Skip to content

TTU-CWBT/Lab-2-Open5GS-UERANSIM

BranchesTags

Folders and files

NameName
Last commit message
Last commit date

Latest commit

 

History

16 Commits
image
image
 
 
LICENSE
LICENSE
 
 
README.md
README.md
 
 

Repository files navigation

Lab 2 Open5GS&UERANSIM

Outline

1.實驗內容

  • 建立一個 5G 專網，架設 Open5GS 核心網路、gNB、UE
  • 學習如何模擬手機連線
  • 使用 Iperf3 進行 Downlink ICMP 和 Uplink ICMP 連線測試

2. 相關知識

  • Open5GS:基於 3GPP 規範的 5G 核心網路 (5GC) 的開源軟體。 為建立和測試 5G 網路提供功能齊全且靈活的平台。 Open5GS 的關鍵元件包括：存取和行動管理功能(AMF)、會話管理功能(SMF)、使用者平面功能 (UPF)、網路儲存庫功能 (NRF)、服務能力暴露功能（SCEF）、訂閱者資料管理 (SDM)、統一資料管理（UDM）等。

  • UERANSIM：OpenAirInterface軟體聯盟開發的一款用於 5G 用戶設備（UE）和無線存取網路（RAN）的開源模擬工具。模擬 5G UE 在各種網路部署場景中的行為。

  • MongoDB是一個流行的開源 NoSQL 資料庫管理系統。它使用文件導向的資料模型，而不是傳統的關係型資料庫表結構。MongoDB的主要特點和概念包括：

    • 文檔導向的資料模型：MongoDB 儲存資料的基本單元是文檔，這些文檔採用類似 JSON 的格式，包含各種類型的資料。這種資料模型使得 MongoDB 非常適合處理複雜的資料結構和半結構化資料。

    • 靈活的模式：與傳統的關聯式資料庫不同，MongoDB 不要求文件具有相同的結構或模式，這使得在開發過程中可以更靈活地進行模式設計和資料建模。這種靈活性使得 MongoDB 更適用於快速迭代和麵對變化的應用程式。

    • 分散式儲存：MongoDB 支援水平擴展，可以在多台伺服器之間分散數據，以應對大規模資料儲存的需求。

3. 相關建置環境/設備規格

Ubuntu安裝

⚠️這次的實驗需要安裝 Ubuntu Desktop，請在安裝完 Ubuntu 後在終端機輸入安裝桌面的指令，這個指令會需要花一些時間，請耐心等待。

sudo apt install ubuntu-desktop
軟體名稱 軟體版本
Ubuntu 22.04 LTS
Open5gs v2.7.1
UERANSIM v3.2.6

4. 實驗架構

  • 目前架構都以 VM 進行
  • 核心網路：Open5GS
  • 模擬 Radio 訊號：UERANSIM

5.實驗流程

5-0 前情提要

由於以下實驗會有大量複製貼上指令的動作，所以建議在本地端的終端機使用SSH連線至虛擬機(VM)的方式進行，SSH 的連線方式如下。

  • Connect to a remote server:
ssh username@remote_host
或是
ssh username@remote_IP

example 
ssh [email protected]

常見錯誤 如果發現找不到 IP，可以透過 ip a 查看 IP address 如果沒有 IP address，可以輸入 sudo dhclient 來代管網卡，然後再次輸入 ip a 指令查看 IP 如果連線不穩定，可以改用 Host Only 的 IP address

5-1. 架設 Open5GS

Ubuntu 基本套件安裝

  • 請輸入以下指令至 terminal
 sudo apt update && sudo apt upgrade
 sudo apt-get install vim
 sudo apt install net-tools
 sudo apt install traceroute
 sudo apt install tldr
 sudo apt install iperf3

安裝 MongoDB

  • 安裝過程中可能會造成網路中斷，重新連線即可，依序輸入
x86
sudo apt install gnupg curl
curl -fsSL https://pgp.mongodb.com/server-6.0.asc | sudo gpg -o /usr/share/keyrings/mongodb-server-6.0.gpg --dearmor
echo "deb [ arch=amd64,arm64 signed-by=/usr/share/keyrings/mongodb-server-6.0.gpg ] https://repo.mongodb.org/apt/ubuntu focal/mongodb-org/6.0 multiverse" | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/mongodb-org-6.0.list
sudo apt update
sudo apt install -y mongodb-org
sudo systemctl start mongod
sudo systemctl enable mongod
arm64
sudo apt install gnupg curl
sudo apt install software-properties-common gnupg apt-transport-https ca-certificates -y
curl -fsSL https://pgp.mongodb.com/server-7.0.asc |  sudo gpg -o /usr/share/keyrings/mongodb-server-7.0.gpg --dearmor
echo "deb [ arch=amd64,arm64 signed-by=/usr/share/keyrings/mongodb-server-7.0.gpg ] https://repo.mongodb.org/apt/ubuntu jammy/mongodb-org/7.0 multiverse" | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/mongodb-org-7.0.list
echo "deb [ arch=amd64,arm64 signed-by=/usr/share/keyrings/mongodb-server-7.0.gpg ] https://repo.mongodb.org/apt/ubuntu jammy/mongodb-org/7.0 multiverse"
sudo apt update
sudo apt install mongodb-org -y
mongod --version

