安裝 UE/RAN 模擬器

此示範我們將練習：

安裝 UERANSIM
簡單測試 free5GC + UERANSIM

1. 建立 ueramsim VM

重複 free5gc VM 的建立步驟，產生一個新的 VM

VM 名稱為 ueransim, 記得所有網卡 MAC 都產生新的
成功後確定可以連網及使用 SSH 登入
更改 hostname 為 ueransim
設定 Host-only 網路介面卡靜態 IP 位址為 192.168.56.102
重新開機，並啟動 free5gc
在 ueransim ping 192.168.56.101 測試與 free5gc 的連線，同樣在 free5gc ping 192.168.56.102 測試與 ueransim 的連線

2. 安裝 UERANSIM

瀏覽器搜尋 ueransim, 得到網址：

aligungr/UERANSIM: Open source 5G UE and RAN … - GitHub

瀏覽閱讀一下 UERANSIM 開源專案的基本資訊及用途。進入安裝頁面：

Installation

下載 UERANSIM

cd ~
git clone https://github.com/aligungr/UERANSIM
cd UERANSIM
git checkout v3.1.0

更新系統

sudo apt update
sudo apt upgrade

安裝工具

sudo apt install make
sudo apt install g++
sudo apt install libsctp-dev lksctp-tools
sudo apt install iproute2
sudo snap install cmake --classic

編譯 UERANSIM

cd ~/UERANSIM
make

3. 安裝 free5GC WebConsole

free5GC 提供一個簡單網頁介面 WebConsole 來管理 UE 註冊資料，供各 NF 使用。 WebConsole 需要 Node.js 及 Yarn 工具來編譯。

首先 SSH 登入 free5gc (192.168.56.101)，先把可能存在的舊工具移除：

sudo apt remove cmdtest
sudo apt remove yarn

安裝 Node.js 及 Yarn

curl -sS https://dl.yarnpkg.com/debian/pubkey.gpg | sudo apt-key add -
echo "deb https://dl.yarnpkg.com/debian/ stable main" | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/yarn.list
sudo apt-get update
sudo apt-get install -y nodejs yarn

開始建立 WebConsole

cd ~/free5gc
make webconsole

4. 使用 WebConsole 新增註冊資料

先啟動 WebConsole 伺服器：

cd ~/free5gc/webconsole
go run server.go

終端機印出使用網址 :5000。請在本機打開瀏覽器，輸入網址 http://192.168.56.101:5000

打開網頁後，輸入帳號 admin，密碼 free5gc
進入後拉寬瀏覽器，直到看到左側 Subscribers
選取 Subscribers 並新增一筆資料
- 注意除了 Operator Code Type 選擇 OP 外，其他欄位先保留預設資料，供後續模擬器使用
新增完成後，終端機按 Ctrl-C 就可停止 WebConsole

5. 設定 free5GC 核網參數及 UERANSIM 參數

在 free5gc, 我們需要編輯三個設定檔：

~/free5gc/config/amfcfg.yaml
~/free5gc/config/smfcfg.yaml
~/free5gc/NFs/upf/build/config/upfcfg.yaml

SSH 登入 free5gc 後，更改 ~/free5gc/config/amfcfg.yaml

cd ~/free5gc
nano config/amfcfg.yaml

將 ngapIpList 裡的 IP 從 127.0.0.1 改成 192.168.56.101，亦即

...
  ngapIpList:  # the IP list of N2 interfaces on this AMF
  - 127.0.0.1

改成

...
  ngapIpList:  # the IP list of N2 interfaces on this AMF
  - 192.168.56.101  # 127.0.0.1

接著更改 ~/free5gc/config/smfcfg.yaml

nano config/smfcfg.yaml

將 userplane_information / up_nodes / UPF / interfaces / endpoints 裡的 IP 從 127.0.0.8 改成 192.168.56.101，亦即

...

