Aalto5G-verkon peittävyyden ja laadun visualisointi

Abstract

Mobiiliverkkojen tuoreinta tekniikkaa ovat viidennen sukupolven verkot (5G, 5th Generation). 5G:n päätavoitteina on tarjota liikkumisen vapautta luotettavammin, useammalle, nopeammin ja pienemmällä viiveellä. 5G:n käyttöönoton yhteydessä yhdistetään olemassa olevaa neljännen sukupolven (4G, 4th Generation) Long Term Evolution (LTE) -infrastruktuuria tavalla, jota ei käytetty esimerkiksi kolmannen ja neljännen sukupolven verkkoteknologioiden välillä. Lisäksi 5G:ssä tulee uusi radiotekniikka (NR, New Radio), joka mahdollistaa korkeampien radiotaajuusalueiden käytön. Korkeammat radiotaajuudet vaimenevat kuitenkin ilmassa nopeammin, minkä vuoksi 5G NR-radion peittävyyden oletetaan olevan LTE-radiota heikompi.

Aalto-yliopiston Otaniemen kampuksella on 5G-testiverkko Aalto5G. Aalto5G-testiverkon peittävyydestä tai sen nopeudesta ei ole kattavaa kuvaa. Verkon peittävyyttä ja suorituskykyä voidaan tutkia passiivisesti luettavien radioarvojen ja kontekstuaalisten tietojen avulla sekä mittauksilla.

Aalto5G-testiverkosta kerätään joukkoistetusti mittauksia Android-sovellus Netradarilla. Netradar hyödyntää hybridimittaustekniikkaa, joka yhdistää passiiviset ja aktiiviset mittaukset tavalla, jolla saadaan tarkkoja mittaustuloksia ilman synteettisten aktiivisten mittausten haittapuolia.

Tässä työssä toteutetaan ja esitellään Aalto5G-testiverkkoa varten kehitetty ja Netradarin mittausaineistoa hyödyntävä työkalu mobiiliverkon peittävyyden ja laadun arvioimisen avuksi. Kehitetty Radiomap-työkalu koostuu käyttöliittymästä ja taustajärjestelmästä. Kommunikointi käyttöliittymän ja taustajärjestelmän välillä tapahtuu sovellusrajapinnan kautta. Käyttöliittymä on toteutettu yhden sivun sovelluksena käyttäen React ja Leaflet -JavaScript-kirjastoja. Taustajärjestelmä on toteutettu Nodella ja sovellusrajapinta käyttää GraphQL-kyselykieltä.

Työkalua varten Netradarin Aalto5G-mittausaineisto siivotaan kelpaamattomien mittausten osalta ja indeksoidaan taustajärjestelmässä visualisointia varten. Aineisto visualisoidaan lopulta käyttöliittymässä hakemalla ensin aineisto sovellusrajapinnasta.

Radiomap-työkalua käytettiin Aalto5G-verkon peittävyyden ja suorituskyvyn arvioimiseen. Kerätyn aineiston perusteella Aalto5G-verkon suorituskyky ei saavuta 5G:ltä odotettuja nopeuksia. Verkon 5G NR-radion peittävyys havaittiin LTE-radiota heikommaksi, mikä oli odotettavissa.

Fifth generation (5G) mobile networks are the latest technology in mobile networking. The main goals of 5G are to provide freedom of movement more reliably, to more users, faster, and with lower latencies than ever before. 5G deployment utilizes a new operational mode, which enables the combined use of the previous, fourth generation (4G) Long Term Evolution (LTE) infrastructure, with the new 5G infrastructure. In addition, 5G utilizes New Radio (NR), which enables the use of higher frequency ranges compared to previous generations. Higher frequencies attenuate faster in the atmosphere, which results in worse expected network coverage.

Aalto University has a 5G test network Aalto5G that is located on the Otaniemi campus. There is no clear picture of the network coverage and performance of Aalto5G. The coverage and performance of a mobile network can be studied by reading radio measurements and contextual information from a device. In addition, it is also possible to make other measurements.

The measuring of Aalto5G network has been crowdsourced. The measurements are done with the Android app Netradar. Netradar utilizes hybrid measurement technique, which combines passive and active performance measurements in a way that yields accurate results without the usual cons of synthetic benchmarks.

This thesis implements and presents a tool for visualizing the coverage and performance of mobile networks. The tool visualizes the coverage and performance of the Aalto5G test network, making use of the crowdsourced measurements collected by Netradar. The developed tool, Radiomap, consists of a web-client and a server. Communication between the client and the server happens through an application interface. The single-page-app client utilizes React and Leaflet JavaScript libraries. The server is built on top of Node and the application interface uses GraphQL.

The crowd-sourced data is first cleaned of unusable records and then indexed in the back-end to support the visualization. Finally, the data is visualized in the web-client after fetching the data from the application interface.

The Radiomap tool was used to evaluate the coverage and performance of the Aalto5G test network. The collected data indicates that Aalto5G does not reach the performance levels expected from a 5G network. In addition, the 5G NR coverage was found to be worse than the LTE coverage, which was expected.