行動寬頻介接網路與IoT實務應用-實驗課程

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1 行動寬頻介接網路與IoT實務應用-實驗課程
實驗一 : 小細胞基站(small cell)建置 國立高雄師範大學 軟體工程與管理學系 教材編撰：余遠澤　教授 　　　　　陳星孝

2 章節要點 熟悉LTE Small cell的環境架構 透過實驗了解LTE行動網路環境的架構與運作原理
介紹實驗相關設備時的基本理論與相關基礎指令 透過平台所提供之Radio Resource Control(RRC)/Radio Resource Management(RRM)介面，熟悉了解SDN/NFV相 關之功能設計 透過設計SON模組，觀察網路流量狀態，並因應環境變化 自動調整與修正small cell設定 了解如何介接IoT gateway與sensor裝置 設計一個可能的IoT應用情境，了解IoT與small cell兩者間 的關係

3 章節目錄 1 2 3 4 實驗一：小細胞基站建置實驗 實驗二：SDN/NFV for small cell開發實驗
實驗三：SON for small cell數據量測實驗 4 實驗四：Small cell及IoT環境中行動視訊串流介接技術建置實驗

4 實驗一：小細胞基站建置實驗 實驗目的 實驗環境 實驗步驟 問題與討論

5 實驗一：小細胞基站建置實驗 實驗目的 教導學生熟悉Long Term Evolution(LTE) Small Cell的環境架設。
介紹相關實驗設備操作時之基礎理論及相關基礎指 令。 設備建立連線後，查看相關參數數值。 本實驗的目的在於透過架設LTE Small Cell，讓學生們了解簡易基地台的環境架設，深刻了解LTE行動網路的運作原理，而在實驗中也會碰到平常不常使用的Linux作業系統，透過實驗讓學生們可以熟悉實驗時的相關設備與基礎指令，當設備成功練線後，可以使用LTE Small Cell設備裡所提供的基本指令，查看當前的基本設定。 Long Term Evolution(LTE)長期演進技術，高速下行封包接入，俗稱3.9G，應用於手機與數據卡終端的高速無線通訊標準。

6 實驗一：小細胞基站建置實驗 實驗環境 (LTE實驗架構)
EPC Switch Internet eNB 此為本次實驗LTE架構圖，本次實驗是由一台eNB連接EPC，EPC擁有兩張網路卡，一張對內部網路連接eNB，一張對外連線，對外部分透過Switch連接網路(Internet)。 此圖為本次實驗的環境架構圖，在實驗中我們會使用到工研院所開發的LTE Small Cell，使用一台電腦(EPC)與一台Switch做連接，完成一個簡易的基地台環境架設。

7 實驗一：小細胞基站建置實驗 實驗環境 (EPC) 由於系統須於Linux作業系統下執行，需使用Ubuntu作業系統。
目的：具有MME、S-GW、P-GW 由於本實驗建立在Linux作業系統下，所以使用Ubuntu做為本次的作業系統。

8 實驗一：小細胞基站建置實驗 實驗環境 (eNB) 為工研院開發的ITRI Small Cell。 具有RRM與RRC功能。
此圖為工研院該發的ITRI Small Cell，其功能就像是一台小台的基地台一樣，可將網路化作4G訊號打出去。

9 實驗一：小細胞基站建置實驗 實驗步驟 (下載檔案) 下載Small Cell Source code，並將檔案放置於桌面上，方便搜尋。
下載網址： 此檔案內容為控制Small Cell動作與連線的相關程式 ＜圖一＞

10 實驗一：小細胞基站建置實驗 實驗步驟 (下載檔案) 查看資料夾內容是否為以下五個檔案，如<圖二>所示。
五個檔案: agent_v , enbd_v , mmed_v , nfq_inc_lib.tar.gz, run nat.sh 將檔案下載好後，點擊進入資料夾，查看內容是否為5個檔案。 ＜圖二＞Small Cell Source

