Önemli çıkarımlar:
- Bir 5G ağının herhangi iki bileşeni arasındaki iletişim, kapsamlı ve açık spesifikasyonlara sahip arayüzler tarafından tanımlanır.
- Protokoller, herhangi bir arayüz üzerinden değiş tokuş edilen bilgilerin yapılandırılmasını tanımlar.
- Ağ işlevleri, arayüzler ve protokoller, doğrudan fiziksel bağlantılar gerektirmeden herhangi iki bileşen arasında bilgi alışverişini sağlayan mantıksal soyutlamalardır.
Bir 5G telefondan arama yapıldığında, uçtan uca arama akışı, bir iletişim kanalı kurmak ve konuşma ses ve veri paketlerini diğer uca göndermek için büyük coğrafi mesafelerde sorunsuz bir şekilde birlikte çalışan inanılmaz derecede karmaşık bir bileşen ağını içerir.
Kablosuz teknolojinin bu inanılmaz harikası, ancak bu bileşenlerin titizlikle tanımlanmış arayüzler, prosedürler ve ağ protokolleri ile çalışması sayesinde mümkündür.
Bu standartlara sıkı sıkıya bağlı kalınmasını sağlamak her 5G cihazı veya ağ öğesi için esastır. Bu makalede, 5G protokol testinin 5G ekosisteminde standartlara uyumluluğun anahtarı olduğunu öğrenin.
5G protokol testi nedir?
5G protokol testinde, çeşitli telekomünikasyon paydaşları, bir 5G ağının alt sistemlerinin 3. Nesil Ortaklık Projesi (3GPP) tarafından yayınlanan ilgili arayüz ve protokol spesifikasyonlarına uygun olduğunu doğrular.
Bu arayüzler ve protokoller, aşağıdaki gibi kritik 5G kullanım durumlarını mümkün kılar:
- yüksek verimli mobil geniş bant
- ultra güvenilir düşük gecikmeli iletişim
- hüzmeleme ve büyük çoklu-giriş-çoklu-çıkış (MIMO)
- doğru konumlandırma
- koşullu devirler ve diğer mobilite senaryoları
5G protokol testi sırasında, tüm bu kullanım durumlarının altında yatan uygulama düzeyinde arayüz ve protokol ayrıntıları doğrulanır.
Ek olarak, 5G protokol testi aşağıdaki gibi farklı doğrulama türlerini içerir:
- protokol ve radyo frekansı (RF) uygunluk testi
- radyo kaynak yönetimi (RRM) uygunluk testi
- mevzuata uygunluk testleri
- taşıyıcı kabul testi
- her arayüzün performans testi
Öncelikle 5G arayüzlerini ve protokollerini anlayalım ve ardından kilit paydaş işletmelere ve kuruluşlara bakalım.
Bu işlevler arasındaki iletişim, diğerlerinin yanı sıra işlevleri, başlatma, operasyonel akışlar, veri yükü yapıları, güvenlik yönleri, mobilite yönleri, oturum yönetimi ve hizmet kalitesi (QoS) için semantiği tanımlayan “arayüzler” ile belirtilir. Bu arayüzler çeşitli 3GPP teknik spesifikasyonlarında tanımlanmıştır.
Bazı temel arayüzler aşağıdaki resimde gösterilmiştir.
Şekil 1. Temel 5G arayüzleri
Protokoller ve protokol yığınları, bu arayüz semantiğini mümkün kılan temel bileşenlerdir. Protokol ve protokol yığınları, bir arayüz üzerinden değiş tokuş edilen bilgilerin nasıl yapılandırılacağını tanımlar. Herhangi iki işlev arasındaki her arayüz, bir protokol yığını ve bu protokolleri kullanan işlevlerin ihtiyaç duyduğu bilgilerin nasıl yapılandırılacağını tanımlar.
Örneğin, 3GPPTS 24.501 bir UE ile AMF arasında UE'nin kayıt, kimlik doğrulama, oturum yönetimi ve mobilite yönetimi gibi hususları yöneten N1 arayüzünü belirtir. Erişim dışı tabaka (NAS), UE ile AMF arasındaki iletişim için mesaj formatlarını belirleyen bu arayüzün kritik bir protokolüdür.
