Продукты

Проблема: масштабирование новых сервисов и подготовка к внедрению сетей 5G

Сети 5G обеспечат возможность предоставления улучшенных мобильных широкополосных сервисов с повышенной скоростью передачи данных, увеличенной емкостью и уменьшенной задержкой. Новые возможности ведения бизнеса и источники повышенных доходов могут появиться в связи с использованием фиксированного беспроводного доступа и массовых критичных IoT-сервисов в таких секторах, как автомобильный транспорт, промышленное производство, энергетика и коммунальное хозяйство.

Но для обеспечения операторского уровня качества передачи беспроводного трафика этих новых сервисов сервис-провайдеры должны аттестовывать ядра своих сетей 5G в лабораториях и пробных инсталляциях. Для этого нужно полностью тестировать элементы ядра 5G SA (Standalone).

К трудностям построения и аттестации ядра сети 5G относятся:

Реализация технологий виртуализации и оптимизированных для облаков сетевых функций.
Проверка новых архитектур и стандартов.

Решение: предустановочная проверка с использованием реалистичной имитации абонентов

Тестовое решение LoadCore компании Keysight отвечает критическим требованиям к проверке инфраструктур сетей 5G с целью повышения их надежности и производительности. Благодаря полному тестированию функционирования всех узлов и интерфейсов в архитектуре сети 5G, это эффективное и простое в использовании решение помогает сетевым операторам предоставлять сервисы с более высокой производительностью, большим масштабом и меньшей задержкой связи.

Применяя имеющуюся в данном программном решении возможность реалистичного моделирования абонентов сети, тестировщики не должны быть экспертами по сетевым протоколам, чтобы реализовывать реалистичные сценарии тестирования. Из единого приложения можно выполнять тесты емкости, получать детальную информацию о пропускной способности устройств, измерять качество передачи голоса и видео, моделировать множество вариантов использования мобильной связи.

Полная автоматизация посредством REST API и Python дает возможность пользователям создавать регрессии для непрерывной проверки качества продуктов и адаптации своих сред к потребностям жизненного цикла CI/CD.

Ориентированность на использование облаков является ключевым требованием к архитектуре ядра сети 5G. Имея микросервисную архитектуру и возможности установки в виде виртуальной машины или контейнера, LoadCore полностью соответствует этой новой парадигме.

Основные факты

Имитация «поведения» абонентских терминалов (UE) в различных вариантах использования сети 5G: network slicing, multi-access edge computing (MEC), оптимизация видео.
Масштабируемость до миллионов сымитированных абонентов, использующих смеси stateful-трафика приложений и способных взаимодействовать с реальными серверами.
Проверка качества обслуживания посредством моделирования абонентов, генерации мультисервисного трафика и измерения показателей QoE.
Проверка комплексных сценариев использования Service-Based Architecture (SBA).
Регулирование смесей и интенсивности тестового трафика с использованием сетевых целей для независимого управления плоскостями управления и пользователя.

Аттестация ядра сети 5G

LoadCore — полнофункциональное решение для тестирования ядра сети 5G. Можно проводить сквозное тестирование (end-to-end), испытывать фрагменты ядра и его отдельные узлы. Данное решение имитирует множество узлов и интерфейсов одновременно.

Может быть сымитировано все ядро сети с независимой настройкой каждого узла. Имитируются действия абонентских терминалов (UE) (регистрация, установление и модификация сессии PDU, хэндоверы и др.) с охватом всех узлов и интерфейсов ядра сети 5G, что дает исчерпывающее представление о ее работе. Также возможна имитация процедур хэндовера IRAT между сетями 4G и 5G для полной проверки работы сервисов на этих сетях.

Имитация всего ядра

Ниже представлены возможные варианты тестирования. Со временем их станет больше.