11 實驗一：小細胞基站建置實驗 實驗步驟 (下載檔案) 為了方便搜尋與輸入，將資料夾名稱ITRI EPC更改為ITRI ＜圖三＞
首先我們將資料夾名稱做更名的動作，方便搜尋與輸入用，以免發生錯誤。 ＜圖三＞

12 實驗一：小細胞基站建置實驗 實驗步驟 接下來的步驟都在終端機上執行，在左邊功能列上找到搜尋，如＜圖四＞，點擊後在上方輸入Terminal，將找到終端機，如＜圖五＞。 打開左上角的搜尋圖式，輸入Terminal，找到終端機。 因為本次實驗均使用終端機輸入指令做控制。 ＜圖四＞ ＜圖五＞

13 實驗一：小細胞基站建置實驗 實驗步驟 (相關指令) 以下為開啟終端機後的畫面。 ＜圖六＞ 此圖為終端機畫面。
在Linux作業系統中，終端機的文字輸入非常重要。 ＜圖六＞

14 實驗一：小細胞基站建置實驗 實驗步驟 (基本指令) 在Ubuntu的終端機中，均以Linux的指令為主，以下介紹幾種常用指令：
在linux的終端機下有很多指令，其中我們介紹了幾個比較常使用的指令做為參考，分別是ls、cd、./、sh、clear。 而這些指令均可以在後面帶入參數做更進一步的使用。 詳細資訊可查看以下網址：

15 實驗一：小細胞基站建置實驗 實驗步驟 (基本指令) 如＜圖七＞，輸入ls後按下enter，將會看到當前目錄的所有檔案，如＜圖八＞。 ＜圖七＞

16 實驗一：小細胞基站建置實驗 實驗步驟（基本指令） 如果要進入資料夾「Desktop」，輸入「cd Desktop」， 如＜圖九＞。
按下<Enter>，看到左邊的文字多了「~/Desktop$」， 表示成功進入該資料夾，如＜圖十＞。 ＜圖九＞ Cd 指令操作畫面 ＜圖十＞

17 實驗一：小細胞基站建置實驗 實驗步驟（基本指令） 如果要離開資料夾「Desktop」， 輸入「cd ..」，如＜圖十一＞。
按下<Enter>，看到左邊的文字少了「~/Desktop$」表示成功離開該資料夾，如＜圖十二＞。 ＜圖十一＞ Cd 指令操作畫面 ＜圖十二＞

18 實驗一：小細胞基站建置實驗 實驗步驟（基本指令）
<圖十三>如果覺得畫面太過雜亂，可以輸入「clear」，按下<Enter>後，將會清空終端機的畫面，如＜圖十四＞。 ＜圖十三＞ Clear指令操作畫面 ＜圖十四＞

19 實驗一：小細胞基站建置實驗 實驗步驟（執行MME）
輸入「cd Desktop」進入桌面，並進入資料夾ITRI裡，查看是否為五個檔案，如圖十五。 畫面回到終端機，輸入輸入指令，進到桌面後，查看是否有ITRI資料夾， 進去資料夾後輸入 ls 是否有這五個檔案。 指令詳細: ls cd Desktop cd ITRI ＜圖十五＞

20 實驗一：小細胞基站建置實驗 實驗步驟（執行MME）
在EPC中，我們需要執行MME的程式與開啟Gw功能，此功能是Linux的IP Table完成。 輸入「sudo sh run_nat.sh」執行run_nat.sh檔案，以下畫面為成功啟動IP Table的畫面。 在 EPC 中，我們需要執行 MME 的程式和開啟 GW 功能，GW 的 功能是由 Linux 的 IP table 完成，因此在 EPC 開啟一個終端機並在家目 錄底下輸入 sudo sh run_nat.sh 啟動 IP table 指令詳細: sudo sh run_nat.sh ＜圖十六＞

