Raziskava in praktični preizkus odprtokodnih mobilnih jedrnih sistemov 4G in 5GBERČIČ, ŽIGA (Avtor) Volk, Mojca (Mentor) mobilno omrežje4G5Gvirtualizacijamobilno jedroNextEPCsrsLTEFree5GCodprtokodni sistemMobilni sistemi so pomembno in zelo hitro razvijajoče se področje. Postopek vzpostavitve mobilnega omrežja je do nedavnega veljal za izjemno zahtevnega in dragega, ki si ga je lahko privoščila le peščica največjih operaterjev. Z razvojem cenovno relativno dostopne, univerzalne strojne opreme skupaj s programsko virtualizacijo namenskih elektronskih naprav, je slednje postalo neprimerno bolj dostopno in danes omogoča praktično izvajanje nadaljnih raziskav in razvoja na ključnih področjih, med katere sodijo tudi privatna mobilna omrežja. Majhna, namenska mobilna omrežja niso uporabna le v zasebni rabi, ampak bodo v prihodnosti tudi potrebna, saj je prilagajanje zahtevam posameznih funkcij ključnega pomena za delovanje pravega 5G omrežja. Hitro rastoče področje v tehnologiji predstavlja tudi virtualizacija. Ta izboljša izrabo razpoložljivih virov, omogoči delitev funkcij v svoje sklope, izboljša razširljivost sistemov in hkrati strojno opremo posploši neodvisno od proizvajalca, kar med drugim privede do niže cene opreme. Zadnji predstavljen pojem je odprtokodnost. Takšna programska koda je brezplačno dostopna vsem in vsakdo jo lahko po želji prilagodi svojim kriterijem. Odprtokodna programska oprema pogosto tudi dobro deluje, saj sta vpogled in izboljšava dostopna vsem, ne le nekaterim za to zadolženim razvijalcem. Žal pa so zaradi neprofitnosti taki projekti velikokrat postavljeni na stran, z neznanim končnim rokom in so pogosto tudi slabo dokumentirani. Namen te magistrske naloge je raziskati, kako lahko s pomočjo prosto dostopnih odprtokodnih rešitev vzpostavimo svoje privatno mobilno omrežje. V magistrskem delu sta predstavljena postavitev in preizkus odprtokodnih mobilnih jeder četrte (4G) in pete (5G) generacije mobilnih sistemov. Prvi del opisuje delovanje mobilnih jeder 4G in 5G, potek izmenjave sporočil ob priključitvi mobilne naprave na omrežje in predstavi nekaj pomembnih sporočil, ki so kasneje prikazana v praktičnem delu. V nadaljevanju je predstavljen pomen virtualizacije in kako jo lahko uporabimo pri nadaljnjem razvoju mobilnih sistemov. Drugi, praktični del naloge predstavi tri trenutno vodilne izvedbe odprtokodnih mobilnih jeder, NextEPC, srsEPC in Free5GC. Na osnovi izvedenih in predstavljenih testiranj primerja njihove ključne lastnosti, zmogljivosti, pomanjkljivosti, možnosti in postopke namestitve ter nadaljnje uporabe, prikazan je zajem paketnega prenosa podatkov ob vzpostavitvi zveze in dostopanju uporabniške naprave do spleta. Postopek namestitve jeder je podrobno opisan. Uspešna namestitev in delovanje sta prepoznana z možnostjo dostopa mobilne naprave do spleta, ki je bil pri vseh mogoč. Med glavne ugotovitve tega dela med drugimi sodi območje različne uporabe jeder. SrsEPC kot preprosto, energijsko varčno jedro, NextEPC kot zmogljivo 4G jedro, primerno za resno uporabo, in Free5GC kot mobilno jedro z zgodnjo podporo nekaterim (visoko hitrostnim) 5G funkcijam. V nadaljevanju so predstavljene tehnične, programske in druge ovire, na katere sem, avtor tega dela, naletel. Glavne ovire predstavljajo neprimerna različica operacijskega sistema ali sistemskega jedra, napačna različica nameščenega programskega jezika (Go v primeru Free5GC), manjkajoče knjižnice, certifikati in datoteke. Zaključno poglavje potrdi želeno domnevo o možnosti izgradnje učinkovitega zasebnega mobilnega omrežja kakor tudi ločevanja funkcij komercialnega mobilnega omrežja za doseganje potreb mobilnih sistemov naslednjih generacij. Programska oprema preizkušenih jeder in testnega orodja se dnevno posodablja. Preizkušeni mobilni jedri 4G delujeta dobro, nadaljnji razvoj bi lahko potekal v smeri dodatnih funkcij, kot sta denimo kontrola kakovosti storitve pri jedru srsEPC in njeno sprotno prilagajanje pri NextEPC. Free5GC trenutno vsebuje tri glavne elemente jedra 5G, vendar celotni sistem še ni dokončan. Ocenjujem, da bi lahko prihodnje meritve še izboljšali s fizično bazno postajo in pravimi uporabniškimi napravami, povezanimi na preizkušano mobilno jedro ali z uporabo novejše simulacijske programske opreme.20202020-12-18 16:15:01Magistrsko delo/naloga123131sl