Тестирование всего ядра сети посредством имитации UE и gNB (NGRAN) при скоординированной работе интерфейсов N1/N2 и N3

Тестирование AMF

Тестирование AMF, SMF и UPF

Тестирование UPF посредством скоординированной имитации gNB и SMF на интерфейсах N3 и N4

Тестирование PCF или UDM

Возможности плоскости управления

Имитация миллионов сессий на множестве скоординированных интерфейсов; выполнение регистрации, дерегистрации и аутентификации UE, а также установления и прекращения их сессий.
Имитация и тестирование любых узлов и относящихся к ним интерфейсов: gNB, AMF, SMF, UPF, AUSF, UDM, UDR, PCF, NSSF, CHF, NRF, SMSF.
Использование управляемого топологией пользовательского интерфейса (в первую очередь нужно задать тестовую топологию, выбрав тестируемое устройство).
Проверка установления сессий PDU, потоков uplink и downlink, удаления и модификации сессий.
Конфигурирование одной или множество сессий PDU для каждого UE с одним или несколькими DNN.
Использование любых смесей трафика IPv4 и IPv6 для проверки работы плоскостей управления и пользователя.
Простота использования и интуитивное задание моделей вызовов и вариантов трафика.
Тестирование отдельных узлов SBA: AUSF, UDM, PCF, IWF, NSSF, CHF, SMSF.
Регистрация, дерегистрация и поиск сетевых функций (NF) в сымитированном или реальном репозитории NRF.
Генерация скоординированных потоков HTTP/2.0 (SBI) и Diameter (4G) для проверки таких комбинированных узлов как PCF/PCRF и HSS/AUSF.
Задание сложных моделей вызовов и вариантов трафика посредством первичной и вторичной целей тестирования на плоскости управления.
Конфигурирование и реализация моделей трафика только для плоскости управления.
Ухудшение работы плоскости управления на уровне IE или Message при использовании всех протоколов (SCTP, PFCP, HTTP2). Задание негативного «поведения» и реконфигурирование изначальной машины состояния, имея множество групп UE с разным «поведением».

Процедуры gNB и AMF (N1/N2)

Первоначальная регистрация и дерегистрация UE.
Аутентификация.
Контроль режима безопасности.
Установление и прекращение сессии PDU.
Модификация сессии PDU (установление, модификация, прекращение QoS-потока).
AN Release/Service Request, инициированный UE.
Пейджинг.
Хэндоверы.
EPS Fallback.

Процедуры N26

Хэндовер IRAT.

Процедуры 4G (S1-MME, S11, S5)

Подключение и отключение UE.
Хэндовер IRAT.
EPS Fallback.

Процедуры SMF и UPF (N4)

Установление, обновление и прекращение PFCP-ассоциации, инициируемые CP- или UP-функцией.
Установление и прекращение сессии PDU.
Модификация сессии PDU (создание и удаление QoS-потоков, Xn-хэндовер, модификация QoS-потока, Enter/Exit Idle).
Модификация сессии PDU для ULCL (Uplink Classifier).
Пейджинг.
Отчет о сессии.
Хэндоверы.
Отчет об узле.
Heartbeat.
UE IPV6 SLAAC.

Тестируемые узлы SBA

PCF, UDM, AUSF, CHF, SMSF, NSSF, IWF.
Возможно тестирование любой комбинации вышеуказанных узлов.

Процедуры SBA

Первоначальная регистрация и дерегистрация.
Аутентификация.
Установление и прекращение сессии PDU.
Оповещение.

Операции NRF

Nnrf_NFDiscovery
Nnrf_NFManagement:
- Register/Heartbeat/Deregister
- NFStatusSubscribe/Unsubscribe
- NFListRetrieval o NFProfileRetrieval

Возможности плоскости пользователя

Конфигурирование множества действий для каждого UE; каждый UE имеет собственный профиль протоколов уровня 7 и скорости передачи данных. Многочисленные действия на уровне 7 могут быть ассоциированы с определенными группами UE с обеспечением каждой группе собственных профиля трафика и комбинации видов трафика.
Проверка реализации QoS на уровне UPF.
Задание для каждой группы UE определенной цели, состоящей из одного или нескольких потоков с возможностью назначения каждому потоку общей пропускной способности и распределения трафика.
Проверка работы сети посредством определения уровней потери пакетов, односторонней задержки (OWD) и джиттера.
Генерация мультипротокольного трафика с одной или несколькими сессиями PDU одним и тем же UE.
Высокая производительность для вызовов VoNR.
Достижение скорости передачи близкой к линейной через различные сетевые интерфейсы (10, 25, 40, 100 GE) при использовании трафика UDP и TCP.

