基於 OAI 部署私有的 4G EPS（上）

基於 OAI 部署私有的 4G EPS，做者分爲上下兩部分進行闡述，本文主要分享上部份內容，大綱以下：
硬件設備要求
操做系統要求
All-In-One 部署網絡拓

下部份內容回顧：
部署步驟
前期部署
安裝 OAI-CN
安裝 OAI-RAN

前言

前段時間筆者去北京郵電大學參加了今年冬季的 OpenAirInterface Workshop Fall 2019，收穫頗豐。尤爲是對 Mosaic5G 演示的經過 Ubuntu Snap 來快速部署 OAI All-In-One 實驗環境的方式印象深入。Ubuntu Snap 部署方式的優勢是快速便捷，適合新手入門體驗 OAI，或者非通訊專業人士搭建方案驗證環境。但並不適合 OAI 開發者。本文主要是對 Ubuntu Snap 部署方式進行驗證以及對 4G LTE/EPC 的實踐學習。

注：下文部份內容摘自 PPT 《FlexRAN-Training》

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硬件設備要求

運行平臺

建議在 Intel x86 架構上運行 OAI，由於 DSP（數字信號處理器）須要大量使用到整數指令集（SSE, SSE2, SSS3, SSE4, and AVX2）。OAI 在如下 CPU 型號完成了測試：

Generation 3/4/5/6 Intel Core i5, i7
Generation 2/3/4 Intel Xeon
Intel Atom Rangeley, E38xx, x5-z8300

除了常見的 PC 以外，筆者也看見過有人在 UP Board（Intel Atom x5-Z8350 四核 CPU，4GB RAM，64GB eMMC）上跑。至於樹莓派（Raspberry Pi）是不建議的，首先由於樹莓派採用的是 ARM Cortex-A72 架構 CPU ，而後樹莓派 4 才引入了 USB 3.0，這意味着舊版本的樹莓派並不支持常見的 USRP RF 外設。簡而言之，我的實驗建議使用新一點的 PC。若是想作移動基站的話則能夠考慮 UP Board。

UP Board

Raspberry Pi 4 Model B

RF 外設

總得來講，OAI 同時支持空口外設（硬件外設支持）和系統級仿真（純軟件）兩種部署方式。有條件的話，筆者推薦入手 RF 外設，總體運行狀況相對穩定，也更感性直觀。同時能夠選擇的 RF 外設也不少，例如：USRP 系列或者 LimeSDR。筆者使用了是非官方版本的 USRP B210，便宜好用。

關於 USRP B210 更詳細的介紹，請瀏覽《USRP B210 軟件定義的無線網絡支撐設備》。

USRP B210

LimeSDR

可編程 SIM 卡

在使用 RF 外設部署的場景中也有兩種不一樣的 UE 側部署方式，一種是使用 SIM 卡 + 手機的組合，另外一種則是使用 PC + RF 外設模擬手機的組合。

固然了，除了在調試 UE 側功能實現的場景中，後者則顯得沒有必要了。筆者也使用了前一個部署方式，須要 3 個要素：

可編程的 SIM 卡（白卡）
SIM 卡讀寫設備
SIM 卡編程軟件

白卡推薦使用德國 Sysmocom 產的 sysmoUSIM-SJS1，這種卡在國內是不多見的，能夠上 taobao 或 xianyu 碰碰運氣。須要注意的有兩點，第一是首選新卡，不然 OAI 可能不支持；第二是購買時要確認白卡是具備 ADM key 的。關於 SIM 卡的詳細信息能夠瀏覽《讀寫可編程 SIM/USIM 卡》。不推薦使用常規的移動、聯通、電信卡，實際上筆者也沒有測試過是否可行，但據說是有些問題。

至於 SIM 卡讀寫設備選擇就不少了，筆者選擇的是 Omnikey CardMan 3121 USB CCID Reader，這個是 sysmoUSIM 官方文檔推薦的讀寫設備，taobao 可購。須要注意的是，Omnikey 只是一個讀寫外設，具體的讀寫操做、管理還須要使用到額外 SIM 卡編程軟件，在 Linux 操做系統上推薦使用 pySIM。關於 Omnikey + pySIM 的組合還有一個坑，就是要使用 Ubuntu 18.04，不然可能會碰見因爲驅動缺失致使發現不了 Omnikey 設備的狀況，這個在後文中有詳細記錄。Windows 操做系統能夠考慮 SIM Personalize tools，不過這個工具也比較認白卡，有些新卡可能就只讀不寫了。

UE 終端

上面也提到了 UE 終端可使用手機也可使用 PC 模擬，但如今 OAI 的 UE 仿真很不太穩定，不是一個好的選擇。至於手機的選擇也有講究，要注意手機的 Band（頻段）和 eNB 的 Band 是一致的，不然手機沒法搜索到你的 「網絡運營商」。由於有些國產手機是不支持某些國外 Band 的，好比小米 5 就對國外的 Band7 支持得不完整。若是你選擇了默認的 Band7 來部署 eNB（查看 eNB 配置文件中的配置項 eutra_band，e.g. eutra_band=7），那麼就可能會出現問題。一般大廠的手機沒有這個問題，但若是碰見了不妨檢查一下。

三星 Note8 的頻段

高精度參考時鐘

高精度的參考時鐘是可選的，假如在你試驗的場景中，手機須要在多個 eNB 之間切換，此時纔會須要，手機接入 eNB 會更快。高精度參考時鐘可使用 USRP B210 兼容的 GPS-DO 模塊。若是你沒有使用 USRP B210 也能夠採用 GPS-DO 擴展板 + 板載的晶振模塊（時鐘模塊）+ GPS 天線的組合，利用 GPS 的時間信號來進行時鐘的校準。GPS-DO 比較貴，也可使用外接的 OCXO 恆溫晶振，不須要天線。

USRP B210 專用 GPSGO

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操做系統要求

部署 OAI 的操做系統首選 Ubuntu Linux 發行版，由於 OAI 是在 Ubuntu 上進行開發的，因此這是目前最穩定的部署平臺。筆者使用的是 Ubuntu 16.04 LTS。

NOTE 1：不建議在虛擬機上運行，由於某些虛擬機可能沒有加載須要的 CPU feature。

NOTE 2：不建議在容器上運行，由於 EPC 須要安裝內核模塊。

內核要求

OAI 對內核很是敏感，不少莫名其表的錯誤都是由內核不適應致使的，因此切記檢查內核的版本。筆者使用的是 Ubuntu 16.04 自帶的 Kernel 4.15.0，能夠部署成功但不能就說是沒有更好的選擇了。

安裝 low-latency kernel（低延時內核）：

加載了 GTP 內核模塊（for OAI-CN）：

CPU Frequency scaling

OAI eNB 的實時性（Real-Time Operation）要求很是高，爲了接入更多的 UE，須要進一步壓榨 PC 的性能。CPU 調頻功能容許操做系統經過提升或下降 CPU 的頻率來達到省電目的，這裏咱們將 CPU 的頻率打滿，不讓操做系統本身控制 CPU 的頻率。

在 BIOS 中移除電源管理功能（P-states, C-states）

在 BIOS 中關閉超線程（hyper-threading）

禁用 Intel CPU 的 P-state 驅動（Intel CPU 專用的頻率調節器驅動）

將 intel_powerclamp（Intel 電源管理驅動程序）加入啓動黑名單

關閉 CPU 睿頻

三、All-In-One 部署網絡拓撲