Monitorización y estudio de redes celulares en explotación a través de dispositivos USRP

Abstract

La tecnología LTE se implementó comercialmente por primera vez a finales de 2009. Desde entonces, el número de redes comerciales ha ido creciendo considerablemente en todo el mundo hasta convertirse en la tecnología celular predominante para el envío de datos. Al igual que otras tecnologías celulares, LTE requiere del desarrollo de mejoras que permitan dar soporte a la creciente demanda de datos y densidad de dispositivos. A diferencia de lo que ocurre con otro tipo de tecnologías, tales como WiFi, las implementaciones de tecnologías celulares han estado tradicionalmente disponibles solo para fabricantes, mientras que la comunidad investigadora ha tenido que hacer uso de otras técnicas para estudiar estas tecnologías. La solución más extendida para el estudio de tecnologías celulares ha sido la simulación, en sus diferentes vertientes (nivel de enlace, sistema y simulación de redes). En estos casos, aunque su aproximación, según la solución seleccionada, pudiera llegar a ser realista, nunca se podría llegar a reproducir con exactitud un entorno real. Recientemente, el desarrollo de soluciones Software Defined Radio (SDR) ha permitido disponer de implementaciones de tecnologías celulares capaces de interactuar con redes reales. En concreto, en este trabajo se ha hecho uso de una solución SDR para monitorizar un canal de control LTE haciendo uso de dispositivos comerciales (USRP) y, ya que dicha información es trasmitida en claro, permite realizar un análisis de la red LTE, así como alcanzar una mejor catarterización y comprensión de esta tecnología. Para llevar a cabo tal efecto, se han realizado dos monitorizaciones en distintos escenarios (urbano y suburbano) con diversas condiciones propias del emplazamiento (dispositivos activos, infraestructura, etc.), y se han realizado mediciones tanto en el enlace ascendente como descendente, proporcionando información del nivel de uso de la red, tal como la distribución de la carga de una celda a lo largo de la semana o las conexiones de tráfico que se realizan cada día. Asimismo, dado que la solución SDR permite implementar tanto una estación base como un dispositivo de usuario, se ha evaluado la posibilidad de desplegar un sistema completo con la solución SDR seleccionada.

The LTE technology was commercially introduced for the first time at the end of 2009. From then on, the number of commercial networks has been growing around the world to become the predominant cellular technology for data transmission. As other cellular tech- nologies, LTE requires the development of improvements to support the growing demand for data and devices density. As opposed to happen with other types of technologies, such as WiFi, implementations of cellular technologies have traditionally been available only to operators, while the research community has had to use other techniques to study these technologies. The most spread out solution for the study of cellular technologies has been simulation, in different aspects (link level, system and network simulation). In these cases, although their approximations, according to the selected solution, could become realistic, a real environment could never be accuretly reproduced. Recently, the development of Software Defined Radio (SDR) has allowed implementations of cellular technologies capable of interacting with real networks. Specifically, in this project a SDR solution has been used to monitor a LTE control channel by commercial devices (USRP) and how this information is transmitted unencrypted, allowing the analysis of the LTE network. In order to carry out this effect, two monitoring sessions have been conducted in different scenes (urban and suburban) with various conditions from the environment (active devices, infrastructure, etc.), and the uplink and downlink have been analysed, providing information about the level of use of the network, such as the distribution of the load of a cell throughout the week or the traffic connections that are made every day. Also, how the SDR solution allows to implement a base station and a user device, it has been evaluated the possibility of deploying a complete system with the selected SDR solution.