Bu makalenin ilerleyen bölümlerinde bazı önemli 5G protokol yığınlarını daha ayrıntılı olarak açıklayacağız.
5G protokol testlerini hangi paydaşlar gerçekleştirir?
Titiz 5G protokol testleri gerçekleştirmesi gereken telekomünikasyon paydaşlarından bazıları şunlardır:
- mobil cihaz ve yonga seti üreticileri
- mobil ağ operatörleri
- ağ eki̇pmani üreti̇ci̇leri̇
- Nesnelerin interneti (IoT) sensörlerinin satıcıları
- Hücresel araçtan her şeye (C-V2X) sistemleri üzerinde çalışan otomotiv üreticileri
- araştırma ve geliştirme kuruluşları
- devlet düzenleyici kuruluşları
- Akıllı şehir teknolojileri ve multimedya içerik üreticileri gibi 5G tabanlı hizmet sağlayıcıları
5G protokol testi neden önemlidir?
Protokol testi, aşağıdaki gibi önemli hedeflere ulaşmak için gereklidir:
Birlikte çalışabilirlik: Her telekom paydaşı, kendi ürün veya hizmetlerinin diğerlerininkilerle sorunsuz bir şekilde çalışabilmesini sağlamalıdır. Bu özellikle mobil cihazların, 5G yonga setlerinin, ağ ekipmanlarının ve IoT sensörlerinin donanım üreticileri için kritik öneme sahiptir. 3GPP spesifikasyonlarına uyulmaması, pazarın reddedilmesinin yanı sıra olası düzenleyici ve sözleşmeye dayalı cezalar nedeniyle maliyetli olabilir.
Uyumluluk: Ağ operatörleri, harcamaları optimize etmek ve müşteri kesintilerini en aza indirmek için mevcut altyapılarında kademeli yükseltmeleri tercih eder. Protokol testi, 4G ağlarına yapılan 5G eklemelerin beklendiği gibi çalıştığından emin olmalarını sağlar ve ayrıca 4G ekipmanının bu eklemelerden sonra amaçlandığı gibi çalışmasını sağlar.
Ağ güvenilirliği: 5G protokol testi, test uzmanlarının yüksek geniş bant hızları, yüksek cihaz yoğunluğu ve uzaktan bağlantı (karasal olmayan ağlar aracılığıyla) gibi 5G vaatlerini doğrulamasını sağlar. Mühendisler, her arayüzü ve protokol katmanını test etmek için özel parametrelerle yapılandırabilir. Bu şekilde, işlevsellik ve performanstaki uç durumlar tasarım, dağıtım ve işletim aşamaları boyunca titizlikle test edilebilir.
Performans: 5G protokol testi, donanım üreticilerinin ve hizmet sağlayıcıların, uygunluk spesifikasyonlarının yanı sıra taşıyıcı kabul gereksinimleri tarafından belirlenen performans kriterlerini karşılamasını sağlar. Ayrıca, pazar avantajları elde etmek için performans kriterlerini aşmak üzere 5G protokol test araçlarını kullanabilirler.
Güvenlik: 5G protokol testi, özellikle otomobiller, uydular, insansız hava araçları ve ulaşım sistemleri gibi potansiyel olarak tehlikeli yerlerde kullanılmaya başlandığından, 5G ağlarında ağ ve veri güvenliğini sağlamak için gereklidir.
Mevzuata uygunluk: 5G protokol testi, operatörlerin ve üreticilerin spektrum kullanımı, radyasyon seviyeleri ve sürdürülebilirlik (boşta çalışırken güç tüketimini en aza indirmek gibi) ile ilgili düzenlemelere uymalarına yardımcı olur.
Temel 5G protokolleri nelerdir?
Bu bölümde, bazı önemli 5G protokol yığınlarına ve bunların nasıl test edildiğine bakacağız.
