今回は、以下のOAIのソフトウェアを使って、試験環境を構築します。
https://gitlab.eurecom.fr/oai/openairinterface5g
このソフトウェアは、CIのために、様々な構成を使って試験ができる環境が用意されています。今回は、例としてCU/DUを分離した5Gシステムを構築できる以下の構成を使って、実験環境を構築します。
https://gitlab.eurecom.fr/oai/openairinterface5g/-/tree/develop/ci-scripts/yaml_files/5g_f1_rfsimulator
上記は以下の5g_rfsimulatorがベースになっています。この実験環境はUEからDUの無線区間はrfsimulatorというシミュレータを使って模擬することで、UEから外部ネットワークまでのEnd to Endの通信を模擬することができます。具体的な実行方法の説明は以下にありますので、これを参考にして、上記の環境を動かしていきます。
https://gitlab.eurecom.fr/oai/openairinterface5g/-/tree/develop/ci-scripts/yaml_files/5g_rfsimulator
今回、構築する試験環境は以下のdocker-compose.yamlにて定義されています。
https://gitlab.eurecom.fr/oai/openairinterface5g/-/blob/develop/ci-scripts/yaml_files/5g_f1_rfsimulator/docker-compose.yaml
この定義を図にすると以下になります。このようなネットワークの実験環境を構築してみたいと思います。

図1 構築する5Gネットワークのテスト環境

今回用意した仮想マシンのスペックは以下です。

• OS: Ubuntu 20.04
• CPU：16コア
• メモリ：8GB
• ストレージ：64GB （環境構築後は7GB程度を消費）

仮想マシンにはあらかじめ、docker-ceとdocker-composeをインストールします。注意点ですが、新しいバージョンのdocker-composeではOAIの環境が動作しません。今回の環境では1.27.4のバージョンのdocker-composeを使用しました。

OAIのソースコードをクローンします。

git clone https://gitlab.eurecom.fr/oai/openairinterface5g.git

クローンしたソースコードの以下の場所に移動します。

cd ./openairinterface5g/ci-scripts/yaml_files/5g_f1_rfsimulator

このディレクトリにあるdocker-compose.yamlに、構築する全てのソフトウェアの定義が記載されています。ただし、"docker-compose up -d"の一つのコマンドで環境を起動することはサポートされていません。以下のように、ステップを踏んで、順番にソフトウェアを起動します。

docker-compose up -d mysql oai-nrf oai-amf oai-smf oai-spgwu oai-ext-dn
docker-compose up -d oai-cu
docker-compose up -d oai-du
docker-compose up -d oai-nr-ue

上記のコマンドを実行すると、必要なdokcerイメージがダウンロードされていない場合は、それらのイメージをダウンロードすることも自動で実施されます。上記のコマンドを実行すると、最終的には以下のようにdockerイメージがダウンロードされます。

$ docker images
REPOSITORY                           TAG       IMAGE ID       CREATED        SIZE
oaisoftwarealliance/oai-nr-ue        develop   fd4575f44c6a   3 days ago     542MB
oaisoftwarealliance/oai-gnb          develop   21c5ab35fe31   3 days ago     720MB
mysql                                8.0       91b53e2624b4   12 days ago    565MB
oaisoftwarealliance/trf-gen-cn5g     focal     2f53b8349504   4 months ago   246MB
oaisoftwarealliance/oai-smf          v1.5.0    c4e57c5f5f24   5 months ago   137MB
oaisoftwarealliance/oai-amf          v1.5.0    02b4144bafb4   5 months ago   144MB
oaisoftwarealliance/oai-nrf          v1.5.0    ecd320f67e16   5 months ago   134MB
oaisoftwarealliance/oai-spgwu-tiny   v1.5.0    4a507079626f   5 months ago   118MB

