教育部補助「行動寬頻尖端技術跨校教學聯盟第二期計畫 -- 行動寬頻網路與應用 -- 小細胞基站聯盟中心」 課程模組： 「LTE-Small Cell 核心網路架構及服務」 實驗二: QoS網路效能指標 (Delay, PLR, Throughput) 的量測 計畫主持人：許蒼嶺 (國立中山大學 電機工程學系) 授課教師：萬欽德 (國立高雄第一科技大學 電腦與通訊工程系)

課程單元內容 安裝iPerf與Wireshark工具軟體。 發送iPerf封包並使用Wireshark觀察封包的傳送。 撰寫核心網路(EPC)程式量測QoS效能指標(Delay, PLR, Throughput)。

實驗架構 ※繪製

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：實驗用LTE SIM Card UE：HTC Desire 728實驗手機

實驗設備 (2/2) 軟體 Ubuntu Linux 作業系統 Wireshark 封包擷取軟體 (Ubuntu下之軟體) iPerf (iPerf2或 iPerf3) (手機與Ubuntu軟體) gcc 編譯器 Skype (Android手機軟體) G-NetTrack Lite (Android手機軟體)

手機 APP (1/2) 在手機上安裝測量網路效能與串流播放的app工具。 iPerf: 產生Constant Bit Rate Traffic，透過TCP/IP或UDP/IP 的網路測量工具。 VLC: 提供影音串流以及伺服器功能的Open Source軟體，在串流方面也可以使用RTP、HTTP、UDP等Protocol來進行串流。 PingTools: 網路測試工具。發送ICMP封包到指定的IP Address，估算封包遺失率（Packet Loss Ratio）和封包往返時間（Round-Trip Time; RTT）。 6 6

手機 APP (2/2) 安裝 G-NetTrack Lite: 可以觀看手機上 eNB 的RSSI、SNR 的訊號品質情況與UL/DL傳輸速率。 安裝 Skype 軟體: 與筆電或手機進行視訊測試。

eNodeB 開機 執行 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 ※ 詳細步驟參閱 「實驗一: LTE-Small Cell與核心網路(EPC)實驗環境的建立」

Attach 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。 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 EPC。

使用Wireshark 觀看 Log (1/2) 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，可方便觀察。

使用Wireshark 觀看 Log (2/2) 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

Ubuntu: Wireshark 設定 (1/2) 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 > Preference > Protocols

Ubuntu: Wireshark 設定 (2/2) 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上將看不到有關LTE顯示訊息 。

Wireshark 測試過程 (1/3) 在 EPC 啟動 Wireshark 指令列輸入 sudo wireshark 輸入密碼後啟動

Wireshark 測試過程 (2/3) 在 Wireshark 選單上點選 Capture > Interfaces 選擇 eth1 網卡 IP 為10.101.131.1 (抓取網卡訊息) Start 開始紀錄

Wireshark 測試過程 (3/3) Wireshark會顯示所有 TCP、UDP protocol 的訊息，為了方便觀察，可輸入下列過濾 icmp 訊息的指令，以便只顯示 LTE protocol 的訊息: udp.port == 8527 && !icmp 此時 Wireshark 將只會顯示 LTE 連線訊息。

iPerf iPerf 是一個TCP/IP 和UDP/IP 的性能測量工具，能夠提供網路吞吐率信息，以及震動、丟包率、最大段和最大傳輸單元大小等統計信息；從而能夠幫助我們測試網路性能，定位網路瓶頸。 iPerf3 iPerf 發行3.0版本，通稱為 iPerf3，舊的2.0版本稱為 iPerf2，要使用 iPerf3 新版本測試網路效能時，客戶端與伺服器端版本必須都是 iPerf3才能完成測試 (官網有提到 iPerf3 is not backwards compatible with iPerf2.)。

效能量測 在LTE-Small Cell測試場域利用iPerf來測量eNB的效能(Throughput、Packet Loss Ratio、Jitter)。 Downlink path是在eNB上利用iPerf傳送Traffic給手機來測量eNB Downlink的效能 Uplink path則是在手機上使用iPerf傳送Traffic給eNB來測量eNB Uplink的效能。 eNB UE 18 18

量測QoS效能指標 testmcs (options): Downlink (MCS:9) 本實驗使用系統的最大Bandwidth Capacity 進行 iperf 實驗 在指令列輸入 ./testmcs -m 3 -d 9 -u 9 在EPC輸入：iperf -u -c 10.101.131.104 -i 1 -t 60 -b 20M -p 5003 在手機輸入：iperf -u-s -i 1 -p 5003 在tm=3 dl mcs=9 (QPSK) 傳輸模式下，UE 收到的Throughput 約為 19Mbps/sec，Delay Jitter 約為 1.516 ms，Packet Loss Ratio 約為 4.6%。 19 19

量測QoS效能指標 testmcs (options): Uplink (MCS:9) 本實驗使用系統的最大Bandwidth Capacity 進行 iperf 實驗 在指令列輸入 ./testmcs -m 3 -d 9 -u 9 在EPC輸入：iperf -u -s -i 1 -p 5003 在手機輸入：iperf -u -c 10.101.131.1 -i 1 -t 60 -b 6M -p 5003 在tm=3 up mcs= 9 (QPSK) 傳輸模式下，UE 收到的Throughput 約為2.03Mbps/sec，Delay Jitter約23.409 ms，Packet Loss Ratio約0.17%。 20 20

參考資料 ITRI Small Cell 平台說明文件(工研院提供) LTE Small Cell測試報告書 中山大學電機系與資工系實驗教材 21 21