Информационная панель LoadCore со статистикой по трафику GTPu

Информационная панель LoadCore со статистикой по работе плоскости пользователя (OWD, Jitter)

Поддерживаемые технические спецификации

Категория	Название
Технические спецификации 3GPP	Поддерживаются спецификации 3GPP Release 15 (сентябрь 2019 г.). TS 23.501: «System Architecture for the 5G System; Stage 2». TS 23.502: «Procedures for the 5G System; Stage 2». TS 23.503: «Policy and Charging Control Framework for the 5G System». TS 23.214: «Architecture enhancements for control and user plane separation of EPC nodes; Stage 2». TS 29.571: «5G System; Common Data Types for Service Based Interfaces; Stage 3». TS 23.003: «Numbering, Addressing and Identification». TS 24.501: «Non-Access-Stratum (NAS) protocol for 5G System (5GS); Stage 3». TS 24.502: «Access to the 5G System (5GS) via non-3GPP access networks; Stage 3». TS 29.281: «General Packet Radio System (GPRS) Tunnelling Protocol User Plane (GTPv1-U)». TS 29.244: «Interface between the Control Plane and the User Plane Nodes; Stage 3». TS 29.500: «5G System; Technical Realization of Service Based Architecture; Stage 3». TS 29.501: «5G System; Principles and Guidelines for Services Definition; Stage 3». TS 29.502: «5G System: Session Management Services: Stage 3». TS 29.503: «5G System; Unified Data Management Services; Stage 3». TS 29.504: «5G System; Unified Data Repository Services; Stage 3». TS 29.507: «5G System; Access and Mobility Policy Control Service; Stage 3». TS 29.508: «5G System; Session Management Event Exposure Service; Stage 3». TS 29.509: «5G System; Authentication Server Services; Stage 3». TS 29.510: «5G System: Network function repository services; Stage 3». TS 29.512: «5G System; Session Management Policy Control Service; Stage 3». TS 29.513: «5G System; Policy and Charging Control signaling flows and QoS parameter mapping; Stage 3». TS 29.518: «5G System; Access and Mobility Management Services; Stage 3». TS 29.519: «5G System; Usage of the Unified Data Repository Service for Policy Data, Application Data and Structured Data for Exposure». TS 29.518: «5G System; Access and Mobility Management Services; Stage 3». TS 29.522: «5G System; Network Exposure Function Northbound APIs; Stage 3». TS 29.525: «5G System; UE Policy Control Service; Stage 3». TS 29.531 «5G System; Network Slice Selection Services; Stage 3». TS 29.540: «5G System; SMS Services; Stage 3». TS 33.501: «Security architecture and procedures for 5G System». TS 33.220: «Generic Authentication Architecture (GAA); Generic Bootstrapping Architecture (GBA)». TS 33.501: «Security architecture and procedures for 5G system». TS 37.324: «Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA) and NR; Service Data Adaptation Protocol (SDAP) specification». TS 38.300: «NR; NR and NG-RAN Overall Description». TS 38.331: «NR; Radio Resource Control (RRC); Protocol Specification». TS 38.401: «NG-RAN Architecture description». TS 38.410: «NG-RAN; NG general aspects and principles». TS 38.412: «NG-RAN; NG signaling transport» TS 38.413: «NG-RAN; NG Application Protocol (NGAP)». TS 38.415: «NG-RAN; PDU Session User Plane protocol».
RFC	RFC 768: User Datagram Protocol. RFC 2131: Dynamic Host Configuration Protocol. RFC 2616: Hypertext Transfer Protocol HTTP/1.1. RFC 3736: Stateless Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP) Service for IPv6. RFC 2818: HTTP Over TLS. RFC 4627: The application/json Media Type for JavaScript Object Notation (JSON). RFC 4861: Neighbor Discovery for IP Version 6 (IPv6). RFC 4862: IPv6 Stateless Address Autoconfiguration. RFC 4960: Stream Control Transmission Protocol. RFC 5246: The Transport Layer Security Protocol 1.2. RFC 6101: The Secure Sockets Layer (SSL) Protocol Version 3.0. RFC 7540: Hypertext Transfer Protocol HTTP/2.0.

Категория

Название

Технические спецификации 3GPP

Поддерживаются спецификации 3GPP Release 15 (сентябрь 2019 г.).

