Návrh a ověření metodiky pro testování privátních sítí 5G využívaných v průmyslu

Abstract

Testování síťových parametrů privátních sítí 5G je klíčové pro ověřování stavu sítě a kvality služby, což je důležité především pro provozování kritických aplikacích, kde jejich výpadek může mít neblahé následky. Tato diplomová práce je věnována privátním sítím 5G využívaných v Průmyslu 4.0 a návrhu metodiky pro jejich testování pomocí platformy F-Tester založenou na dokumentu RFC 6349. Metodika popisuje postupy pro zjištění síťových parametrů a chování sítě pro případy, mezi které se řadí testování maximální propustnosti sítě, testování konkurence mezi TCP a UDP toky v síti pomocí vícebodových zátěžových testů, zatěžování sítě konstantními či proměnnými UDP toky a emulování určitého síťového provozu, kterému může být síť běžně v průmyslu vystavována. Navržená metodika je využitelná hlavně pro výkonnostní testování privátních sítí 5G. Ověření této metodiky proběhlo ve společnosti Continental Automotive, která implementuje privátní síť 5G. Jednotlivé testovací scénáře pomocí platformy F-Tester proběhly ve stacionárních bodech a za pohybu. Jsou uvedeny naměřené veličiny v čase jako je propustnost sítě, zpoždění ve smyčce, ztrátovost paketů i signálové parametry a zjištěné jevy jsou diskutovány. Dále bylo zpracováno doporučení pro rozšiřování pokrytí signálem a diferenciaci služeb v průmyslových areálech.

Testing the network parameters of private 5G networks is crucial for verifying the network status and quality of service, which is especially important for running critical applications where their failure can have fatal consequences. This diploma thesis deals with private 5G networks used in Industry 4.0 and the design of a methodology for testing them using the F-Tester platform based on RFC 6349. The methodology describes procedures for determining network parameters and network behaviour for cases that include testing the maximum network throughput, testing competition between TCP and UDP flows in a network using multi-point stress tests, overloading networks with constant or variable UDP flows, and emulating certain network traffic that a network may be exposed to in the industry. The proposed methodology is mainly usable for performance testing of private 5G networks. The validation of this methodology took place at company Continental Automotive which implements a private 5G network. Testing scenarios were performed with stationary and moving F-Testers. Measured network parameters over time, such as network throughput, latency, packet loss rate and signal parameters, are illustrated in figures and the found phenomena are discussed. Next, recommendations for signal coverage expansion and service differentiation in industrial campuses were suggested.