Scalable IoT traffic generation system using LTE network

Abstract

The number of networked devices will grow exponentially in the coming years. It is estimated that up to 50 billion devices will be connected to the internet by 2020 and most of the growth comes from Internet of Things (IoT). Along with growth, new IoT devices will use network in more diverse ways and new specialized networking technologies are needed to fulfill new requirements.

Future networks are running more and more in programmable cloud environments which enable scalable provision of connections to new diverse devices and users. Though there are good estimations about the future, the practical solutions and standards are open.

This thesis will implement a tool called LoadGenerator to model large future networks. LoadGenerator uses LTE network emulation software, thus it can create an emulated 3GPP compatible network which can be connected to external LTE entities. LoadGenerator scales horizontally in cloud environment and a large scale cellular IoT network is presented as a case study. This proves that cloud environments can be used to run large scale network emulations with decent performance.

The modeling of future networks produces information which can be used in today's development work. Practical tests with a real size emulated network gives the possibility to try out new technologies which could solve the future problems. To test new scalable products, scalable testing methods are needed.

Telecommunications is developing fast and there are new technologies to keep eye on so that updated research information is available. Technologies, like IoT and cloud, are driving the development towards more programmable world. To assist with the change, this thesis presents network emulation as a tool, which combines the best features from software and hardware for more realistic testing also in large scale.

Verkotettujen laitteiden lukumäärä tulee kasvamaan räjähdysmäisesti tulevina vuosina. On arvioitu, että jopa 50 miljardia laitetta on yhdistettynä internetiin vuonna 2020 ja suurin osa kasvusta tulee esineiden internetistä (IoT). Kasvun lisäksi uudet IoT-laitteet käyttävät verkkoja hyvin moninaisiin tarkoituksiin, jolloin tarvitaan myös uusia erikoistuneita verkkotekniikoita vastaamaan muuttuneita tarpeita.

Tulevaisuuden verkot toimivat yhä enemmän ohjelmoitavissa pilviympäristöissä, mikä antaa mahdollisuuden tuottaa yhteydet kasvavalle ja moninaistuvalle käyttäjäkunnalle. Tulevaisuudesta siis tiedetään melko paljon, mutta käytännön ratkaisuja ei ole vielä toteutettu eikä standardoitu.

Tässä diplomityössä toteutetaan kuormageneraattori, LoadGenerator, jota käytetään tulevaisuuden verkkojen mallintamiseen. LoadGenerator hyödyntää LTE-verkkoemulaattoria 3GPP-yhteensopivan verkon tai sen osan luomiseen, ja se voidaan kytkeä ulkoisiin LTE-elementteihin. Kuormageneraattori skaalautuu horisontaalisesti pilviympäristössä ja esimerkkinä mallinnetaan matkapuhelinverkkoa sekä suurta määrää IoT-laitteita. Tämä osoittaa, että pilvessä on mahdollista suorittaa suuria verkkoemulaatioita kohtuullisella suorituskyvyllä.

Tulevaisuuden verkkojen mallintaminen tuottaa tietoa, jota voidaan hyödyntää tämän päivän kehitystyössä. Käytännön kokeilut aidon kokoisessa emuloidussa verkossa antavat mahdollisuuden testata uusia tekniikoita, joilla tulevaisuuden ongelmia pyritään ratkaisemaan. Uusien skaalautuvien tuotteiden testaamiseen tarvitaan skaalautuvia testausmenetelmiä.

Tietoliikenteen kehitys on nopeaa ja kehitystä on seurattava, jotta uusista teknologioista on saatavilla ajantasaista tietoa. Uudet teknologiat, kuten IoT ja pilvet, muuttavat maailmaa entistä enemmän ohjelmoitavaksi. Muutoksen tukemiseksi tämä diplomityö esittelee verkkoemulaation työkaluna, joka yhdistää ohjelmistojen ja laitteiden parhaat puolet mahdollistaen realistisemman testaamisen myös isossa mittakaavassa.