TS 23.501: «System Architecture for the 5G System; Stage 2».
TS 23.502: «Procedures for the 5G System; Stage 2».
TS 23.503: «Policy and Charging Control Framework for the 5G System».
TS 23.214: «Architecture enhancements for control and user plane separation of EPC nodes; Stage 2».
TS 29.571: «5G System; Common Data Types for Service Based Interfaces; Stage 3».
TS 23.003: «Numbering, Addressing and Identification».
TS 24.501: «Non-Access-Stratum (NAS) protocol for 5G System (5GS); Stage 3».
TS 24.502: «Access to the 5G System (5GS) via non-3GPP access networks; Stage 3».
TS 29.281: «General Packet Radio System (GPRS) Tunnelling Protocol User Plane (GTPv1-U)».
TS 29.244: «Interface between the Control Plane and the User Plane Nodes; Stage 3».
TS 29.500: «5G System; Technical Realization of Service Based Architecture; Stage 3».
TS 29.501: «5G System; Principles and Guidelines for Services Definition; Stage 3».
TS 29.502: «5G System: Session Management Services: Stage 3».
TS 29.503: «5G System; Unified Data Management Services; Stage 3».
TS 29.504: «5G System; Unified Data Repository Services; Stage 3».
TS 29.507: «5G System; Access and Mobility Policy Control Service; Stage 3».
TS 29.508: «5G System; Session Management Event Exposure Service; Stage 3».
TS 29.509: «5G System; Authentication Server Services; Stage 3».
TS 29.510: «5G System: Network function repository services; Stage 3».
TS 29.512: «5G System; Session Management Policy Control Service; Stage 3».
TS 29.513: «5G System; Policy and Charging Control signaling flows and QoS parameter mapping; Stage 3».
TS 29.518: «5G System; Access and Mobility Management Services; Stage 3».
TS 29.519: «5G System; Usage of the Unified Data Repository Service for Policy Data, Application Data and Structured Data for Exposure».
TS 29.518: «5G System; Access and Mobility Management Services; Stage 3».
TS 29.522: «5G System; Network Exposure Function Northbound APIs; Stage 3».
TS 29.525: «5G System; UE Policy Control Service; Stage 3».
TS 29.531 «5G System; Network Slice Selection Services; Stage 3».
TS 29.540: «5G System; SMS Services; Stage 3».
TS 33.501: «Security architecture and procedures for 5G System».
TS 33.220: «Generic Authentication Architecture (GAA); Generic Bootstrapping Architecture (GBA)».
TS 33.501: «Security architecture and procedures for 5G system».
TS 37.324: «Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA) and NR; Service Data Adaptation Protocol (SDAP) specification».
TS 38.300: «NR; NR and NG-RAN Overall Description».
TS 38.331: «NR; Radio Resource Control (RRC); Protocol Specification».
TS 38.401: «NG-RAN Architecture description».
TS 38.410: «NG-RAN; NG general aspects and principles».
TS 38.412: «NG-RAN; NG signaling transport»
TS 38.413: «NG-RAN; NG Application Protocol (NGAP)».
TS 38.415: «NG-RAN; PDU Session User Plane protocol».

RFC

RFC 768: User Datagram Protocol.
RFC 2131: Dynamic Host Configuration Protocol.
RFC 2616: Hypertext Transfer Protocol HTTP/1.1.
RFC 3736: Stateless Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP) Service for IPv6.
RFC 2818: HTTP Over TLS.
RFC 4627: The application/json Media Type for JavaScript Object Notation (JSON).
RFC 4861: Neighbor Discovery for IP Version 6 (IPv6).
RFC 4862: IPv6 Stateless Address Autoconfiguration.
RFC 4960: Stream Control Transmission Protocol.
RFC 5246: The Transport Layer Security Protocol 1.2.
RFC 6101: The Secure Sockets Layer (SSL) Protocol Version 3.0.
RFC 7540: Hypertext Transfer Protocol HTTP/2.0.

Показатели производительности

Производительность одной виртуальной машины на N4 (PFCP):

Максимальное число активных сессий: 5 млн.
Скорость выполнения процедур: 25k в секунду.

Производительность одной виртуальной машины на N1/N2/N3 (NGRAN):

Максимальное число активных сессий: 1,2 млн.
Скорость выполнения процедур: 4k в секунду.

Примечание. Показатели получены при использовании имеющегося в продаже (COTS) высокопроизводительного сервера с четырьмя vCPU и ОЗУ объемом 4 Гбайт.

Производительность одной виртуальной машины на N3/N6 (плоскость пользователя):

9 Гбит/с через сетевую плату 10G.
22 Гбит/с через сетевую плату 25G.
36 Гбит/с через сетевую плату 40G.
80 Гбит/с через сетевую плату 100G.

Примечания: поддерживаются сетевые платы Intel и Mellanox; требования к vCPU и объему ОЗУ в сервере зависят от сетевой платы; DPDK = ON.