Corso di formazione IMT e Ciclo di Vita della Rete 5G: Architettura, Progettazione, Deployment e Operazioni

Giorno 1

1. Introduzione e Panoramica dell'Ecosistema

• Perspettive multiple sullo standard 5G: business, standardizzazione, implementazione, trasporto, RAN, Core, DevOps.

• Smistificazione dei concetti correlati: 5G, IMT-2020, NG-RAN, NR, 5GC, 5GS.

• Continuità generazionale delle reti mobili: evoluzione fluida da 4.5G a 5G entro le 3GPP Releases 15–17.

2. Visione IMT-2020

• La UE come motore del cambiamento e fonte di nuovi requisiti: espansione della definizione di UE per includere IoT/mMTC (sensori), dispositivi RedCap (telecamere) e UAV (droni).

• Limiti di 4G/LTE, mancanza di flessibilità di EPC e sfide nelle reti di trasporto.

• Requisiti frontieri di eMBB, URLLC e mMTC: casi d'uso e il loro impatto su RAN e Core.

• Requisiti generali di sistema che definiscono la rete 5G.

• Capacità trasversali: Network Slicing, 5QI, CUPS, Multi-access Edge Computing (MEC) e Privacy by Design.

3. Fondamenti Fisici della Comunicazione della UE con NG-RAN

• Concetti radio fondamentali: Cell, Band, Channel Width.

• Fondamenti dell'accesso di rete della UE: radio protocol stack, MIB/SIB, meccanismo di Cell Selection e Physical Layer.

• Inizio della connessione: RACH (Msg 1-4), Paging, RRC.

4. Architettura NG-RAN

• Divisione logica di gNB in CU e DU.

• Opzioni di Functional Split e le loro implicazioni.

• O-RAN come framework di riferimento alternativo e standard per l'interoperabilità RAN.

• Separazione di Control Plane e User Plane.

• Il protocollo RRC e il suo ruolo nel coordinare le operazioni della UE in NG-RAN e nel tunneling NAS.

5. Meccanismi e Procedure NG-RAN

• PDCP e Radio Bearers.

• Misurazioni: configurazione, reporting e utilizzo in altre procedure.

• RRC Reconfiguration come procedura chiave per tutte le operazioni NG-RAN.

• Carrier Aggregation e Band Combination.

• Il ruolo di AMF nel coordinamento NG-RAN, protocollo NGAP.

• Procedure di Handover.

Giorno 2

1. Fondamenti della Rete di Trasporto

• Complessità dell'ingegneria di trasporto e decostruzione del mito del "solo cavi": IP/MPLS come tecnologia core.

• Divisione in Fronthaul, Midhaul e Backhaul: requisiti, aspettative e applicazioni (incluso eCPRI).

• Mappatura 5QI dal dominio 5GS al QoS dei router IP.

• Distribuzione e sincronizzazione di tempo e fase per la trasmissione radio utilizzando PTP (IEEE 1588).

2. All'interno dell'Architettura SBA come Base del 5GC

• Stack IT classico: HTTP/2, JSON, OAuth2.

• Mecanismi di comunicazione tra Funzioni di Rete Core: Request-Response vs. Subscribe-Notify.

• NF chiave dalla prospettiva di gestione dell'accesso e terminazione del traffico da NG-RAN: NRF, AMF, SMF, UPF.

• NRF come coordinatore chiave: Service Registration, Service Discovery.

• (Panoramica Concettuale) Architettura stateless e memorizzazione dello stato per qualsiasi NF utilizzando UDSF.

• (Panoramica Concettuale) Load balancing e meccanismi di proxy tramite SCP.

3. Percorso Dati e Separazione della User Plane

• Flusso dati dalla UE al 5GC: correlazione delle interfacce NG-RAN (N2, N3) con le NF (AMF, SMF, UPF).

• AMF come gateway di ingresso per la Control Plane (terminazione e demultiplexing di signaling NAS e NGAP).

