3G-etätukiasema

Abstract

Mobiiliverkkojen tekniikoiden opetus on Satakunnan ammattikorkeakoulun tietoliikenneopetuksen kiinnostavin osa. Opetusympäristön keskipisteenä oleva NGN-laboratorion toiminta herättää kiinnostusta laajalti ja sen esittämiseen tarvitaan liikuteltavaa 3G-tukiasemaa. Matkapuhelinverkkojen kehityksen myötä siirtoyhteydet ovat yhä enenevässä määrin IP-pohjaisia koskien myös tukiasemia. Kaupallisissa toteutuksissa laitteiden välinen kytkentä on joko suoralinkki tai verkko-operaattorin oma IP-verkko, mutta opetuskäytössä on sekä edullista että helposti toteuttavaa käyttää maailman suurinta IP-verkkoa, Internetiä.

Tässä työssä tutkittiin, millä tavalla merkinantosignaali ja käyttäjädata siirtyvät tukiaseman ja radioverkko-ohjaimen välisissä yhteyksissä, jos tiedonsiirrossa käytetään IP-verkkoja. Tunnelointimenetelmä tarjoaa mahdollisuutta yhdistää verkkoja saumattomiksi kokonaisuuksiksi ja sen lisäksi salata tietoliikennettä tietoturvan varmistamiseksi. Ennen varsinaista asennustyötä selvitettiin NGN-laboratorion UMTS-radioverkon laitteiden kytkennän yksityiskohtia. Erityisen tarkasti tutkittiin Savonia ammattikorkeakoulussa sijaitsevan 3G-tukiaseman VPN-yhteyttä, joka on rakennettu NGN-laboratorion pfSense-palvelimen kautta.

Tutkimusten jälkeen päätettiin asentaa VPN-tunneli, pfSense-palvelimien kautta, käyttämällä avoimeen lähdekoodiin perustuvaa openVPN-ohjelmistoa. Valittiin asiakas-palvelinarkkitehtuuri, joka sopii parhaiten siirrettävän etätukiaseman kytkemiseen. Sen symmetrisen salaustekniikka on ns. jaettu avaimen menetelmä, joka käyttää 256-bittisen AES-salausta ja autentikointi tapahtuu 160-bittisen SHA1-tiivistearvon avulla. Testikäytön jälkeen ratkaisu todettiin oikein helppokäyttöiseksi, koska se ei tarvitse mitään käyttäjätunnuksia tai salasanoja tunnelin avaamiseen. Konfiguroinnin jälkeen VPN-tunneli on käytettävissä heti, kun verkkokaapelit kytketty ja pfSense-palvelin käynnistyy.

The teaching of mobile network technologies is the most interesting part of telecommunications studies at Satakunta University of Applied Sciences. The NGN laboratory, which is the focal point of the learning environment, interests many widely and its presentation requires a movable 3G base station. Through the development of mobile networks transport links have become more and more IP based, including base stations. In commercial service the connection between devices is either a direct link or a network operator’s own IP network, but for teaching purposes it is both inexpensive and achievable to use the world’s largest IP network, the Internet.

The way how signalling and traffic are transferred in connections between the base station and the radio network controller in case of IP networks was examined in this thesis. The tunneling protocol makes possible the combining of networks into seamless units and additionally hide telecommunication to ensure information security. Before the actual installation the details of connection of equipment in NGN laboratory’s UMTS radio network were investigated. Special attention was given to the 3G base station’s VPN connection, located at Savonia University of Applied Sciences, which was built through the NGN laboratory’s pfSense server.

After the analysis the decision was made to install a VPN tunnel through the pfSense servers by using the open source based openVPN software. A client server architecture best suited for connecting a transferrable remote base station was chosen. The model’s symmetrical key encryption is the so called shared-key method, which uses a 256-bit AES encryption and authentication takes place with the help of the 160-bit SHA1 cryptographic hash values. After testing the solution was found to be extremely user friendly, on the account of how it does not require any usernames or passwords to open the tunnel. Following the configuration the VPN tunnel is available for use as soon as the network cables have been connected and the pfSense server is online.