UE-RAN Uu arayüzünün protokolleri
Uu arayüzü olarak bilinen UE-RAN radyo arayüzü, hem kullanıcı düzlemi hem de kontrol düzlemi iletişimlerini içerir. Kullanıcı düzlemi iletişimi, sesli arama sesi, görüntülü arama verileri, internet veri paketleri, kısa mesajlar vb. gibi kullanıcıyla ilgili verileri göndermek içindir. Kontrol düzlemi iletişimi ise ağ ile ilgili bilgi alışverişi içindir. Her iki düzlemin protokol yığınları aşağıda gösterildiği gibi oldukça benzerdir.
Şekil 2. UE-RAN Uu arayüzünün protokol yığınları
Bu arayüzün parçası olan protokoller şunlardır:
Fiziksel katman (PHY): Bu, frekans ve modülasyon gibi düşük seviyeli radyo parametrelerini belirleyen katman 1 protokolüdür.
Ortam erişim kontrolü (MAC): Bu, veri paketlerinin programlanmasından, çoklama ve çoğullamadan ve hata düzeltmelerinden sorumlu katman 2 protokolüdür.
Radyo bağlantı kontrolü (RLC): RLC, paket bölümleme, yeniden birleştirme ve yeniden iletimler yoluyla hata düzeltmeden sorumludur.
Paket veri yakınsama protokolü (PDCP): Bu katman veri sıkıştırma, veri güvenliği, protokol veri birimlerinin doğru sırayla teslim edilmesi ve taşıyıcı yönetiminden (QoS gereksinimlerine dayalı ayrı mantıksal kanallar için) sorumludur.
Hizmet veri uyarlama protokolü (SDAP): Bu kullanıcı düzlemi katmanı, QoS akışlarını veri radyo taşıyıcılarına eşler ve QoS işleme için QoS akış yönetimi ve paket işaretleme gerçekleştirir.
Radyo kaynak kontrolü (RRC): Bu katman radyo taşıyıcılarını yönetmekten, UE ile ağ arasındaki sinyalleşmeyi kontrol etmekten ve UE'nin hareketliliğini ve bağlantı durumlarını yönetmekten sorumludur.
gNodeB-gNodeB Xn arayüzünün protokolleri
İki gNB'yi birbirine bağlayan Xn arayüzü de aynı RRC, SDAP, PDCP ve RLC protokol yığınını kullanır.
UE-AMF ve UE-SMF protokol yığınları
UE-AMF ve UE-SMF kontrol düzlemi iletişimleri aşağıdaki protokolleri içerir:
- Non-access-stratum (NAS) mobilite yönetimi (NAS-MM) protokolü UE kaydı, bağlantı yönetimi, aktivasyon ve deaktivasyonu sağlar.
- NAS oturum yönetimi (NAS-SM) protokolü UE ve SMF arasındaki oturumları yönetir.
- Akış kontrol iletim protokolü (SCTP), sinyal mesajlarının internet protokolü üzerinden iletilmesini garanti eder.
Fiziksel olarak, bu NAS bilgileri her zaman UE-RAN radyo kanalları üzerinden değiş tokuş edilir. Ancak, mantıksal açıdan bakıldığında, UE ile AMF veya SMF arasında doğrudan bir bilgi alışverişi olarak düşünülebilir.
Çekirdek protokol yığınları
Çekirdek protokollerden biri, RAN ile Çekirdek ağ arasındaki NG arayüzünün bir parçasıdır ve aslında RAN ile AMF arasındaki N2 ve RAN ile kullanıcı düzlemi işlevi (UPF) arasındaki N3 gibi birden fazla arayüzden oluşur. Diğer tüm bileşenler de çeşitli arayüzler tarafından yönetilir.
5G protokol testi uyumluluk ve birlikte çalışabilirliği nasıl sağlar?
Mevcut ağ altyapısıyla uyumluluk, ağ operatörlerinin yanı sıra cihaz üreticilerinin de temel hedefidir. Aşağıdaki özellikler 5G protokol testi ile sağlanır:
Dünya genelindeki radyo düzenlemelerine uygunluk: Test, cihazların, yonga setlerinin ve ağ ekipmanlarının her bölgedeki düzenleyiciler tarafından belirlenen frekans bantlarına ve modülasyon gereksinimlerine uygunluğunun doğrulanmasını sağlar.
