurs dédiés.

• Normalisation des données et perspective élargie sur les ordres de grandeur.

4. Diagnostic des anomalies et analyse des journaux

• Identification des problèmes suggérant des erreurs logicielles ou de configuration (par exemple, "Cellule endormie").

• Déviations statistiques et cartographie des Valeurs de Cause des protocoles 3GPP pour identifier les causes racinales des pannes.

5. Chaos Engineering et dépannage

• Fondements de la gestion d'une implémentation 5GC open source dans un environnement dev/cloud.

• Test du paradigme Cloud-Natif : remplacement d'éléments de microservices du cœur sans interrompre les opérations.

• Injection intentionnelle de pannes et observation du comportement de bascule (failover).

• Simulation de la dégradation de la NG-RAN et corrélation des journaux du côté de l'AMF.