IMT 與 5G 網路生命週期：架構、設計、部署與營運培訓

第一天

1. 簡介與生態系概觀

• 從多角度的 5G 標準視角：商業、標準化、實施、傳輸、RAN、核心網路、DevOps。

• 釐清相關概念：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

• 用戶端設備（UE）作為變革驅動力與新需求來源：擴展 UE 的定義以涵蓋 IoT/mMTC（感測器）、RedCap 裝置（相機）及 UAV（無人機）。

• 4G/LTE 的局限性、EPC 缺乏靈活性以及傳輸網路的挑戰。

• eMBB、URLLC 與 mMTC 的前沿需求：使用情境及其對 RAN 與核心網路的影響。

• 定義 5G 網路的一般系統需求。

• 橫切能力：網路切片、5QI、CUPS（控制面與用戶面分離）、多存取邊緣運算（MEC）及預設隱私設計。

3. UE 與 NG-RAN 通訊的物理基礎

• 基本無線概念：小区（Cell）、頻帶（Band）、信道寬度（Channel Width）。

• UE 網路接入基礎：無線協定堆疊、MIB/SIB、小区選擇機制及實體層。

• 連接初始化：RACH（訊息 1-4）、分頁（Paging）、RRC。

4. NG-RAN 架構

• 將 gNB 邏輯分割為 CU（中樞單元）與 DU（分配單元）。

• 功能分割選項及其影響。

• O-RAN 作為 RAN 互通性的替代方案/參考框架與標準。

• 控制面（Control Plane）與用戶面（User Plane）的分離。

• RRC 協定及其在協調 NG-RAN 中 UE 運作與 NAS 隧道的角色。

5. NG-RAN 機制與程序

• PDCP（分組數據匯聚協定）與無線承載。

• 測量：配置、報告及其在其他程序中的應用。

• RRC 重新配置作為所有 NG-RAN 運作的關鍵程序。

• 載波聚合（Carrier Aggregation）與頻帶組合。

• AMF（接入與移動管理功能）在 NG-RAN 協調中的角色，NGAP 協定。

• 切換（Handover）程序。

第二天

1. 傳輸網路基礎

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

• 前傳（Fronthaul）、中傳（Midhaul）與回傳（Backhaul）的劃分：需求、預期與應用（包括 eCPRI）。

• 將 5QI 從 5GS 領域對應至 IP 路由器 QoS。

• 使用 PTP (IEEE 1588) 分佈與同步無線傳輸的時間與相位。

2. 深入探討作為 5GC 基礎的 SBA 架構

• 傳統 IT 堆疊：HTTP/2、JSON、OAuth2。

• 核心網路功能通訊機制：請求-回應（Request-Response）與訂閱-通知（Subscribe-Notify）。

• 從接入處理與來自 NG-RAN 的流量終止角度來看的关键 NF：NRF、AMF、SMF、UPF。

• NRF 作為關鍵協調者：服務註冊、服務發現。

• （概念概觀）使用 UDSF 儲存任意 NF 狀態的無狀態架構。

• （概念概觀）透過 SCP 實現負載平衡與代理機制。

3. 數據路徑與用戶面分離

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

• AMF 作為控制面的入口網關（終止 NAS 與解多路複用 NGAP 信令）。

• UPF 作為用戶面核心：用戶數據路由實現與 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 分配以及將無線流量連結至外部數據網路（DN）的規則（PDR、FAR）。

4. 訂閱管理、身分識別與服務策略

• 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 金鑰交換及 SUCI 機制的 5G-AKA 驗證過程。

• PCF 作為策略管理器與分發器：會話、移動性及 SLA 策略。

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

5. 網路切片

• 網路切片簡介、S-NSSAI 參數標識符設置。

• 基於服務配置透過 NSSF 進行 AMF 與 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. 外部 5GC 暴露與 API

• 用於保護漫遊流量的 SEPP。

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

• 透過 NEF 進行外部應用功能（AF）的暴露與整合。

7. 選定端到端情境分析

• 初始註冊與 PDU 會話建立：查詢 NRF、AUSF 憑證、從 UDM 取得訂閱資訊及從 PCF 取得策略。

• 在 Inter-gNB 切換期間，針對活躍會話的路徑切換請求（Path Switch Request）與 UPF 重新定位程序。

• 在 UPF 與 SMF 層面的上行鏈路分類器（UL CL）機制，用於 MEC 情境及本地中斷（LBO）路由。

• 分頁與網路觸發的服務請求，在 UPF 主動下回應下行鏈路流量以喚醒 UE。

第三天

1. 過渡架構

• EPC 與 E-UTRAN 架構概觀。

• 5G 部署選項（獨立組網 SA 與非獨立組網 EN-DC）。

2. 5GS 與 EPS 共存

• EPS 回落（Fallback）與重定向機制。

• 混合實現（PGW-C+SMF 及 PGW-U+UPF）。

• 用於 MME 與 AMF 之間系統間切換程序的 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將其匯總為 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」）。

• 統計偏差及將 3GPP 協定中的 Cause Value 對應以識別失敗的根本原因。

5. 混沌工程與故障排查

• 在開發/雲端環境中管理開源 5GC 實現的基礎。

• 測試雲端原生範式：在不中斷運作的情况下替換核心微服務元素。

• 故意注入故障並觀察故障轉移（Failover）行為。

• 模擬 NG-RAN 退化並在 AMF 端關聯日誌。