Βιβλιογραφική μελέτη και εφαρμογή εργαλείων προσομοίωσης δικτυακής κίνησης σε 5G δίκτυα

Abstract

Η ραγδαία εξάπλωση των δικτύων κινητής τηλεφωνίας πέμπτης γενιάς (5G) συνοδεύεται από αυξανόμενες απαιτήσεις σε επίπεδο επιδόσεων, αξιοπιστίας, ασφάλειας και προσαρμοστικότητας, αναδεικνύοντας τη σημασία της ύπαρξης εξελιγμένων εργαλείων δημιουργίας και προσομοίωσης δικτυακής κίνησης για σκοπούς αξιολόγησης και ανάλυσης. Στο πλαίσιο της παρούσας διατριβής, πραγματοποιείται εκτεταμένη βιβλιογραφική έρευνα γύρω από την εξέλιξη των τεχνολογιών που συνθέτουν τον χώρο της παραγωγής δικτυακής κίνησης, με έμφαση στο περιβάλλον των 5G αρχιτεκτονικών. Η ανάλυση περιλαμβάνει θεμελιώδεις αρχές του 5G (όπως οι κατηγορίες eMBB, URLLC, mMTC), καθώς και τις προκλήσεις που αυτές εισάγουν στη δημιουργία ρεαλιστικών σεναρίων δικτύωσης. Ακολούθως, γίνεται προσδιορισμός και ανάλυση των κυριότερων εργαλείων και τεχνολογιών που είναι διαθέσιμα για την παραγωγή, ανάλυση και αξιολόγηση κίνησης σε σύγχρονα δίκτυα. Τα εργαλεία αυτά περιλαμβάνουν open-source πλατφόρμες όπως Open5GS, UERANSIM, srsRAN, καθώς και traffic generators και analyzers όπως TRex, Iperf3, D-ITG, Scapy και Wireshark. Για την αντικειμενική σύγκριση των εργαλείων, αναπτύχθηκε μια πολυκριτηριακή ανάλυση αποφάσεων (MCDA), με χρήση δέκα τεχνικών και ποιοτικών κριτηρίων, όπως η ικανότητα δημιουργίας 5G κίνησης, η υποστήριξη ασφάλειας, η δυνατότητα εικονικοποίησης και η τεκμηρίωση. Μέσω της ανάλυσης αυτής, επιλέχθηκε ο συνδυασμός του Open5GS (ως πυρήνας 5G) και του UERANSIM (ως προσομοιωτή UE/gNB) ως η πλέον κατάλληλη λύση για τη δημιουργία μίας πλήρως λειτουργικής δοκιμαστικής πλατφόρμας (testbed). Η επιλογή αυτή επιβεβαιώθηκε και πειραματικά μέσω της υλοποίησης ενός proof of concept σε περιβάλλον εικονικής μηχανής (VM). Στο πλαίσιο των πειραμάτων, υλοποιήθηκαν σενάρια κανονικής και κακόβουλης κίνησης – μεταξύ αυτών HTTP και UDP floods – με στόχο την παρακολούθηση της συμπεριφοράς του δικτύου και τη δυνατότητα χρήσης του testbed για μελλοντική ενσωμάτωση μηχανισμών ασφαλείας, όπως συστήματα ανίχνευσης και πρόληψης εισβολών (IDS/IPS). Τα αποτελέσματα απέδειξαν τη λειτουργικότητα και την προσαρμοστικότητα της πλατφόρμας, ενώ η μεθοδολογία της διατριβής προσφέρει σημαντική προστιθέμενη αξία ως ακαδημαϊκό υπόβαθρο για μελλοντικές εφαρμογές σε δοκιμές και έρευνα σχετικές με την ασφάλεια και την απόδοση δικτύων 5G.