• UPF come core della User Plane: implementazione del routing dei dati utente e incapsulamento tunnel GTP-U.

• Flusso di chiamata per la stabilizzazione della sessione PDU: End-to-End Call Flow inclusa l'allocazione QoS Flow.

• Interfaccia N4 (protocollo PFCP), allocazione TEID e regole (PDR, FAR) che collegano il traffico radio alle Data Network (DN) esterne.

4. Gestione delle Abbonamenti, Identità e Policy di Servizio

• Database: UDR per dati strutturati e UDM per logica di elaborazione degli abbonati.

• Processo di autenticazione 5G-AKA che coinvolge AUSF, scambio di chiavi NAS e meccanismo SUCI.

• PCF come gestore e distributore di policy: policy di sessione, mobilità e SLA.

• Vincolo delle sessioni PDU a istanze PCF tramite BSF — una funzione chiave per IMS/VoNR.

5. Network Slicing

• Introduzione al Network Slicing, configurazione del parametro identificativo S-NSSAI.

• Mecanismi di selezione delle istanze AMF e SMF basati sul profilo di servizio tramite NSSF.

• Introduzione al MEC, Uplink Classifier (UL CL) / Branching Point in UPF.

6. Esposizione 5GC Esterna e API

• SEPP per la sicurezza del traffico di roaming.

• Accesso Non-3GPP: traffico degli abbonati proveniente al di fuori di NG-RAN tramite N3IWF.

• Esposizione e integrazione con Funzioni di Applicazione (AF) esterne tramite NEF.

7. Analisi di Scenari End-to-End Selezionati

• Registrazione Iniziale e Stabilizzazione della Sessione PDU: query a NRF, credenziali AUSF, recupero degli abbonamenti da UDM e delle policy da PCF.

• Richiesta di Switch del Percorso e procedura di ricollocazione UPF per sessioni attive durante l'Inter-gNB handover.

• Mecanismo Uplink Classifier (UL CL) a livello UPF e SMF per scenari MEC e routing Local Breakout (LBO).

• Paging e Network Triggered Service Request che risvegliano la UE su iniziativa dell'UPF in risposta al traffico downlink.

Giorno 3

1. Architettura Transitoria

• Panoramica delle architetture EPC e E-UTRAN.

• Opzioni di deployment 5G (Standalone SA e Non-Standalone EN-DC).

2. Coesistenza di 5GS ed EPS

• Mecanismi EPS Fallback e Redirect.

• Implementazioni ibride (PGW-C+SMF e PGW-U+UPF).

• Interfaccia N26 per procedure di Inter-System Handover tra MME e AMF.

• Analisi di EN-DC come variante dominante di MR-DC (Multi-RAT Dual Connectivity).

• DSS (Dynamic Spectrum Sharing) come meccanismo di condivisione dello spettro.

3. Telemetria, Contatori e Correlazione dei Dati

• Monitoraggio dei fenomeni tramite Contatori e loro aggregazione in KPI.

• Approcci alla valutazione della correttezza delle procedure: Success Ratio, Failure Ratio, valori assoluti vs. percentuali.

• Correlazione degli eventi: tracciamento di procedure complesse prive di contatori dedicati.

• Normalizzazione dei dati e prospettiva più ampia sugli ordini di grandezza.

4. Diagnosi delle Anomalie e Analisi dei Log

• Identificazione di problemi che suggeriscono errori di software o configurazione (es., "Sleeping Cell").

• Deviazioni statistiche e mappatura dei Cause Value dai protocolli 3GPP per identificare le cause profonde dei fallimenti.

5. Chaos Engineering e Troubleshooting

• Fondamenti della gestione di un'implementazione open-source 5GC in un ambiente dev/cloud.

• Testing del paradigma Cloud-Native: sostituzione di elementi microservizio core senza interruzione delle operazioni.

• Iniezione intenzionale di fallimenti e osservazione del comportamento di failover.

• Simulazione di degrado NG-RAN e correlazione dei log lato AMF.