EPC Evolved Packet Core network EPCMMEMobility Management EntitySGWServing

實驗原理與預習 • EPC : Evolved Packet Core network – EPC主要包括MME(Mobility Management Entity)和SGW(Serving Gate Way) – S-GW主要負責的有終於用戶面數據包及用戶平面切換(User Plane) – MME主要負責的有非接入層信令的加密、完整性保護和安全控 制，並對空閒狀態下的UE進行移動性管理(Control Plane) 參考資料: http: //www. mscbsc. com/askpro/question 77689 6

Functional Split between E-UTRAN & EPC 參考資料: ITRI LTE RRC software introduction p. 4 7

Radio Protocol Architecture User plane protocol stack Control - Plane protocol stack 參考資料: ITRI LTE RRC software introduction p. 5 8

LTE Interface for RRM 參考資料: ITRI LTE RRM software introduction p. 12 9

OAI-LTE Small Cell 實驗架構 wi-fi 11

軟硬體環境 - 硬體 名稱 EPC e. NB UE 規格 數量 目的 CPU : Intel i 7 -6500 U(2. 5 GHz) RAM : DDR 3(1600) 16 GB HDD : SATA 3 1 TB 1 啟動HSS, MME, S-GW, P-GW 功能 Ethernet Realtek RTL 8111/8168 PCIE Network Card TP-LINK UE 300 USB 2 一張連內部網路， 一張連接外部網路 USRP B 210 SDR Kit - Dual Channel Transceiver (70 MHz - 6 GHz) - Ettus Research 1 LTE基地台用來連接EPC Cell Phone HTC Desire 728 * 2 3 連接e. NB，必須支援Band 7 Dongle Huawei E 3372 h-607 * 1 13

軟硬體環境 – 系統軟體 軟體名稱 版本 目的 Ubuntu 14. 04 e. NB、EPC使用 OAI e. NB (openairinterface 5 g) 採用 2016 -10 -03發佈的 版本 執行e. NB運作 https: //gitlab. eurecom. fr/oai/openairinterface 5 g/tree/82 e 54108 e 9845 cb 1 eb 38 d 9 a 959 e 9 a 04 237 c 104 d 6 OAI EPC(openair-cn) 採用 2016 -11 -09發佈的 版本 執行HSS、MME、S/PGW運作 https: //gitlab. eurecom. fr/oai/openaircn/tree/7 c 09 aed 437 f 31 b 28995 e 5 ee 31 bdd 172 2113 a 287 f OAI Addons (xtables-addons-oai) 採用 2015 -09 -30發佈的 版本 EPC軟體擴充套件 https: //gitlab. eurecom. fr/oai/xtables-addonsoai/tree/4 c 09275 d 068 a 11 ea 35 aa 2 e 141 b 17 eb 02 cd 3 e 8393 14

軟硬體環境 – 測試軟體 軟體名稱 版本 目的 Advanced Signal Status(APP) LTE Discovery(APP) 1. 5. 7 4. 7 網速測試，PING測試 Open. Signal(APP) 5. 09 網速測試，PING測試 Ping. Tools(APP) 3. 85 PING與Trace測試 Network Tools(APP) 0. 6. 4 網速測試，PING測試 4 G Switcher(APP) 1. 0. 2 網速測試，PING測試 Network Cell Info Mini(APP) 1. 1 網速測試，PING測試 訊號檢測器(APP) 1. 0. 5 網速測試，PING測試 Iperf 2. 0. 9 & 3. 1. 3 網速測試，PING測試 Wireshark 1. 10. 6 觀察協定 15

量測數據使用的APP 安裝在手機上的APP 安裝在Windows上的軟體 • Advanced Signal Status • Wireshark • 4 G Switcher • Iperf • LTE Discovery • Open. Signal • Ping. Tools • Network Cell Info Mini • Network Tools • 訊號檢測器 16

Advanced Signal Status (Cont. ) 18 18

4 G Switcher (Cont. ) 20 20

LTE Discovery (Cont. ) 22 22

Open. Signal (Cont. ) 24 24

Ping. Tools (Cont. ) 26 26

Network Cell Info Mini (Cont. ) 28 28

Network Tools 顯示裝置上的網路介面卡資 訊 提供ARP/NDP、DNS lookup、Ping、 Traceroute等多種網路測 試功能 包含One Time Password 透過QR Code掃描與驗證 功能 29

Network Tools (Cont. ) 30 30

Network Tools (iperf) Server/Client架構 31 31

Wireshark • Wireshark is the world’s foremost and widelyused network protocol analyzer – Deep inspection of hundreds of protocols, with more being added all the time – Live capture and offline analysis – Standard three-pane packet browser – Multi-platform: Runs on Windows, Linux, mac. OS, Solaris, Free. BSD, Net. BSD, and many otherscol analyzer 34 34