Ağ operatörlerinin mevcut altyapısı ile uyumluluk: Her operatör, yeni 5G ekipmanının mevcut tüm ağ altyapılarıyla uyumlu olduğunu doğrulamak için belirli kabul kriterleri belirler. 5G protokol testinin önemli bir hedefi, bu kriterleri otomasyon yoluyla her ağ değişikliğinden sonra çalıştırılabilecek test planları olarak kullanılabilir hale getirmektir.
Yeni radyo teknolojileri için güvence: Hüzmeleme ve masif MIMO yeni ve karmaşıktır ancak 5G'nin gelişmiş performansı ve ölçeklenebilirliği için de gereklidir. Tüm olası konfigürasyonlarını doğrulamak için 5G protokol testi, radyo arayüzünün (fiziksel katman) çok sayıda değişken parametre ile yapılandırılmasını ve 5G cihazlarının ve ekipmanlarının kablosuz (OTA) teste tabi tutulmasını sağlar.
5G protokol testleri ağ güvenilirliği ve performansına nasıl katkıda bulunur?
Uygunluk ve performans doğrulaması, aşağıdaki şekillerde 5G protokol testinin temel aşamalarıdır:
- Radyo frekansını ve kaynak yönetimini doğrulayın: RF ve RRM uygunluk testleri, cihazların ve ağ ekipmanlarının her türlü yük ve çevresel koşul altında birbirleriyle güvenilir bir şekilde çalışmasını sağlar.
- Daha düşük gecikme süresi sağlayın: Ultra güvenilir düşük gecikmeli iletişim, 5G'nin temel hedeflerinden biridir ve RedCap (5G-Lite) protokol testinin bir parçası olarak test edilir.
- QoS gereksinimlerini karşılayın: QoS akışları ve SDAP gibi ilgili protokoller 5G protokol testinin bir parçası olarak doğrulanır.
- Çekirdek ağı test edin: Taşıyıcı sınıfı performans, sürdürülebilir veri hızları ve kesintisiz mobilite, çekirdek ağ işlevleri tarafından kullanılan arayüzlerin ve protokollerin test edilmesinin bir parçası olarak kontrol edilir.
- Karasal olmayan bileşenleri doğrulayın: Uzak yerlerde ve afetler sırasında güvenilir bağlantı için 5G protokol testi, karasal olmayan bileşenleri ve bunların arayüzlerini doğrular.
5G protokol testlerinde yaygın olarak karşılaşılan zorluklar nelerdir?
5G protokol testlerinde sık karşılaşılan bazı zorluklar şunlardır:
- Standartlara ayak uydurmak: 5G teknolojisinin ilerleme hızı, cihaz ve ekipman üreticilerinin yanı sıra ağ operatörlerinin de en son 3GPP 5G standartlarına sürekli olarak uymalarını ve Global Sertifikasyon Forumu gibi kuruluşların sertifika gereksinimlerini karşılamalarını gerektirmektedir.
- OTA davranışlarının test edilmesi: Özellikle milimetre dalga bantlarında hüzmeleme ve masif MIMO'nun değişen koşullar altında OTA testi karmaşık bir süreçtir.
- Karasal olmayan ağların (NTN'ler) simülasyonu: Uydu ve insansız hava platformlarının simülasyonu zor olabilir.
- Taşıyıcı kabulü için yeterlilik: Taşıyıcı kabul testi, ağ operatörlerinin spesifikasyonlarına dayalı ek protokol test durumlarını, performans testlerini ve uygulama testlerini içerir.
5G protokol testinde güvenlik hususları nasıl ele alınır?
5G protokol testi, ağ ve veri güvenliği yönlerinin doğrulanmasını içerir. Daha spesifik olarak, aşağıdakileri içerir:
- Kimlik doğrulama testleri: Kötü niyetli aktörleri önlemek için, UE'nin RAN ile ve çeşitli işlevlerin çekirdek işlevlerle kimlik doğrulaması 5G protokol testlerinin bir parçasıdır.
