Formation Cycle de vie des réseaux IMT et 5G : architecture, conception, déploiement et opérations

Jour 1

1. Introduction et aperçu de l'écosystème

• Angles d'analyse multiples du standard 5G : affaires, normalisation, implémentation, transport, RAN, Noyau, DevOps.

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

• Continuité générationnelle des réseaux mobiles : évolution fluide de la 4.5G vers la 5G au sein des versions (Releases) 15 à 17 de la 3GPP.

2. La vision IMT-2020

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

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

• Exigences frontalières de l'eMBB, de l'URLLC et du mMTC : cas d'usage et leur impact sur le RAN et le Noyau.

• Exigences système générales définissant le réseau 5G.

• Capacités transversales : Network Slicing, 5QI, CUPS, Edge Computing Multi-accès (MEC) et Confidentialité par conception (Privacy by Design).

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

• Concepts radio fondamentaux : Cellule, Bande, Largeur de bande de canal.

• Fondamentaux de l'accès réseau UE : pile de protocoles radio, MIB/SIB, mécanisme de sélection de cellule et couche physique (Physical Layer).

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

4. Architecture NG-RAN

• Clivage logique de la gNB en CU et DU.

• Options de découpage fonctionnel (Functional Split) et leurs implications.

• O-RAN comme alternative/cadre de référence et standard pour l'interopérabilité du RAN.

• Séparation du Plan de Contrôle et du Plan Utilisateur.

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

5. Mécanismes et procédures NG-RAN

• PDCP et porteurs radio (Radio Bearers).

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

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

• Aggrégation de porteurs (Carrier Aggregation) et combinaison de bandes.

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

• Procédures de prise de relais (Handover).

Jour 2

1. Fondements du réseau de transport

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

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

• Mise en correspondance (Mapping) du 5QI du domaine 5GS avec le QoS des routeurs IP.

• Distribution et synchronisation de l'heure et de la phase pour la transmission radio à l'aide de PTP (IEEE 1588).

2. Au cœur de l'architecture SBA, fondement du 5GC

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

• Mécanismes de communication entre fonctions du noyau réseau : Requête-Réponse (Request-Response) vs. Abonnement-Notification (Subscribe-Notify).

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

• La NRF en tant que coordinateur clé : Enregistrement de service, Découverte de service.

• (Aperçu conceptuel) Architecture sans état (Stateless) et stockage d'état pour toute NF à l'aide de UDSF.

• (Aperçu conceptuel) Équilibrage de charge et mécanismes de proxy via SCP.

3. Chemin de données et séparation du plan utilisateur

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

• L'AMF comme passerelle d'entrée du Plan de Contrôle (terminaison 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 pour l'établissement de session PDU : Flux d'appel de bout en bout incluant l'allocation de 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 en tant que gestionnaire et distributeur de politiques : politiques de session, de mobilité et de SLA.

• Association (Binding) des sessions PDU aux instances PCF via BSF — une fonctionnalité clé pour IMS/VoNR.

5. Tranchement de réseau (Network Slicing)

• Introduction au Network Slicing, configuration de l'identifiant de paramètre S-NSSAI.

• Mécanismes de sélection des instances AMF et SMF basés sur le profil de service via 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 d'itinérance.

• Accès non-3GPP : trafic d'abonné provenant à l'extérieur du NG-RAN via N3IWF.

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

7. Analyse de scénarios de bout en bout sélectionnés

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

• Demande de commutation de chemin (Path Switch Request) et procédure de relocation UPF pour les sessions actives lors d'un relais Inter-gNB.

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

• Appels (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

• Aperçu des architectures EPC et E-UTRAN.

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

2. Coexistence de 5GS et EPS

• Mécanismes de repli EPS (EPS Fallback) et de redirection.

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

• Interface N26 pour les procédures de relais Inter-Système entre MME et AMF.

• Analyse de l'EN-DC comme variante dominante de la 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 correcte exécution des procédures : Taux de succès, Taux d'échec, valeurs absolues vs. valeurs en pourcentage.

• Corrélation d'événements : suivi des procédures complexes n'ayant pas de compteurs dédiés.

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

4. Diagnostic d'anomalies et analyse des journaux

• Identification des problèmes suggérant des erreurs logicielles ou de configuration (ex. : « Sleeping Cell »).

• Déviations statistiques et mise en correspondance des valeurs de cause (Cause Values) des protocoles 3GPP pour identifier les causes racines des échecs.

5. Ingénierie du chaos et dépannage

• Fondamentaux de la gestion d'une implémentation 5GC open-source dans un environnement de développement/cloud.

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

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

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