常見錯誤 5-1-1 MongoDB常見錯誤 M 系列的 Mac 可能會出現這個問題，可以參考以下網址 https://www.cherryservers.com/blog/install-mongodb-ubuntu-22-04

  • 檢查 mongodb 版本

mongod --version 5-1-2 mongodb version

檢查 mongodb 是否正常運作

sudo systemctl status mongod

正常運作會長這樣 5-1-3 mongodb status

安裝下載 Open5GS & UERANSIM 相關套件

sudo apt install cmake libfftw3-dev libmbedtls-dev libboost-program-options-dev libconfig++-dev libsctp-dev git

安裝完畢後請依序輸入以下指令

sudo add-apt-repository ppa:open5gs/latest

按下Enter

sudo apt update
sudo apt install open5gs
輸入y

安裝 node.js

請依序輸入以下指令

sudo apt install -y ca-certificates
sudo mkdir -p /etc/apt/keyrings
curl -fsSL https://deb.nodesource.com/gpgkey/nodesource-repo.gpg.key | sudo gpg --dearmor -o /etc/apt/keyrings/nodesource.gpg
NODE_MAJOR=20
echo "deb [signed-by=/etc/apt/keyrings/nodesource.gpg] https://deb.nodesource.com/node_$NODE_MAJOR.x nodistro main" | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/nodesource.list
sudo apt update
sudo apt install nodejs -y

安裝 Open5GS-webUI

請輸入以下指令

curl -fsSL https://open5gs.org/open5gs/assets/webui/install | sudo -E bash -

會出現以下畫面，需耐心等待

5-1-4 install open5gs webui

註冊 UE 用戶

安裝完畢後，需要回到虛擬機中（此時不能依賴 SSH 連線，會失敗），在『虛擬機』 開啟瀏覽器並輸入127.0.0.1:9999，第一次開啟會需要稍等一下，若成功開啟後，就代表 Open5GS 有順利安裝成功，接著輸入預設密碼

Username: admin Password: 1423

5-1-5 login webui

登入成功後會看到以下介面

5-1-6 註冊UE

然後點擊右下角紅色的『+』並開始編輯以下資料 IMSI 輸入我們設定的:001010000000000 Type 修改為 IPv4

5-1-7 ISMI

驗證 Open5GS 安裝成功

如果 Open5GS 安裝成功後，每次重新開機後都會自動在背景執行，輸入ps aux | grep open5gs 可以確認 Open5GS 核心功能是否正常運作，若成功畫面會如下（請確認已以下這些功能是否正常，若不正常請勿執行下一步驟） 5-1-8 驗證open5gs

核心功能如下 AMF, SMF, UPF, NRF, UDM, UDR, PCF,AUSF, NSSF

確認核心功能都啟用後，便可以開始設定核心網路的 amf, smf, upf功能了

1. 設定 amf.yaml

輸入sudo vim /etc/open5gs/amf.yaml編輯 amf，需要修改的如下

mcc、mnc:'001', '01' Address:open5gs 的 hostonly IP

5-1-9 amf 完成後輸入 sudo systemctl restart open5gs-amfd.service 重新啟動 amf

2. 設定 nrf.yaml

輸入 sudo vim /etc/open5gs/nrf.yaml 編輯 nrf，需要修改的如下

PLMN ->mmc=001 mnc=01

5-1-10 urf 完成後輸入 sudo systemctl restart open5gs-urfd.service 重新啟動 urf

3. 設定 upf.yaml

輸入sudo vim /etc/open5gs/upf.yaml編輯 upf，需要修改的如下

將 gtpu 的 IP 設定為核網 host only 的 IP

5-1-11 upf 完成後輸入 sudo systemctl restart open5gs-upfd.service 重新啟動upf

4. 設定網路功能(路由、 NAT 轉換與防火牆功能)

