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P O L I T E C N I C O D I B A R I I Facoltà di Ingegneria

Dipartimento di Elettrotecnica ed ElettronicaCorso di Laurea Specialistica in Ingegneria delle Telecomunicazioni

Tesi di Laureain

Modelli di Traffico e Progettazione Reti

Analisi di indicatori della Qualità del Servizio su Reti di Prossima Generazione (NGN)

Relatore Laureando Ing. Pietro CAMARDA Davide Fedele CONTALBO

CorrelatoreIng. Mabel PECORONEIng. Cristian RENGO

Anno Accademico 2006-2007

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ContenutiContenuti

IP Multimedia Subsystem (IMS)

OpenIMS

FCAPS

Simulazioni

Sviluppi Futuri

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IP Multimedia SubsystemIP Multimedia SubsystemL’architettura di rete IMS è stata standardizzata dalla collaborazione dei gruppi ETSI

TISPAN e ETSI 3GPP, e svolge un ruolo fondamentale all’interno delle Reti di Prossima

Generazione (NGN).

S-CSCF

MwCx

Cx

Dx

Mw

Dx

Gm

BGCF

M

MGCF

Mn

HSS

SLF

MjMn

MFRP

MRFCMr

SIP-AS

SIP-AS

AS

Sh

ISC Dh

P-CSCF

I-CSCF

User Equipment

Rete di Accesso

User Equipment

CSCF

Mp

MRF

PSTNGateway

SGW

MGW

Mi

Ut

Ut

SIP

H.248

HTTP

Diameter

Legend

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Benefici di IMS Benefici di IMS

I benefici introdotti dalla architettura IMS sono

essenzialmente tre:

• la fornitura di servizi con Qualità del Servizio

• il nuovo sistema di tariffazione

• l’integrazione e semplificazione nello sviluppo di nuovi

servizi

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OpenIMS PlaygroundOpenIMS PlaygroundL’architettura IMS del progetto OpenIMS appartenente a Fraunhofer FOKUS e rilasciato

sotto licenza GPL2 permette di implementare la granparte di servizi e dei componenti di

una architettura IMS. Inoltre, lo sviluppo sta portando all’implementazione di nuovi

componenti atti alla gestione e alla creazione di nuovi servizi.

Componenti OpenIMS• Open IMS Core

• Home Subscriber Server (HSS) – “FHoSS”

• P-CSCF

• I-CSCF

• S-CSCF

• Open IMS Client – “Open IC”

• Open IMS SIP AS – “SIPSEE”

• Parlay X Gateway – “OCS-X”

• IMS Management

• XML Document Management Server “XDMS”

• Presence Server

• Generic Bootstrapping Architecture “GBA”

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OpenIMSCoreOpenIMSCoreOpenIMSCore è il progetto appartenente al OpenIMS Playground di Fraunhofer FOKUS

che ha il compito di sviluppare i componenti principali ed essenziali di una architettura

IMS.

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Configurazione di OpenIMSCoreConfigurazione di OpenIMSCoreÈ stata installata una configurazione personalizzata di OpenIMSCore. In particolare,

sono state create 4 macchine virtuali utilizzando il software Vmware Server Edition

installato su un PC HP Proliant.

• P-CSCFCPU: Intel Xeon CPU 3.40 GHz (condiviso)

Ram: 512 MB

SO: Ubuntu Linux 7.10 Gutsy Gibbon

• S-CSCFCPU: Intel Xeon CPU 3.40 GHz (condiviso)

Ram: 512 MB

SO: Ubuntu Linux 7.10 Gutsy Gibbon

• I-CSCFCPU: Intel Xeon CPU 3.40 GHz (condiviso)

Ram: 512 MB

SO: Ubuntu Linux 7.10 Gutsy Gibbon

• HSSCPU: Intel Xeon CPU 3.40 GHz (condiviso)

Ram: 1024 MB

SO: Ubuntu Linux 7.10 Gutsy Gibbon

P-CSCF

SIP

Diameter

Legend

192.168.10.92

S-CSCF

192.168.10.92

I-CSCF

192.168.10.91

HSS

192.168.10.90

UDP 4060

UDP 5060

UDP 5060

UDP 6060

TCP 3869

TCP 3868

TCP 3868

TCP 3870

Realm snodo

UE IMS

192.168.16.49

UDP 4060

UDP 5060

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FCAPSFCAPSFCAPS è un framework per la gestione di una infrastruttura di rete di telecomunicazioni

a livello di rete, di controllo e di servizio e rappresenta un modello International

Organization for Standardizzation Telecommunications Management Network (ISO TMN)

[ITU-T M.3400].

Tutte le funzioni di ISO TMN vengono classificate dallo standatd ITU-T M.3400 nelle seguenti Management Functional Area:

• Fault Management

• Configuration Management

• Accounting Management

• Performance Management

• Security Management

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Performance ManagementPerformance ManagementIl Performance Management fornisce le funzioni per la valutazione e la correlazione di

informazioni riguardanti le prestazioni delle entità di rete durante l’erogazione dei

servizi.