Wireshark (Cont. ) • Wireshark 在 Windows 的使用界面 35 35

設定EPC 1. 為電腦安裝Ubuntu (版本 14. 04，英文語言) (https: //www. ubuntu-tw. org/modules/tinyd 0/) 2. 安裝Kernel(版本 4. 7以上)與GTP-U Module 3. 先將OAI EPC資料夾中之所有檔案、資料夾都放 到家目錄(cd ~)底下 4. 編譯hss、mme、spgw與安裝套件 –. /build_hss -i –. /build_mme -i –. /build_spgw -i 5. 設定hss、mme、spgw網路卡 – sudo gedit /usr/local/etc/oai/hss. conf – sudo gedit /usr/local/etc/oai/mme. conf – sudo gedit /usr/local/etc/oai/spgw. conf 38

設定e. NB 1. 為電腦安裝Ubuntu (版本 14. 04，英文語言) (https: //www. ubuntu-tw. org/modules/tinyd 0/) 2. 安裝Kernel(Lowlatency版本)與設定CPU狀態 3. 先將OAI e. NB資料夾中之所有檔案、資料夾都 放到家目錄(cd ~)底下 4. 安裝e. NB所需套件 –. /build_oai -I --e. NB -x --install-system-files -w USRP --install-optional-packages 5. 設定e. NB網路卡參數 – gedit ~/openairinterface 5 g/targets/PROJECTS/GENERIC-LTE -EPC/CONF/enb. band 7. tm 1. usrpb 210. conf 39

資料庫上新增用戶 在資料庫中加入Sim卡資訊 1. shell > mysql -u root -p 2. mysql > use oai_db; 3. mysql > INSERT INTO users (`imsi`, `msisdn`, `imei_sv`, `ms_ps_status`, `rau_timer`, `ue_ambr_ul`, `ue_ambr_dl`, `access_restriction`, `mme_cap`, `mmeidentity_idmmeidentity`, `key`, `RFSP -Index`, `urrp_mme`, `sqn`, `rand`, `OPc`) VALUES ('20893000030', '33638060010', NULL, 'PURGED', '120', '50000000', '10000', '47', '00000', ‘ 7', 0 x 8 BAF 473 F 2 F 8 FD 09487 CCCBD 7097 C 6862, '1', '0', '', 0 x 0000000000000000, ''); 4. mysql > INSERT INTO pdn (`id`, `apn`, `pdn_type`, `pdn_ipv 4`, `pdn_ipv 6`, `aggregate_ambr_ul`, `aggregate_ambr_dl`, `pgw_id`, `users_imsi`, `qci`, `priority_level`, `pre_emp_cap`, `pre_emp_vul`, `LIPA-Permissions`) VALUES ('60', 'oai. ipv 4', 'IPV 4', '0. 0', '0: 0: 0', '50000000', '10000', '3', '20893000030', '9', '15', 'DISABLED', 'ENABLED', 'LIPA-ONLY'); 5. mysql > INSERT INTO mmeidentity (`idmmeidentity`, `mmehost`, `mmerealm`, `UE-reachability`) VALUES (‘ 7', ‘nuk. openair 4 G. eur', '0'); 41

OAI-EPC之編譯及執行 1. 編譯HSS、MME、SPGW – – – . /build_hss -c. /build_mme -c. /build_spgw -c 2. 執行HSS – . /run_hss 3. 執行MME – . /run_mme 4. 執行SPGW – . /run_spgw 43

OAI-e. NB之編譯及執行 1. 編譯e. NB –. /cmake_targets/build_oai -w USRP -x -c --e. NB 2. 執行e. NB – sudo -E. /lte-softmodem -O $OPENAIR_DIR/targets/PROJECTS/GENERIC-LTEEPC/CONF/enb. band 7. tm 1. usrpb 210. conf -d 44

使用LTE Dongle 設定APN (Access Point Names) • 設定Profile管理，Profile名稱設為eur，APN欄 位設為oai. ipv 4 47

使用智慧型手機 設定APN(Access Point Names) • Profile名稱設為eur，APN欄位設為oai. ipv 4，承 載者為LTE 48

Request PDN Address • 若UE(手機)未透過NAS Signalling取得PDN Address，將無法連接到Internet – shell > sudo gedit /usr/local/etc/oai/spgw. conf – FORCE_PUSH_PROTOCOL_CONFIGURATION_ OPTIONS = "yes"; – PGW_MASQUERADE_SGI = "yes"; 50

MTU • Maximum Transmission Unit(MTU)為能通過的 最大數據封包大小，由於標頭的封裝將導致UE 透過PGW送往Internet封包長度超出 1500，使得 部分網路服務無法連接 – shell > sudo gedit /usr/local/etc/oai/spgw. conf – UE_MTU = 1024; 51