輸入以下指令設定網路功能，以下指令每次重新開機都需要重新輸入設定，若沒有輸入以下設定，核心網路功能會受限或無法使用！

⚠️在執行 sudo iptables -t nat -A POSTROUTING -o enp0s1 -j MASQUERADE 指令前，請特別確認 enp0s1 是否為 Open5GS VM 中對應 Shared Network 的網卡名稱。

sudo sysctl -w net.ipv4.ip_forward=1
sudo iptables -t nat -A POSTROUTING -o enp0s1 -j MASQUERADE
sudo systemctl stop ufw

為了方便已將指令寫成腳本，學生們只要建立一個.sh的檔案，並將以下內容複製貼上並儲存，以後開機只要輸入 sh filename.sh ，就可以自動設定了

  • 網路設定shell script
#!/bin/bash
# Program:
# this is auto setting network
# History:
# 2025/05/16    Timothy_Su_TZD   First version
PATH=/bin:/sbin:/usr/bin:/usr/sbin:/usr/local/bin:/usr/local/sbin:~/bin
export PATH

sudo sysctl -w net.ipv4.ip_forward=1
sudo iptables -t nat -A POSTROUTING -o enp0s1 -j MASQUERADE
sudo systemctl stop ufw

exit 0

設定完成後基本上就完成了核心網路的所有設定，接下來就則要設定 UE & RAN

問題與討論（一）

  1. 截圖 Open5GS Web UI註冊成功畫面
  2. 解釋什麼是 IMSI 與 IPv4
  3. 請解釋 AMF, NRF, UPF, SMF分別負責什麼工作？
  4. 請解釋 AMF 中的 ngap 是什麼？

5-2. 安裝與架設UERANSIM

前置作業

在安裝 UERANSIM 時會需要另一個獨立的虛擬機，不過現在不需要重新安裝一次 Ubuntu，只需要複製之前安裝的 Open5GS，並更改新虛擬機（UERANSIM）的網卡 MAC Address 即可，如下圖 5-2-1 copy_vm

右鍵選擇虛擬機（UERANSIM）>> Edit >> Network >> Shared Network && Host Only >> MAC Address >> Click Random >> Save 5-2-2 network randem

接著開啟 UERANSIM (登入密碼與open5gs虛擬機登入密碼一樣），並且開啟 terminal（這裡建議使用 SSH 連線，因為也會有需要大量複製的需求），為了後續方便辨識建議使用者將 UERANSIM 的 username 改為 ueransim，更改方法可以參考ubuntu下修改主机名、用户名以及用户密码的文章，將UERANSIM虛擬機的username改成這樣。 5-2-3 rename vm

安裝UERANSIM

  • 把 UERANSIM 從 GitHub 上面抓下來
cd ~
git clone https://github.com/aligungr/UERANSIM
sudo apt update
  • 安裝 UERANSIM 相關工具
sudo apt install make
sudo apt install gcc
sudo apt install g++
sudo apt install libsctp-dev lksctp-tools
sudo apt install iproute2
sudo apt-get install build-essential

若出現 Cmake 版本過舊，請參考下列安裝較新版的 CMake

sudo apt remove cmake
wget [https://cmake.org/files/v3.22/cmake-3.22.0.tar.gz]
tar xvf cmake-3.22.0.tar.gz
./configure
Make –j8
sudo make install
  • Building UERANSIM 輸入以下指令，輸入 make 時跑比較久是正常的，切勿中斷指令執行！若都沒有錯誤，那就是安裝成功了！
cd ~/UERANSIM
make

make 執行畫面

5-2-4 make

看到 UERANSIM successfully built. 就是成功了！ 5-2-5 make success

設定 UERANSIM

  • gNB 設定 輸入vim ~/UERANSIM/config/open5gs-gnb.yaml編輯 gNB 設定，需要修改的如下

mcc、mcc修改為’001’和’01’ linkIp、 ngapIp、 gtpIp修改為 UERANSIM VM的 host only IP amfConfigs 的 address 修改為Open5GS VM的 host only IP 5-2-6 gnb setting

  • UE 設定 輸入 vim ~/UERANSIM/config/open5gs-ue.yaml 編輯UE設定，需要修改的如下

Supi:001010000000000 mcc、mnc:001,01 gnbSearchList:UERANSIM VM的 host onlyIP 5-2-7 ue setting

設定完成後，就可以開啟 gNB 與 UE 的模擬了

  • Turn On the gNodeB
cd ~/UERANSIM/build
sudo ./nr-gnb -c ../config/open5gs-gnb.yaml

成功開啟後會顯示 NG Setup procedure is successful 5-2-8 open gnb

  • Trun on the UE
cd ~/UERANSIM/build
sudo ./nr-ue -c ../config/open5gs-ue.yaml

成功開啟後會顯示 Connection setup for PDU session[1] is successful, TUN interface[uesimtun0, 10.45.0.2] is up. 5-2-9 openue 並且在 gNB 的畫面也會同時新的顯示連接成功的訊息