- Güvenlik güvencesi: 3GPP 5G güvenlik güvencesi spesifikasyon uyumluluğu, AMF, SMF ve diğerleri gibi ağ işlevlerinin güvenliğini kapsayan önceden tanımlanmış test paketlerinin çalıştırılmasını içerir.
- Bulut güvenliği doğrulaması: 5G, bulut RAN (C-RAN) ve açık RAN (O-RAN) gibi işlevlerin normal bulut hizmetlerine dağıtılabildiği birçok ağ mimarisini destekler. Bu nedenle, 5G protokol testi, kimlik doğrulama, erişim kontrolü, veri şifreleme ve sanal ağlar gibi bulut güvenliği ve yazılım tanımlı ağ (SDN) yönlerini ele almalıdır.
5G protokollerinin güvenilirliğini değerlendirmek için hangi test metodolojileri kullanılıyor?
Şekil 3. Keysight Protocol R&D Toolset'te bir hücrenin yapılandırılması
Test metodolojileri şunları içerir:
- Hüzmeleme ve MIMO gibi radyo erişim teknolojilerini doğrulamak için OTA testi
- 5G ağının işlevlerini taklit etmek için simülatörler
- Çok sayıda gerçek dünya durumunu kolayca oluşturmak için GUI tabanlı test ve senaryo planlama yazılımı
- Karmaşık senaryoları test etmek için ağın çeşitli bileşenlerini ve işlevlerini düzenleyebilen yeniden kullanılabilir test komut dosyaları
- Sürekli testler sırasında ağ işlevlerinin davranışlarını kaydetmek için test otomasyonu, veri kaydı ve günlük analizi
5G protokolü testleri için Keysight çözümleri
Şekil 4. Keysight S8705A 5G RF/RRM DVT ve uygunluk araç setinde test kampanyası sonuçları
Keysight, 5G protokol testi ve sorun giderme için güçlü çözümler sunuyor:
- S8701A protokol Ar-Ge araç seti, yonga setleri ve cihazlar için 5G NR ve LTE sinyalleşme protokollerini doğrulayan testler geliştirmek ve yürütmek için kullanımı kolay bir ortam sağlar.
- S8702A RFautomation araç seti, 3GPP tarafından tanımlanan test spesifikasyonlarına dayalı olarak 5G NR, LTE, NTN ve C-V2X için otomatik ve hız optimizasyonlu RF verici ve alıcı testleri sağlar.
- S8704A 5G protokol uygunluk araç seti, 3GPP tanımlı protokol, IMS, konum tabanlı hizmetler ve 5G, LTE ve C-V2X için diğer uygunluk test durumlarının kapsamlı kapsamını sağlar.
- S8705A 5G RF/RRM tasarım doğrulama testi ve uygunluk araç seti, RF ve RRM 3GPP test spesifikasyonlarını kapsamlı bir şekilde kapsar. Bunlar, 5G ve C-V2X özelliklerinin tasarımı, uygunluğu ve düzenleyici testleri için gereklidir.
- S8706A protokol taşıyıcı kabul araç seti, büyük mobil operatörlerin test gereksinimlerine göre kapsamlı mobil cihaz değerlendirmesi sağlar.
- S8707A RF/RRM taşıyıcı kabul araç seti, dünyanın önde gelen mobil ağ operatörlerinin 5G RF ve RRM test planlarının kapsamlı bir şekilde ele alınmasını sağlar.
Ayrıca, daha yüksek bir soyutlama seviyesinde 5G ağ testi için çözümler de mevcuttur.
Keysight ile 5G protokol testlerinizi kolaylaştırın
Bu makalede, 5G protokol testi için çeşitli yönleri, yöntemleri ve araçları ele aldık.
5G cihazlarınızı ve ekipmanlarınızı test etme konusunda uzman rehberliği için bizimle iletişime geçebilirsiniz.
