IMT 및 5G 네트워크 라이프사이클: 아키텍처, 설계, 배포 및 운영 교육 과정

1일차

1. 소개 및 생태계 개요

• 5G 표준에 대한 다각적 관점: 비즈니스, 표준화, 구현, 전송, RAN, 코어, DevOps.

• 관련 개념 해설: 5G, IMT-2020, NG-RAN, NR, 5GC, 5GS.

• 모바일 네트워크의 세대별 연속성: 3GPP 릴리스 15~17 내에서 4.5G에서 5G로 부드러운 진화.

2. IMT-2020 비전

• 변화의 동력으로 작용하고 새로운 요구사항의 원천이 되는 UE: IoT/mMTC(센서), RedCap 장치(카메라), UAV(드론)를 포함하여 UE의 정의 확장.

• 4G/LTE의 한계, EPC의 유연성 부족, 전송 네트워크 과제.

• eMBB, URLLC, mMTC의 최선단 요구사항: 사용 사례 및 RAN과 코어에 미치는 영향.

• 5G 네트워크를 정의하는 일반적인 시스템 요구사항.

• 교차 기능(Cross-cutting capabilities): 네트워크 슬라이싱, 5QI, CUPS, 멀티액세스 엣지 컴퓨팅(MEC), 프라이버시 바이 디자인.

3. NG-RAN과의 UE 통신 물리적 기초

• 기본 무선 개념: 셀, 밴드, 채널 폭.

• UE 네트워크 액세스 기초: 무선 프로토콜 스택, MIB/SIB, 셀 선택 메커니즘, 물리층.

• 커넥션 시작: RACH(Msg 1-4), 페이징, RRC.

4. NG-RAN 아키텍처

• gNB의 CU와 DU로 논리적 분리.

• 기능적 분할 옵션 및 그 함의.

• RAN 상호 운용성을 위한 대안/참조 프레임워크 및 표준으로서의 O-RAN.

• 컨트롤 플레인과 유저 플레인 분리.

• NG-RAN 및 NAS 터널링에서 UE 작업을 조정하는 RRC 프로토콜의 역할.

5. NG-RAN 메커니즘 및 절차

• PDCP 및 무선 베어러.

• 측정: 구성, 보고, 기타 절차에서의 활용.

• 모든 NG-RAN 작업에 대한 핵심 절차로서의 RRC 재구성.

• 캐리어 어그리거션 및 밴드 조합.

• NG-RAN 조정에서 AMF의 역할, NGAP 프로토콜.

• 핸드오버 절차.

2일차

1. 전송 네트워크 기초

• 전송 엔지니어링의 복잡성과 '단순 케이블' 신화의 해체: 핵심 기술로서의 IP/MPLS.

• 프론트홀, 미드홀, 백홀로 나누기: 요구사항, 기대사항, 응용 분야(eCPRI 포함).

• 5GS 도메인에서 IP 라우터 QoS로 5QI 매핑.

• 무선 전파를 위한 시간 및 위상 분배 및 동기화(PTP(IEEE 1588) 사용).

2. 5GC 기반으로서의 SBA 아키텍처 내부

• 클래식 IT 스택: HTTP/2, JSON, OAuth2.

• 코어 네트워크 기능 통신 메커니즘: Request-Response 대 Subscribe-Notify.

• NG-RAN에서의 액세스 처리 및 트래픽 종료 관점의 주요 NF: NRF, AMF, SMF, UPF.

• 핵심 조율자로서의 NRF: 서비스 등록, 서비스 탐색.

• (개념 개요) UDSF를 사용하여 모든 NF의 상태를 저장하는 무상태(Stateless) 아키텍처.

• (개념 개요) SCP를 통한 로드 밸런싱 및 프록시 메커니즘.

3. 데이터 패스 및 유저 플레인 분리

• UE에서 5GC로의 데이터 흐름: NG-RAN 인터페이스(N2, N3)와 NF(AMF, SMF, UPF)의 상관관계.

• 컨트롤 플레인의 진입 게이트웨이로서의 AMF(NAS 및 NGAP 시그널링의 종료 및 다중 분기).