使用以下APP觀測數據 • Advanced Signal Status • LTE Discovery • 4 G Switcher • Open. Signal • Ping. Tools • Network Cell Info Mini • Network Tools • 訊號檢測器 54

Test 1 Advanced Signal Status • Reference Signal Received Power(RSRP) - 作為不同Cell之間，訊號強度的比較 • Received Signal Strength Indicator(RSSI) - 測量相鄰頻道干擾、多個Cell的平均功 率 • Reference Signal Received Quality(RSRQ) - 除了RSRP，另外結合了RSSI與 Resource Block，當RSRP不足以提供 明確換手決定時，RSRQ可做為參考 依據 - RSRQ = N * RSRP / RSSI • Signal to Noise Ratio(SNR) - 比較接收基地台訊號與背景雜訊的程 度 55

Test 2 LTE Discovery Tracking Area Code(TAC) 作為追蹤UE位置的資訊， 結合 - Mobile Country Code(MCC) - Mobile Network Code(MNC) 56

Test 3 4 G Switcher • GSM Cell ID (CID)於 Base Transceiver Station (BTS)辨識Cell • 在非GSM網路中，結合 Location Area Code(LAC)辨識區域中的 Cell 57

Test 4 Open. Signal 58

Test 5 Ping. Tools 59

Test 5 Ping. Tools (Cont. ) 60 60

Test 6 Network Cell Info Mini 61

Test 7 Network Tools • 測試UE使用OAI在區 域內的頻寬 62

在Windows測量下載頻寬 使用Windows連到http: //speed. anet. tw/測量 下載頻寬 66

安裝Iperf 測試頻寬 在 Ubuntu 上安裝Iperf 在終端機輸入以下指令 • sudo apt-get install iperf 在 Windows 中下載Iperf https: //iperf. fr/iperf-download. php 68

測試OAI頻寬 • 在Windows 使用 Iperf 測試 Dongle 頻寬 70

本例情況 UE於EPC取得認證後，觀察UE的封包從UE到外部網 路的狀況 本例的UE使用window系統和Dongle，並嘗試ping google 來觀察封包的狀況 • UE IP： 172. 16. 0. 2 • UE IP (Dongle 分配)： 192. 168. 8. 100 • e. NB IP： 192. 168. 1. 3 • EPC IP(內網)： 192. 168. 1. 254 • EPC IP(外網)： 10. 1. XXX • GOOGLE IP： 216. 58. 200. 36 72

觀察UE的封包從UE到外部網路的狀況 在UE使用wireshark(以ICMP封包為例子) No Source Destination protocol length 882 192. 168. 8. 100 216. 58. 200. 36 ICMP 1442 884 216. 58. 200. 36 192. 168. 8. 100 ICMP 106 955 192. 168. 8. 100 216. 58. 200. 36 ICMP 1442 959 216. 58. 200. 36 192. 168. 8. 100 ICMP 106 info Echo (ping) request id=0 x 0002, seq=36891/7056, ttl=128 Echo (ping) reply id=0 x 0002, seq=36891/7056, ttl=49 Echo (ping) request id=0 x 0002, seq=36892/7312, ttl=128 Echo (ping) reply id=0 x 0002, seq=36892/7312, ttl=49 73

觀察UE的封包從UE到外部網路的狀況 在e. NB使用wireshark(以ICMP封包為例子) No Source Destination protocol length 411 172. 16. 0. 2 216. 58. 200. 36 GTP <ICMP> 1478 412 216. 58. 200. 36 172. 16. 0. 2 GTP <ICMP> 142 449 172. 16. 0. 2 216. 58. 200. 36 GTP <ICMP> 1478 450 216. 58. 200. 36 172. 16. 0. 2 GTP <ICMP> 142 info Echo (ping) request id=0 x 0002, seq=36891/7056, ttl=127 Echo (ping) reply id=0 x 0002, seq=36891/7056, ttl=50 Echo (ping) request id=0 x 0002, seq=36892/7312, ttl=127 Echo (ping) reply id=0 x 0002, seq=36892/7312, ttl=50 74

觀察UE的封包從UE到外部網路的狀況 在EPC使用wireshark(以ICMP封包為例子) No Source Destination protocol length 106 10. 1. XXX 216. 58. 200. 36 ICMP 1442 107 216. 58. 200. 36 10. 1. XXX ICMP 106 157 10. 1. XXX 216. 58. 200. 36 ICMP 1442 158 216. 58. 200. 36 10. 1. XXX ICMP 106 info Echo (ping) request id=0 x 0002, seq=36891/7056, ttl=126 Echo (ping) reply id=0 x 0002, seq=36891/7056, ttl=51 Echo (ping) request id=0 x 0002, seq=36892/7312, ttl=126 Echo (ping) reply id=0 x 0002, seq=36892/7312, ttl=51 75