  interfaces: # Interface list for this UPF
   - interfaceType: N3 # the type of the interface (N3 or N9)
     endpoints: # the IP address of this N3/N9 interface on this UPF
       - 127.0.0.8

改成

...
  interfaces: # Interface list for this UPF
   - interfaceType: N3 # the type of the interface (N3 or N9)
     endpoints: # the IP address of this N3/N9 interface on this UPF
       - 192.168.56.101  # 127.0.0.8

最後更改 ~/free5gc/NFs/upf/build/config/upfcfg.yaml，將 gtpu 裡的 IP 從 127.0.0.8 改為 192.168.56.101，亦即

...
  gtpu:
  - addr: 127.0.0.8

改成

...
  gtpu:
  - addr: 192.168.56.101  # 127.0.0.8

6. 設定 UERANSIM

在 ueransim, 有兩個設定檔跟 free5GC 有關：

~/UERANSIM/config/free5gc-gnb.yaml
~/UERANSIM/config/free5gc-ue.yaml

其中第二個檔案為 UE 設定，內容應與 free5gc 的 WebConsole 產生的預設註冊資料一致，不需更改。

首先 SSH 登入 ueransim 後，更改 ~/UERANSIM/config/free5gc-gnb.yaml，將 ngapIp 及 gtpIp 的 IP 從 127.0.0.1 改成 192.168.56.102，並將 amfConfigs 裡的位址改成 192.168.56.101，亦即

...
  ngapIp: 127.0.0.1   # gNB's local IP address for N2 Interface (Usually same with local IP)
  gtpIp: 127.0.0.1    # gNB's local IP address for N3 Interface (Usually same with local IP)

  # List of AMF address information
  amfConfigs:
    - address: 127.0.0.1

改成

...
  ngapIp: 192.168.56.102  # 127.0.0.1   # gNB's local IP address for N2 Interface (Usually same with local IP)
  gtpIp: 192.168.56.102  # 127.0.0.1    # gNB's local IP address for N3 Interface (Usually same with local IP)

  # List of AMF address information
  amfConfigs:
    - address: 192.168.56.101  # 127.0.0.1

接著可以檢視 ~/UERANSIM/config/free5gc-ue.yaml，看設定資料是否和 WebConsole 裡的資料一致，例如

# IMSI number of the UE. IMSI = [MCC|MNC|MSISDN] (In total 15 or 16 digits)
supi: 'imsi-208930000000003'
# Mobile Country Code value
mcc: '208'
# Mobile Network Code value (2 or 3 digits)
mnc: '93'

# Permanent subscription key
key: '8baf473f2f8fd09487cccbd7097c6862'
# Operator code (OP or OPC) of the UE
op: '8e27b6af0e692e750f32667a3b14605d'
# This value specifies the OP type and it can be either 'OP' or 'OPC'
opType: 'OP'

...

# Initial PDU sessions to be established
sessions:
  - type: 'IPv4'
    apn: 'internet'
    slice:
      sst: 0x01
      sd: 0x010203

# List of requested S-NSSAIs by this UE
slices:
  - sst: 0x01
    sd: 0x010203

...

與之前新增的註冊資料一致。

7. 測試 free5GC + UERANSIM

SSH 登入 free5gc，若曾重新開啟 free5gc，記得先做：

sudo sysctl -w net.ipv4.ip_forward=1
sudo iptables -t nat -A POSTROUTING -o enp0s3 -j MASQUERADE
sudo systemctl stop ufw

並執行下列指令：

sudo iptables -I FORWARD 1 -j ACCEPT

確定網路環境及設定檔已更改後，到 free5gc 執行 ./run.sh

cd ~/free5gc
./run.sh

此時 free5GC 核網啟動。

另外需準備三個終端機視窗執行 UERANSIM 模擬器 (或你會使用 tmux 也可只用一個):