• 유저 플레인의 핵심으로서의 UPF: 사용자 데이터 라우팅 구현 및 GTP-U 터널 캡슐화.

• PDU 세션 설정 콜 플로우: QoS 플로우 할당을 포함하여 끝에서 끝까지의 콜 플로우.

• N4 인터페이스(PFCP 프로토콜), TEID 할당, 무선 트래픽을 외부 데이터 네트워크(DN)와 연결하는 규칙(PDR, FAR).

4. 구독 관리, 신원 및 서비스 정책

• 데이터베이스: 구조화된 데이터를 위한 UDR, 가입자 처리 로직을 위한 UDM.

• AUSF, NAS 키 교환, SUCI 메커니즘을 포함하는 5G-AKA 인증 과정.

• 정책 관리자 및 배포자로서의 PCF: 세션, 이동성, SLA 정책.

• BSF를 통해 PDU 세션을 PCF 인스턴스와 바인딩 — IMS/VoNR의 주요 기능.

5. 네트워크 슬라이싱

• 네트워크 슬라이싱 소개, S-NSSAI 매개변수 식별자 설정.

• 서비스 프로필 기반 NSSF를 통한 AMF 및 SMF 인스턴스 선택 메커니즘.

• MEC, 업링크 클래시피어(UL CL)/UPF 분기점 소개.

6. 외부 5GC 노출 및 API

• 로밍 트래픽 보안을 위한 SEPP.

• 비-3GPP 액세스: N3IWF를 통해 NG-RAN 외부에서 발생된 가입자 트래픽.

• NEF를 통한 외부 애플리케이션 기능(AF)과의 노출 및 통합.

7. 선택된 끝에서 끝까지의 시나리오 분석

• 초기 등록 및 PDU 세션 설정: NRF 조회, AUSF 자격 증명, UDM으로부터 구독 정보 및 PCF로부터 정책 가져오기.

• Inter-gNB 핸드오버 중 활성 세션에 대한 경로 전환 요청 및 UPF 재배치 절차.

• MEC 시나리오 및 로컬 브레이크아웃(LBO) 라우팅을 위한 UPF 및 SMF 수준의 업링크 클래시피어(UL CL) 메커니즘.

• 다운링크 트래픽에 응답하여 UPF의 이니셔티브로 UE를 깨우는 페이징 및 네트워크 트리거드 서비스 요청.

3일차

1. 과도기 아키텍처

• EPC 및 E-UTRAN 아키텍처 개요.

• 5G 배포 옵션(스탠드얼론 SA 및 논-스탠드얼론 EN-DC).

2. 5GS와 EPS 공존

• EPS 폴백 및 리다이렉트 메커니즘.

• 하이브리드 구현(PGW-C+SMF 및 PGW-U+UPF).

• MME와 AMF 간 시스템 간 핸드오버 절차용 N26 인터페이스.

• MR-DC(Multi-RAT Dual Connectivity)의 우세한 변형인 EN-DC 분석.

• 주파수 공유 메커니즘으로서의 DSS(Dynamic Spectrum Sharing).

3. 텔레메트리, 카운터 및 데이터 상관성

• 카운터를 통한 현상 모니터링 및 KPI로의 집계.

• 절차 정확도 평가 방법: 성공 비율, 실패 비율, 절대값 대 백분율 값.

• 이벤트 상관성: 전용 카운터가 없는 복잡한 절차 추적.

• 데이터 정규화 및 크기 순서에 대한 더 넓은 관점.

4. 이상 징후 진단 및 로그 분석

• 소프트웨어 또는 구성 오류를 시사하는 문제 식별(예: 'Sleeping Cell').

• 통계적 편차 및 3GPP 프로토콜의 Cause Value를 매핑하여 실패의 근본 원인 식별.

5. 카오스 엔지니어링 및 트러블슈팅

• dev/클라우드 환경에서 오픈소스 5GC 구현 관리의 기초.

• 클라우드 네이티브 패러다임 테스트: 운영 중단 없이 코어 마이크로서비스 요소 교체.

• 의도적 장애 주입 및 페일오버 행동 관찰.

• NG-RAN 저하 시뮬레이션 및 AMF 측 로그 상관성 분석.