  • 檢查 Open5GS 連線紀錄
  • 我們可以在open5GS VM 中輸入sudo cat /var/log/open5gs/amf.log，便可以觀察到 gNB 和 UE 連線資訊。 5-2-10 amf log

問題與討論（二）

  1. 請截圖 gNB 與 UE 順利連接至 Open5GS 之畫面
  2. 請在 /var/log/open5gs/amf.log 找出 gNB 與 UE 成功連線的紀錄並截圖

5-3. UERANSIM 外網測試

⚠️ 請維持 gNB 與 UE 與 Open5GS 間的正常連線

如果UE有成功透過gNB再經由核心網路註冊成功，我們可以透過ip a的指令在UERANSIM VM都看到一張名為 uesimtun0 的網卡（如下圖） 5-3-1 ursimtum_ip 這張網卡就是UE的網卡，如果我們把UE的指令關掉，這張網卡便會消失，如果想要讓UE可以連接外網，就會需要設定 ip route，請輸入以下指令。

sudo ip route add default dev uesimtun0

如果要確認有沒有連接至外網，可以透過兩種方式確認，邏輯都是如果可以成功 ping 到 google.com，就是有成功。

  1. ping
ping -I uesimtun0 google.com 
ping -I uesimtun0 8.8.8.8
這兩個指令是一樣的，則一即可
這個指令會一直執行，可以透過Ctrl+c停止

5-3-2 ping

  1. traceroute
traceroute google.com -i uesimtun0 -n

5-3-3 traceroute

⚠️如果沒有成功 ping 或是 tracetoute 都一直停在『* * * 』就是失敗，請在Open5GS VM重新輸入以下指令
⚠️在執行 sudo iptables -t nat -A POSTROUTING -o enp0s1 -j MASQUERADE 指令前，請特別確認 enp0s1 是否為 Open5GS VM 中對應 Shared Network 的網卡名稱。

sudo sysctl -w net.ipv4.ip_forward=1
sudo iptables -t nat -A POSTROUTING -o enp0s1 -j MASQUERADE
sudo systemctl stop ufw

UL/DL ICMP 連線測試

⚠️ 請維持 gNB 與 UE 與 Open5GS 間的正常連線 請在Open5GS VM輸入以下指令，並持續到UL/DL ICMP測試結束為止。

sudo iperf3 -s

5-3-4 iperf3 -s

輸入後會顯示以上結果

TCP

  • Uplink ICMP連線測試 在 UERANSIM VM 中輸入以下指令，並請確認 10.45.0.1 是否為 Open5GS VM 中 ogstun 網卡的 IP，以及 10.45.0.4 是否為 UERANSIM VM 中 uesimtun0 的 IP。
sudo iperf3 -c 10.45.0.1 -B 10.45.0.4 -b 100M -t 10
  • Downlink ICMP 連線測試
sudo iperf3 -c 10.45.0.1 -B 10.45.0.2 -b 100M -t 10 –R

5-3-5 TCP conn

如果順利連線會顯示上圖，左邊是 Open5GS VM，右邊是 UERANSIM VM
⚠️ 如果出現iperf3: error - unable to send control message: Bad gile descriptor那高機率是因為ueransim上面的ogstun網卡也在運作
iperf3 error msg
⚠️可以在ueransim VM中的ip a檢查ogstun是否有有ip addr，若有，就是他正在運作，請將它關閉!!!
ueransim-ogstun-turn_on

  • 解決方式是暫時把網卡關掉就可以了，關閉方式可以透過以下指令
sudo ip link set ogstun down

關閉後就可以重新下一次TCP的指令了。

UDP

  • Uplink ICMP 連線測試
sudo iperf3 -c 10.45.0.1 -u -B 10.45.0.2 -b 100M -t 10
  • Downlink ICMP 連線測試
sudo iperf3 -c 10.45.0.1 -u -B 10.45.0.2 -b 100M -t 10 –R

5-3-6 UDP conn

如果順利連線會顯示上圖，左邊是 Open5GS VM，右邊是 UERANSIM VM

問題與討論（三）

  1. 請問實測出 TCP 最大的 UL 與 DL 大約是多少？
  2. 請問實測出 UDP 最大的 UL 與 DL 大約是多少？
  3. 請問 TCP 與 UDP 哪個的吞吐量較大？為什麼？
  4. 如果需要選擇可靠度較高的通訊協定，應該選擇 TCP 還是 UDP？為什麼？

About

No description, website, or topics provided.

Resources

Readme

License

MIT license
Activity
Custom properties

Stars

0 stars

Watchers

0 watching

Forks

0 forks
Report repository

Releases

No releases published

Packages

No packages published