視窗 1，登入 ueransim，確定模擬器已編譯好，且設定檔也以改好，執行 nr-gnb

cd ~/UERANSIM
build/nr-gnb -c config/free5gc-gnb.yaml

視窗 2，登入 ueransim，用管理員身分執行 nr-gnb

cd ~/UERANSIM
sudo build/nr-ue -c config/free5gc-ue.yaml

視窗 3，登入 ueransim，用 ping 測試模擬器，free5GC 核網，及網際網路是否連通。首先，用 ifconfig 檢視是否有建立通道 uesimtun0：

$ ifconfig

enp0s3: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST>  mtu 1500
        inet 10.0.2.15  netmask 255.255.255.0  broadcast 10.0.2.255
        inet6 fe80::a00:27ff:fe65:1472  prefixlen 64  scopeid 0x20<link>
        ether 08:00:27:65:14:72  txqueuelen 1000  (Ethernet)
        RX packets 80  bytes 32423 (32.4 KB)
        RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0
        TX packets 90  bytes 12860 (12.8 KB)
        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0

enp0s8: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST>  mtu 1500
        inet 192.168.56.102  netmask 255.255.255.0  broadcast 192.168.56.255
        inet6 fe80::a00:27ff:fe5e:be64  prefixlen 64  scopeid 0x20<link>
        ether 08:00:27:5e:be:64  txqueuelen 1000  (Ethernet)
        RX packets 1515  bytes 130490 (130.4 KB)
        RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0
        TX packets 1010  bytes 206670 (206.6 KB)
        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0

lo: flags=73<UP,LOOPBACK,RUNNING>  mtu 65536
        inet 127.0.0.1  netmask 255.0.0.0
        inet6 ::1  prefixlen 128  scopeid 0x10<host>
        loop  txqueuelen 1000  (Local Loopback)
        RX packets 3445  bytes 174416 (174.4 KB)
        RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0
        TX packets 3445  bytes 174416 (174.4 KB)
        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0

uesimtun0: flags=4305<UP,POINTOPOINT,RUNNING,NOARP,MULTICAST>  mtu 1500
        inet 60.60.0.1  netmask 255.255.255.255  destination 60.60.0.1
        inet6 fe80::2034:d00:a76:84b7  prefixlen 64  scopeid 0x20<link>
        unspec 00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00  txqueuelen 500  (UNSPEC)
        RX packets 3  bytes 252 (252.0 B)
        RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0
        TX packets 13  bytes 732 (732.0 B)
        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0

接著使用 ping:

ping -I uesimtun0 google.com

若有回應代表系統及網路成功運作，恭喜。

常見問題

若安裝與執行 free5GC 及 UERANSIM 過程中發生問題，先記得有無執行下面幾點，完成再開始測試：

free5gc VM 若重新啟動，有無先執行設定：

sudo sysctl -w net.ipv4.ip_forward=1
sudo iptables -t nat -A POSTROUTING -o enp0s3 -j MASQUERADE
sudo systemctl stop ufw
sudo iptables -I FORWARD 1 -j ACCEPT

free5gc VM 若想執行測試 ./test.sh TestXXX，檢查設定檔有先恢復原狀

~/free5gc/config/amfcfg.yaml
~/free5gc/config/smfcfg.yaml
~/free5gc/NFs/upf/build/config/upfcfg.yaml

可用 git diff 檢查。若測試仍有問題，可先清除 MongoDB 資料庫再試：

$ mongo free5gc
   ...
> db.dropDatabase()
{ "dropped" : "free5gc", "ok" : 1 }
> exit
bye

VM 的介面卡名稱及 IP 是否正確，且和相關的設定檔或指令相符。可從你的主機 ping 192.168.56.101 及 ping 192.168.56.102，並在你的 VM ifconfig 及測試對外連線 ping。

若已成功安裝測試 free5GC 及 UERANSIM，想知道接下來做什麼，可以完成之後的簡單應用。要理解及修改 free5GC 的程式內容，除了 5G 標準文件需要研讀外，可從 test.sh 及 run.sh 著手看網路及程式如何設定。基本網路原理有一些參考：

網路設定參考文件