Le TMN function del Performance Management vengono suddivise nei seguenti gruppi:

• Performance Quality Assurance

• Performance Monitoring

• Performance Control

• Performance Analysis

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Key Performance IndicatorKey Performance IndicatorSi definisce Key Performance Indicator (KPI) un’indicatore di performance derivato a

partire da altre grandezze elementari e utilizzato per misurare delle grandezze

complesse.

Le NGN Entity KPI sono indicatori di performance che permettono di analizzare le funzionalità erogate e le prestazioni interne delle entità appartenenti alle Next Generation Network.

Le NGN Entity KPI possono appartenere alle seguenti categorie:

• Functionality Based Measurement

• System Based Measurement

• E2E Service Measurement

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E2E Service Measurement (1/2)E2E Service Measurement (1/2)Gli indicatori E2E Service Measurement quantificano le prestazioni di una qualsiasi rete

di telecomunicazioni attraverso delle viste End-to-End.

Dato che le reti IMS utilizzano il protocollo SIP come protocollo di segnalazione dei servizi forniti dagli Application Server, le E2E Service Measurement coincidono con SIP E2E Performance metrics definite da IETF.

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E2E Service Measurement (2/2)E2E Service Measurement (2/2)

REGISTER (1)

I-CSCFP-CSCF HSSS-CSCF

REGISTER (2)

UAR (3)

UAA (4)

REGISTER (5)

MAR (6)

MAA (7)

401 Unathorized (8)

401 Unathorized (9)

401 Unathorized (10)

UAC

REGISTER (11)

REGISTER (12)

REGISTER (13)

SAR (14)

SAA (15)

200 OK (16)

200 OK (17)

200 OK (18)

TR

T200

N

TTARRD iREGISTER

N

i

)( 401/200

1

sfulCallSucces

ARRDARRDperCS

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Approssimazione dei valori di KPIApprossimazione dei valori di KPI

IMS

UEIMSUE TARRDARRD

1879472,0

1981412,0

IMS

UE

ARRD

ARRD

Il valore di ARRD calcolato agli estremi della sessione di register, e quindi dai terminali,

può essere approssimato al valore di ARRD calcolato agli estremi della rete IMS.

UE

IMS

UE ARRDT %14,5010194,0

Sono state generate 100 sessioni di register attraverso SIPp imponendo che l’intervallo di tempo tra una sessione di register e la successiva sessione sia di 3000 ms.

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Andamento dei KPI al variare del Rate (1/2)Andamento dei KPI al variare del Rate (1/2)

La variazione del Rate comporta una variazione del traffico di rete e una variazione dei

tempi di elaborazione e gestione delle richieste da parte delle entità IMS: all’aumentare

del valore di Rate, aumenta il tempo di processazione delle richieste da parte delle

entità IMS.

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Andamento dei KPI al variare del Rate (2/2)Andamento dei KPI al variare del Rate (2/2)

La variazione del Rate comporta anche una diminuzione delle sessioni di register che

vanno a buon fine e quindi un aumento del valore di ARRDperCS data la sua inversa

proporzionalità con il Call Successful.

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Andamento dei KPI al variare delle risorse (1/2)Andamento dei KPI al variare delle risorse (1/2)

L’analisi dell’andamento dei E2E KPI al variare delle risorse fornisce i risultati per un

dimensionamento corretto delle risorse disponibili per ogni entità IMS al fine di ottenere

il valore di Quality of Service richiesto per l’erogazione del servizio.

register_best

RAM CSCF: 512 MB

RAM HSS: 1024 MB

register_worst

RAM CSCF: 128 MB

RAM HSS: 128 MB

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Andamento dei KPI al variare delle risorse (2/2)Andamento dei KPI al variare delle risorse (2/2)

register_best

RAM CSCF: 512 MB

RAM HSS: 1024 MB

register_worst

RAM CSCF: 128 MB

RAM HSS: 128 MB

L’andamento del valore ARRDperCS al variare delle risorse è simile per entrambi le

configurazioni hardware se consideriamo valori di frequenza inferiori ai 5 Hz. Per valori

superiori, il numero di sessioni che vanno a buon fine risulta di granlunga inferiore nel

caso register_worst se confrontato con il caso register_best.

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Sviluppi FuturiSviluppi FuturiData la natura opensource del progetto OpenIMS, sono stati sviluppati e deployati

sull’ambiente di testbed degli importanti Application Server da parte della sezione

Communications Research Group dell’ University of Cape Town, South Africa.

UCT IpTV Server

UCT Policy Control Function

UCT Back-to-Back User Agent

• Configurazione dei nuovi Application Server

• Implementazione di nuovi indicatori della Qualità del Servizio

• Sviluppo e analisi di nuovi Application Server