Implementation and evaluation of 5G network slicing and URSP in a physical test environment

Thumbnail Image

Files

master_Kostiainen_Riina_2025.pdf (1.9 MB)

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

School of Electrical Engineering | Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.

Authors

Date

2025-05-21

Department

Major/Subject

Communications Engineering

Mcode

Degree programme

Master's Programme in Computer, Communication and Information Sciences

Language

en

Pages

42

Series

Abstract

As mobile technologies advance and the number of connected devices increases, communication networks must continuously evolve. To meet the needs of mobile technologies 5G network introduces a new enhanced core and RAN architecture. A key innovation this new architecture enables is network slicing, which allows the network to be divided into virtual slices, each optimized for specific use cases such as autonomous driving, UL or DL prioritization, ultra-low latency applications, or security-prioritized communications. Another key innovation is the User Equipment Route Selection Policy (URSP), which enables users to subscribe to specific network slices based on their needs, providing enhanced connectivity for applications such as secure work profiles or high-speed gaming. These new 5G technologies improve the overall data speed and delay and provide new use cases in automation and factories with ultra-reliability and consistency in the network. This thesis plans and implements a new gNB configuration file to Nokia's physical 5G test environment. The reason for creating a new gNB configuration file is to implement network slicing and standardize the configuration file architecture among the Nokia FiVe test network. The new configuration is tested with a few special slices, including URSP technology and Nokia 5G 360 camera use cases, where the benefits of sliced network architecture are shown. In both measurement cases with special slices, we compared the device capabilities in the network between the default slice and the special slice dedicated to the device data traffic. In the measurements, we see a clear difference between the default slice and low latency slice performance when using the Nokia 5G 360 camera as a testing device. With the URSP test, we can see a clear difference in DL throughput values between two applications in the same UE. The application dedicated to a special slice got a consistent network connection, while the application in the default slice got a lot of variance in the throughput.

Mobiililaitteiden kehittyessä ja niiden määrän kasvaessa, ne asettavat uusia vaatimuksia tietoliikenneverkoille. Jotta tietoliikeneverkot pystyisivät mukautumaan näihin uusiin vaatimuksiin, 5G verkon suunnittelu uudenlaisella ydinverkon ja radioliityntäverkon rakenteella oli välttämätöntä. Lisäksi 5G verkon tärkeä ominaisuus on kyky olla yhteydessä 4G verkkoon, sekä olla yhdistettävissä tulevaisuuden verkkoteknologioihin. 5G verkon taroitus ei ole enään vain parantaa kokonaisvaltaista latausnopeutta tai latenssia vaan tarjota myös monipuolisempia käyttötarkoituksia esimerkiksi teollisuuteen sekä automaation. Tärkein teknologia minkä käyttöä 5G verkko on edistänyt on verkon viipalointi (Network Slicing). Verkon viipalointi tarjoaa mahdollisuuden jakaa yksi fyysinen verkko useaan virtualiseen verkkoon. Nämä virtuaaliset verkot voidaan optimoida eri käyttötarkoituksiin, kuten erittäin pienen viiveen sovelluksiin tai korkean tietoturvan viestintään. Yksi uusista teknologioista mitä 5G verkko tarjoaa on sovelluskohtainen verkon viipalointi (User Equipment Route Selection Policy (URSP)) -teknologia, minkä avulla tietyn sovelluksen verkkoyhteys voidaan ohjata eri verkon viipaleen kautta. Tällaista voidaan esimerkiksi hyödyntää puhelimen työprofiilin sovellusten verkkoyhteyden takaamiseen ruuhkaisissa tilanteissa, kuten messuilla tai festivaaleilla. Tässä diplomityössä tarkastellaan mitkä tekijät mahdollistavat verkon viipaloinnin 5G verkossa, kuinka voimme konfiguroida verkkoviipaleita Nokian testiverkkoon, sekä tuoda esiin verkon viipaloinnin hyödyt loppukäyttäjälle. Työssä itsessään on suunniteltu ja implementoitu 23 uutta verkon viipaletta Nokian testiverkkoon. Lisäksi verkon viipaloinnin hyödyt esitetään kahdella eri testillä missä käytetään kahta uutta viipaletta. Nämä viipaleet on suunniteltu alhaisen viiveen verkkoliikenteelle sekä URSP teknologian hyödyntämiseen. Molemmissa kokeissa vertasimme laitteiden kykyä toimia verkossa yleisessä viipaleessa verrattuna laitteelle suunniteltuun viipaleesee. Yleisellä viipaleella tarkoitetaan sitä missä kaikki taustakäyttäjät ovat viemässä verkon resursseja. Näimme selvän hyödyn käyttäessämme Nokian 5G 360 kameraa reaaliaikaisessa videon suoratoistossa alhaisen viiveen viipaleessa, jolloin videon laatu pysyi hyvänä. Kun taas yleisessä viipaleessa ollessa videon laatu meni sumeaksi. URSP teknologiaa hyödyntäessä ruuhkaisessa verkossa näimme, että applikaatio mikä oli tarkoitettu työprofiilille, sai paljon vakaamman verkkoyhteyden kuin henkilökohtaisen profiilin applikaatio. Tässä testissä työprofiilin verkkoliikenne ohjattiin kulkemaan oman verkkoviipaleen kautta, kun taas henkilökohtaisen profiilin verkkoliikenne kulki yleisen viipaleen kautta missä myös taustakäyttäjät olivat ruuhkauttamassa verkkoa. Tuloksista pystyimme toteamaan, että verkon viipaloinnista on hyötyä loppukäyttäjälle. On kuitenkin tärkeää silti huomioida, että verkon konfigurointi tulee tehdä huolella, jotta kaikki verkon viipaleet jakavat resurssinsa tasaisesti.

Description

Supervisor

Premsankar, Gopika

Thesis advisor

Kruus, Jesse

Keywords

network slicing, URSP, 5G, Nokia, 5G core network, UE routing selection policy

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-202506174881

Collections

[dipl] Sähkötekniikan korkeakoulu / ELEC