21 實驗一：小細胞基站建置實驗 實驗步驟（執行MME） 為了要執行MME程式，進入mmed_v2.5.160219中的mmed資料夾裡。
Compiler Source Code 為了執行EPC上的MME，進到mmed_v 目錄底下的mmed 指令詳細： ls cd mmed_v cd mmed ＜圖十七＞

22 實驗一：小細胞基站建置實驗 實驗步驟（執行MME）
目前MME程式是尚未編譯過的，輸入「sudo sh load_x86_file.sh」產生編譯檔，可以看到編譯後的資料夾檔案出現makefile編譯檔案。 這些檔案為沒有編譯過的檔案，編譯時需要makefile檔案 ，但目前目錄中沒有此檔案。 輸入 sudo sh load_x86_file.sh後會產生makefile 指令詳細: ls sudo sh load_x86_file.sh ＜圖十八＞

23 實驗一：小細胞基站建置實驗 實驗步驟（執行MME） 輸入「make」，開始進行編譯，＜圖二十＞為編譯完成的畫面。 ＜圖十九＞ ＜圖二十＞
指令詳細： make ＜圖十九＞ ＜圖二十＞

24 實驗一：小細胞基站建置實驗 實驗步驟（執行MME） 編譯完成後，輸入「ls」看到資料夾的內容出現了mmed 執行檔。 ＜圖二十一＞
指令詳細 ls ＜圖二十一＞

25 實驗一：小細胞基站建置實驗 實驗步驟（執行MME） 輸入「./mmed」執行mmed檔案，以下畫面為成功執行畫面。 ＜圖二十二＞
指令詳細： ./mmed ＜圖二十二＞ ＜圖二十三＞

26 實驗一：小細胞基站建置實驗 實驗步驟(連線Small cell)
接著我們要連線到Small cell，找到左下角的終端機，<按右鍵>新增一個New Terminal。 接著我們要連線Small Cell，執行RRC與RRM功能， 由於原本的終端機視窗正在執行MME，所以我們必須再開啟新的終端機， 可在程式列中看到終端機點右鍵，點選New Terminal開啟新的終端機視窗。 ＜圖二十四＞

27 實驗一：小細胞基站建置實驗 實驗步驟 利用 ssh 連線到 Small cell 的系統中，如＜圖二十五＞，輸入「ssh cell設定的IP並不一樣，要修改必須連線後進去設定。 預設並無密碼，直接按<Enter>進入。 接著我們要連線到LTE small cell中，輸入指令後，連線近Small Cell。 指令詳細 ssh enter ＜圖二十五＞ ＜圖二十六＞

28 實驗一：小細胞基站建置實驗 實驗步驟 連線成功後，進入agent_v2.5.160219資料夾內。 ＜圖二十七＞ ＜圖二十八＞
指令詳細 ls cd agent_v ＜圖二十七＞ ＜圖二十八＞

29 實驗一：小細胞基站建置實驗 實驗步驟 執行寫好的 shell script (.sh file)，輸入「sh run_enb_umac_only.sh」 啟動 Small cell 的 PHY、MAC、RLC 和 PDCP 功能，看到＜圖二十七＞表示成功執行。 為了要啟動Small cell 的 PHY、MAC、RLC 和 PDCP 功能，輸入指令執行run_enb_umac_only.sh，看到圖二十七的畫面即為成功執行，此頁面為流量表，會不定的更新資訊。 指令詳細： sh run_enb_umac_only.sh ＜圖二十九＞ ＜圖三十＞

30 實驗一：小細胞基站建置實驗 實驗步驟 再一個新的終端機視窗。 接著再開起一個新的終端機視窗，作為啟動RRC使用。 ＜圖三十一＞

31 實驗一：小細胞基站建置實驗 實驗步驟 連線到Small cell後，進入agent_v 資料夾內，並輸入「./ltel23」，執行RRC檔案，如＜圖三十二＞。＜圖三十三＞為RRC成功執行的畫面。 執行RRC 接著我們要連線到LTE small cell中，輸入指令後，連線近Small Cell。 進入agent_v 資料夾，輸入指令，執行ltel23檔案。 指令詳細： ssh enter ls cd agent_v ./ltel23 ＜圖三十二＞ ＜圖三十三＞

