Configuration, deployment and test of 5G networks

Abstract

Mobile networks have assumed an increasingly central role over the last few decades, with increasing importance with each new generation. Currently, the fifth generation of mobile networks is being implemented. This new generation aims not only to offer better services to the user, but also to assume a central role in areas of society where their presence was previously less noticeable. Therefore, it is predicted that its impact will profoundly change people’s lives, changing the way we carry out some of our daily activities. Also in the industry, it will cause major changes, allowing the concept of Industry 4.0 to become a reality. These are some examples of changes that are expected in the coming decades. In the scope of this dissertation, a study will be carried out on 5G mobile networks, following a StandAlone (SA) architecture. To this end, the different elements that make up the network will be identified, analyzing the functions performed by each of them, and how they are interconnected. An implementation of a 5G network with an SA architecture was also carried out. For this, the software provided by OpenAirInterface (OAI) was used. For the implementation of the network, 2 PCs were used, one of which was responsible for running the Core, and the other for running the gNodeB (gNB). The PC running Gnb has a USRP b210 connected to it via USB, which is responsible for the RF functions, allowing implementations with a Bandwidth of 40MHz. For the test terminal, 2 User’s Equipment (UE) were used, the first was the OAI UE, which is an emulated UE, whose software is provided by the OAI, to use this UE a third PC was needed, and allows for simple tests the net. The second test terminal used the Quectel RM500Q Modem, which, when connected to a PC, allows testing the network. Using the Modem, performance tests were carried out on the network, for a bandwidth of 40MHz, obtaining Downlink speeds close to 100Mbps and Uplink speeds close to 8Mbps. In the second part of this dissertation, a platform was developed to work together with the OAI, to improve its usability. Using the platform allows anyone who wants to use the OAI to perform tasks with several steps, such as installing the OAI software, can do so by simply indicating the information about the setup they want to install, leaving the installation process to the platform’s responsibility. , reducing installation time and the appearance of problems during this process. The platform allows the configuration and execution of the network in a more friendly way, unlike the traditional way where the user was forced to directly edit the configuration files, making these tasks faster and reducing the appearance of errors associated with the configuration of the network. Finally, the platform offers a set of tests to the network, which allows the user to know the status of the network, and to detect problems that may exist.

As redes móveis têm assumido um papel cada vez mais central ao longo das últimas décadas, com uma importância crescente a cada nova geração. Atualmente encontra-se a ser implementada a quinta geração de redes móveis. Esta nova geração tem o objetivo de, não só, oferecer melhores serviços ao utilizador, mas também a assumir um papel central em áreas da sociedade em que anteriormente a sua presença era menos notória. Assim sendo, prevê-se que o seu impacto mudará de forma profunda a vida das pessoas, mudando a maneira como realizamos algumas das atividades do nosso quotidiano. Também na indústria, irá provocar grandes alterações, permitindo tornar o conceito de Indústria 4.0 uma realidade. Estes são alguns exemplos de alterações que se esperam nas próximas décadas. No âmbito desta dissertação será feito um estudo sobre redes móveis 5G, seguindo uma arquitetura StandAlone (SA). Para tal serão identificados os diferentes elementos que constituem a rede, analisando as funções realizadas por cada um deles, e a forma como eles se interligam. Foi também realizada uma implementação de uma rede 5G com uma arquitetura SA. Para tal recorreu-se ao software disponibilizado pela OpenAirInterface (OAI). Para a implementação da rede utilizou-se 2 PC’s, sendo que um ficou responsável por executar o Core, e o outro por executar o gNodeB (gNB). O PC que executa o gNB tem ligado a si, via USB, um USRP b210 que é responsável pelas funções de RF, permitindo fazer implementações com uma Largura de Banda de 40MHz. Para terminal de teste foram utilizados 2 User’s Equipment (UE), o primeiro foi o OAI UE, que é um UE emulado, cujo software é disponibilizado pela OAI, para utilizar este UE foi necessário um terceiro PC, e permite a realização de testes simples à rede. O segundo terminal de teste, utilizou-se o Modem da Quectel RM500Q, que ao se ligar a um PC permite realizar testes à rede. Utilizando o Modem, foram realizados testes de desempenho à rede, para uma largura de banda de 40MHz, obtendo-se velocidades de Downlink próximas de 100Mbps e velocidades de Uplink próximas de 8Mbps. Na segunda parte desta dissertação foi desenvolvida uma plataforma para trabalhar em conjunto com a OAI, com o objetivo de melhorar a sua usabilidade. A utilização da plataforma permite que, quem queira utilizar a OAI possa realizar tarefas com várias etapas, como a instalação do software da OAI, o possa fazer indicando apenas as informações sobre o setup que deseja instalar, deixando o processo de instalação à responsabilidade da plataforma, reduzindo o tempo de instalação e o aparecimento de problemas durante esse processo. A plataforma permite a configuração e execução da rede de uma maneira mais amigável, ao contrário da maneira tradicional onde o utilizador era obrigado a editar diretamente os ficheiros de configuração, tornando estas tarefas mais rápidas e reduzindo o aparecimento de erros associados à configuração da rede. Por fim, a plataforma oferece um conjunto de testes à rede, que permite ao utilizador saber o estado da rede, e detetar problemas que possam existir.