Small Cell創新應用與服務專題 實驗單元： LTE-Small Cell 的實驗 －量測 Skype Handover 國立中山大學 資訊工程系 授課教師：李宗南教授 教材編撰:莊享翰 林泰和

Outline Small Cell實驗架構 (Skype HO)與設備 系統安裝與設定 測試方法與步驟 量測效能

實驗架構 (Skype HO)

實驗設備 (1/2) 硬體 Small Cell：工研院開發的Small Cell EPC：工研院開發的EPC SIM Card：特製的實驗用LTE SIM Card LTE Dongle：Bandrich BandLuxe Dongle UE：HTC Desire 820實驗手機與一般筆記型電腦

實驗設備 (2/2) 軟體 Ubuntu Linux 作業系統 Wireshark封包擷取軟體 gcc編譯器 Speedtest.net(Android手機軟體) Skype 視訊軟體

eNB開機流程 執行一台eNB開機流程: PHY, LMAC, and UMAC/RLC/PDCP MME ~/agent/s.sh MME ~/mmed RRM (w/ X2AP, S1AP, IP forwarding) ~/enbd RRC ~/ltel23

Start eNB系統(1) 在指令列輸入ssh root@10.101.131.6連線到eNB系統中，工研院eNB預設無密碼所以直接連入 可以看到指令列顯示文字變化 wbcp@wbcp-BM6AE-BM1AE-BP1AE:~$ root@k2hk-evm:~# 表示已連線到eNB系統中

Start eNB系統(2) 可以看到在裡面已經有一些寫好的shellscript，切換到agent目錄下輸入此指令啟動相關功能 （PHY, LMAC, and UMAC/RLC/PDCP） root@k2hk-evm:~/agent目錄下輸入 ./s.sh

Start eNB系統(3) 載入module可看到程式會不斷執行(PHY, LMAC, and UMAC/RLC/PDCP)的程序。

Start eNB系統(4) 接著要執行MME程式建議請獨立另外開啟一個terminal window 切換到20150814更新版程式目錄下，預設是mmed子目錄內，有許多的參數，選擇 mmed執行檔 輸入 ./mmed 直接執行

Start eNB系統(5) 可看到mmed已經執行並且提示你它進入Interactive mode互動模式，Commands下有參數指令可以下達。 在工研院提供的EPCsimulator軟體中只有這mmed程式需要執行，搭配有mmed_config參數檔案，在執行mmed時會被讀取。

Start eNB系統(6) 因為EPC中只有一個MME程式須執行，所以請回到eNB的 terminal 一樣ssh連線到eNB，這次切換到20150814更新版程式目錄下 。

Start eNB系統(7) eNB介面下尋找enbd執行檔，可看到enbd_0814新版程式，並且去執行

Start eNB系統(8) 這時會看到S1AP的Receive訊息 (S1AP為eNB與MME之間的溝通訊息)。 此程式一樣會常駐執行。

Start eNB系統(9) 接著請再開一個terminal tab 一樣切換到20150814新版本程式目錄下。 輸入 ./ltel23 執行(RRC)

Start eNB系統(10) 此時ltel23視窗會看到RRC test start訊息。 可看到RRC test init RRM socket已建立。

Start eNB系統(11) 請再回到enbd執行視窗 它提示你有這些CLI指令可以下，請輸入a（add）按enter。

Start eNB系統(12) 接著會看到大量RRC訊息，包含cell0 setup OK。 表示eNB與EPC成功建立連線

Start eNB系統(13) 再回到執行 ./ltel23 的畫面會看到STAT_OK表示eNB基地台系統已就緒。 以上已完成第一台eNB開機流程，若需開啟第二台eNB依序以上步驟: Start eNB系統(1~13)，mme只需執行一次。 接著就可以用手機或LTE dongle進行連線。

手機訊號 另外在手機安裝Q-NetTrack Lite可以觀看手機在eNB的RSSI、SNR的訊號品質情況，接著手機安裝Skype軟體可以與筆電的Skype進行Skype視訊會議並進行Handover測試。

Attach & Detach 當UE開機或是關閉飛航模式時，UE會透過 Attach程序向行動電信網路註冊，以便於使用電信網路服務。反之，當UE關機或開啟飛航模式時，則是透過 Detach程序通知電信網路不再使用電信服務。完整的 Attach與 Detach程序請參考 3GPP TS 23.401[1] 首先在eNB系統與EPC建立連線後，手機就可以連上4G網路，若手機無反應可以重開機或開啟飛航模式開關，讓手機重新偵測訊號，連線狀態並可看到已自動連上4G。

Wireshark觀看Log(1) 在ITRI提供的RRM source code中已有將LTE連線過程中的log訊息導入wireshark顯示，以方便觀察。 切換到ITRI提供更新版程式目錄中，有個oam_rrc.cfg設定檔。可用cat指令看一下設定內容 檔案放在 /home/root/20150825 cat oam_rrc.cfg

Wireshark觀看Log(2) 在oam_rrc.cfg內容有些設定參數可自行參考，其中一行設定是將log訊息導入wireshark方便觀察 conf wireshark_ip 10.101.131.1 8527 也就是將訊息傳送到10.101.131.1的8527 port

Wireshark設定(1) 在連線之前可開啟Wireshark軟體觀察LTE連線過程，若要使用wireshark觀察LTE連線，在wireshark開始記錄之前記得一定要設定一個有關LTE PDCP的選項 到Edit > Perference > Protocols

