Uma avaliação de desempenho de implementações open source em software de núcleos de rede 5G

Abstract

Com o advento das redes 5G, surgem implementações de código aberto de seus núcleos, que devem seguir uma especificação descrita pela 3GPP. Para validar a implementação é necessário realizar testes sobre esses núcleos de rede 5G. O presente trabalho desenvolve uma prova de conceito de um módulo para execução de testes de desempenho em implementações em código aberto de núcleos de redes 5G. O objetivo deste trabalho é analisar como se comportam as diferentes implementações de código aberto dos núcleos de rede 5G, free5GC, Open5GS e OpenAirInterface, para a execução de procedimentos em escala. Para responder a esse problema, primeiramente foi feito um um breve re sumo sobre a evolução das redes móveis, com foco em implementações em software de núcleos de redes 5G. Após, uma arquitetura de software foi desenvolvida, criando um módulo de extensão para o testador my5G-RANTester para realizar testes de desempenho nessas implementações de código aberto de núcleos de redes 5G. Foram executados dois distintos experimentos sobre essas implementações, sendo eles medindo o tempo de re gistro de cada equipamento de usuário e medindo a largura de banda do plano de dados entre o equipamento de usuário e o núcleo da rede. Dentre os principais resultados obtidos, foi possível observar que o free5GC apresenta melhor desempenho em relação à largura de banda disponível para os equipamentos de usuário, enquanto que o Open5GS apresenta mais estabilidade durante o processo de registro de múltiplos equipamentos de usuário. Este trabalho possui duas importantes contribuições teóricas para a literatura. A primeira contribuição é a agregação de conhecimento sobre testes de desempenho em redes móveis, enquanto a segunda é relacionada com a estabilidade e limitações das im plementações de núcleos 5G em software. A principal contribuição prática deste trabalho é o desenvolvimento de um módulo para realizar testes de desempenho em núcleos de rede 5G.

With the advent of 5G networks, open source implementations of their cores appear, which must follow a specification described by 3GPP. To validate the implementation, it is necessary to perform tests on these 5G network cores. The present work develops a proof of concept of a module to run performance tests in open source implementations of 5G network cores. The objective of this work is to analyze how the different open source implementations of the 5G network cores free5GC, Open5GS and OpenAirInterface be have, for the execution of procedures at scale. To answer this problem, a brief summary of the evolution of mobile networks was first made, focusing on software implementa tions of 5G network cores. Afterwards, a software architecture was developed, creating an extension module for the my5G-RANTester tester to run performance tests on these open source implementations of 5G network cores. Two different experiments were per formed on these implementations, being them measuring the registration time of each user equipment and measuring the data plane bandwidth between the user equipment and the network core. Among the main results obtained, it was possible to observe that free5GC presents better performance in relation to the bandwidth available to user devices, while Open5GS presents more stability during the registration process of multiple user devices. This work has two important theoretical contributions to the literature. The first contri bution is the aggregation of knowledge about performance testing in mobile networks, while the second is related to the stability and limitations of 5G core implementations in software. The main practical contribution of this work is the development of a module to perform performance tests on 5G network cores.