32 實驗一：小細胞基站建置實驗 實驗步驟 為了要開啟RRM功能，再開啟一個新的終端機視窗，連線到Small cell，並進入到agent_v 資料夾內。 再開啟一個終端機視窗 接著我們要連線到LTE small cell中，輸入指令後，連線近Small Cell。 進入agent_v 資料夾。 指令詳細： ssh enter ls cd agent_v ＜圖三十四＞ ＜圖三十五＞

33 實驗一：小細胞基站建置實驗 實驗步驟 輸入「./enbd_nat」，執行RRM檔案。
看到Receive S1AP_SETUP_RSP表示執行成功且以連接上MME，如＜圖三十七＞。 執行RRM並連接MME，輸入指令，執行enbd_nat檔案，在終端機視窗看到Receive S1AP_SETUP_RSP訊息時，表示成功執行。 指令詳細： ./enbd_nat ＜圖三十六＞ ＜圖三十七＞

34 實驗一：小細胞基站建置實驗 實驗步驟 視窗回到MME上，可以看到下面有訊息出現。 ＜圖三十八＞
此時RRM已和MME做連接，並可以在MME的視窗上看到有訊息湧入，如圖三十八。 ＜圖三十八＞

35 實驗一：小細胞基站建置實驗 實驗步驟 視窗回到RRM，為了要和RRC做連接，輸入「add」，會看到訊息湧入，看到cell 0 setup ok表示安裝成功，看到Receive RRC_START_CFM表示RRC已有回應，如<圖四十>。 RRM連接RRC 視窗回到RRM後，接下來要讓RRM和RRC做連接，並在RRM視窗中輸入add，將可以看到有訊息湧入。 指令詳細： add ＜圖三十九＞ ＜圖四十＞

36 實驗一：小細胞基站建置實驗 實驗步驟 視窗回到RRC上，可以看到RRC上有訊息湧入，出現Send RRC_START_CFM status:STAT_OK表示Small cell成功啟動。 將視窗移回RRC的終端機視窗上，將可以發現RRC上有大量訊息湧入，表示有成功連接，看到Send RRC_START_CFM status:STAT_OK提示字表示有成功啟動。 ＜圖四十一＞

37 實驗一：小細胞基站建置實驗 實驗步驟 回到MME畫面，可以輸入「show」或「s」查看當前以連線設備。 ＜圖四十二＞
可以看到出現Cell ID、TAC、IP等欄位， 表示Small cell 以連接到EPC上。 指令詳細： s ＜圖四十二＞

38 實驗一：小細胞基站建置實驗 問題與討論 請說明LTE網路架構? 在Linux作業系統中，ls、cd、./、sh與clear指令各為什麼意思？
本次實驗是由一台eNB連接EPC，EPC擁有兩張網路卡，一張對內部網路連接eNB，一張對外連線，對外部分透過switch連接網路。 Powerpoint page6 2.在Linux作業系統中，ls、cd、./、sh與clear指令各為什麼意思？ ls：查看當前目錄的所有檔案。 cd [資料夾名稱]：進入[資料夾名稱]裡面，若[資料夾名稱]為「 .. 」，則回到上一個目錄。 ./[檔案名稱] ：執行[檔案名稱]。 sh [檔案名稱]：執行shell script (.sh file) 。 clear：清空終端機畫面。 Powerpoint page14

39 Appendix Acronyms eNB : Evolved Node B EPC : Evolved Packet Core
MAC : Medium Access Control MME : Mobility Management Entity P-GW : Packet Data Network Gateway PDCP : Packet Data Convergence Protocol PHY : Physical RLC : Radio Link Control RRC : Radio Resource Control RRM : Radio resource management S-GW: Serving Gateway