Wireshark設定(2) 展開左邊Protocols選項往下找 看到wireshark支援大量的Protocol，找到PDCP-LTE畫面把LTE-PDCP over UDP framing選項打勾。 這是wireshark對LTE內建有支援的選項，只須打個勾不須做額外程式設定。 但是一定要打勾否則wireshark看不到有關LTE顯示訊息 。

測試方法 在LTE-Small Cell測試場域(Indoor)，放置一台筆記型電腦使用Skype與手機的Skype進行溝通，再經由手機Skype進行兩部eNB之間進行Handover ，在Video Conferencing 或Video On Demand Handover時，使用Skype內建的通話技術資訊量測可在通話過程量測Traffic封包訊息，分析在不同移動速度，及Handover的前後和Handover瞬間Traffic的Handover Delay和Packet Loss Ratio的變化。 使用Skype進行手機跟筆記型電腦的視訊會議並測量Handover Delay和Packet Loss Ratio，當手機跟筆記型電腦開始進行視訊會議時，手機從原本的eNB1以走路的速度走向另外一台eNB2，在行徑時可以可以透過EPC介面觀看Handover是否成功，也可以透過Wireshark詳細觀察Handover的訊息，從手機的Skype觀察eNB Downlink的Handover Delay和Packet Loss Ratio，而筆電的Skype觀察eNB Uplink的Handover Delay和Packet Loss Ratio。

Wireshark測試過程 抓取連上RRC網卡訊息 篩選HO指令 udp.port ==8527 &&!icmp Reference 訊號 Received 功率 Handover Event Handover Trigger 觀看兩台eNB在HO過程時的IP變化 HO過程時的細部訊息 最後一筆成功HO訊息

Wireshark測試過程(1) 在EPC啟動wireshark 指令列輸入sudo wireshark 輸入密碼後啟動

Wireshark測試過程(2) 在Wireshark選單上點選Capture>Interfaces 選擇eth1網卡IP為10.101.131.1(抓去網卡訊息) start開始紀錄

Wireshark測試過程(3) 因為我們抓取網卡訊息wireshark會顯示所有TCP、UDP protocol，我們想讓它只顯示LTE protocol以方便觀察，建議在filter(過濾器)輸入以下指令 udp.port == 8527 && !icmp 點選Apply套用

Wireshark測試過程(4) 前面提過oam_rrc.cfg有設定將log訊息送到8527 port所以filter內容須輸入port指定8527，建議再加個!icmp把icmp訊息濾掉讓觀察連線訊息更清楚 可看到wireshark只顯示8527 port連線訊息

Reference Signal Received Power RSRP Measurement Report Mapping 回報 range 量測訊號強度RSRP 單位 RSRP_00 RSRP < -140 dBm RSRP_01 -140 ≤ RSRP < -139 RSRP_02 -139 ≤ RSRP < -138 ... RSRP_96 -45 ≤ RSRP < -44 RSRP_97 -44 ≤ RSRP

Handover Event 在L3 Measurement Trigger Type有以下幾種Event 在HO Trigger Type判斷此系統是同時使用A3與A4去做Trigger Handover Event

Handover Trigger 在RRM source code中handover程式檔在rrc_cell.c 檔案放在 /home/root/20150825/enbd_20150824/rrc 在rrc_cell.c程式中使用的判斷為以下參數: 使用Handover Event 的A3與A4 (neighbor->rsrp> s_rsrp + 5) && (neighbor->rsrp> 55)

Handover成功的IP變化 在wireshark中可看到handover時IP的變化 在Info訊息中點選MeasurementReport，在下方ProtocolStack中將PDCP-LTE展開

Handover成功的IP變化 連線eNB的IP變化 連線訊息： RRCConnectionReconfiguration->RRCConnectionReconfigurationComplete(代表HO成功)

Handover 過程時的細部訊息(2) measResultPCell: Serving eNB 找到measResults觀察訊號變化 measResultPCell: Serving eNB measResultNeighCells: Target eNB

測試步驟 在兩台Skype視訊會議通話的時候，透過筆電的Skype開啟通話資訊，量測HO Delay和Packet Loss Ratio並記錄與錄影，手機首先先連eNB (IP:10.101.131.6)，並且移動到另外一台eNB (IP:10.101.131.17)，可從EPC看到HO成功的訊息。

筆電Skype視訊與手機Skype視訊

EPC Handover訊息(1) (IP:10.101.131.6)。 1.透過Lubuntu主機在EPC介面輸入s ，可以看到Skype手機現在連上第一台 eNB (IP:10.101.131.6)。 2. 在LTE Handover可以從第一台eNB (IP:10.101.131.6)看到RMTST free的訊息與第二 台eNB (IP:10.101.131.17)成功HO (rrc_enb_ho)的訊息。

EPC Handover訊息(2) 3.EPC介面上eNB (IP:10.101.131.17) 現在連上在第二台eNB上。 4. 第二台eNB (IP:10.101.131.17) 看到RMTST free的訊息與返回第一台eNB (IP:10.101.131.6)成功HO (rrc_emb_ho)的訊息。

Skype量測 Handover瞬間Traffic的Handover Delay和Packet Loss Ratio的 訊息。

參考資料 ITRI Small Cell 平台說明文件 RFC 3550文件 https://www.ietf.org/rfc/rfc3550.txt