また、起動するdockerコンテナは以下のようになります。

$ docker ps
CONTAINER ID   IMAGE                                       COMMAND                  CREATED          STATUS                    PORTS                          NAMES
763769781e9f   oaisoftwarealliance/oai-nr-ue:develop       "/opt/oai-nr-ue/bin/…"   6 minutes ago    Up 6 minutes (healthy)                                   rfsim5g-oai-nr-ue
449bb7092657   oaisoftwarealliance/oai-gnb:develop         "/opt/oai-gnb/bin/en…"   11 minutes ago   Up 11 minutes (healthy)                                  rfsim5g-oai-du
250233887e9b   oaisoftwarealliance/oai-gnb:develop         "/opt/oai-gnb/bin/en…"   11 minutes ago   Up 11 minutes (healthy)                                  rfsim5g-oai-cu
4808d04411f1   oaisoftwarealliance/trf-gen-cn5g:focal      "/bin/bash -c ' ipta…"   15 minutes ago   Up 15 minutes (healthy)                                  rfsim5g-oai-ext-dn
09c16e73bf27   oaisoftwarealliance/oai-spgwu-tiny:v1.5.0   "python3 /openair-sp…"   15 minutes ago   Up 15 minutes (healthy)   2152/udp, 8805/udp             rfsim5g-oai-spgwu
633d32ccb235   oaisoftwarealliance/oai-smf:v1.5.0          "python3 /openair-sm…"   15 minutes ago   Up 15 minutes (healthy)   80/tcp, 8080/tcp, 8805/udp     rfsim5g-oai-smf
2cc85d196c19   oaisoftwarealliance/oai-amf:v1.5.0          "python3 /openair-am…"   15 minutes ago   Up 15 minutes (healthy)   80/tcp, 9090/tcp, 38412/sctp   rfsim5g-oai-amf
f2d6cc28c264   mysql:8.0                                   "docker-entrypoint.s…"   15 minutes ago   Up 15 minutes (healthy)   3306/tcp, 33060/tcp            rfsim5g-mysql
b03385fdb5fc   oaisoftwarealliance/oai-nrf:v1.5.0          "python3 /openair-nr…"   15 minutes ago   Up 15 minutes (healthy)   80/tcp, 9090/tcp               rfsim5g-oai-nrf

この記事では割愛しますが、"docker logs -f "を実行すれば、各コンテナのコンソールログを見ることができます。UEのアタッチなど、各イベントにて、各コンテナが実行する処理を、このコンソールログから追うことができます。

全てのコンテナが起動すれば、UEのコンテナから外のネットワークへ通信ができる状態になっています。実際にUEコンテナに入って、外部への通信ができるか確認します。以下のコマンドで、UEのコンテナに入ります。

docker exec -ti rfsim5g-oai-nr-ue bash

UEコンテナの中でip adコマンドを実行すると、oaitun_ue1というインタフェースができていることを確認できます。このインタフェースに、5Gコアから割り当てられたIPアドレス（この例では12.1.1.2）が設定されています。

# ip ad
1: lo:  mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN group default qlen 1000
link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
inet 127.0.0.1/8 scope host lo
valid_lft forever preferred_lft forever
2: oaitun_ue1:  mtu 1500 qdisc fq_codel state UNKNOWN group default qlen 500
link/none
inet 12.1.1.2/24 brd 12.1.1.255 scope global oaitun_ue1
valid_lft forever preferred_lft forever
24: eth0@if25:  mtu 1500 qdisc noqueue state UP group default
link/ether 02:42:c0:a8:47:96 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff link-netnsid 0
inet 192.168.71.150/26 brd 192.168.71.191 scope global eth0
valid_lft forever preferred_lft forever

このoaitun_ue1を使って外部ネットワークにpingを実行すると、以下のように疎通することが確認できます。

# ping -I oaitun_ue1 10.XX.XX.XX
PING 10.XX.XX.XX (10.XX.XX.XX) from 12.1.1.2 oaitun_ue1: 56(84) bytes of data.
64 bytes from 10.XX.XX.XX: icmp_seq=1 ttl=62 time=29.5 ms
64 bytes from 10.XX.XX.XX: icmp_seq=2 ttl=62 time=28.5 ms
64 bytes from 10.XX.XX.XX: icmp_seq=3 ttl=62 time=17.7 ms
64 bytes from 10.XX.XX.XX: icmp_seq=4 ttl=62 time=15.2 ms
64 bytes from 10.XX.XX.XX: icmp_seq=5 ttl=62 time=23.7 ms
64 bytes from 10.XX.XX.XX: icmp_seq=6 ttl=62 time=28.7 ms

このとき、DUからCU、CUからUPFの通信は全てpublic_netの名前が付いたブリッジインタフェースに流れています。ですので、public_netインタフェースに流れるフレームをtcpdumpにてキャプチャすると、pingフレームが以下のようにカプセリングされていることが分かります。

図2 DUからCU方向のカプセル化されたpingフレーム 図3 CUからUPF方向のカプセル化されたpingフレーム