IP電信研發成果與未來研究方向

IPIP 電信研發成果電信研發成果與未來研究方向與未來研究方向

陳懷恩博士國立交通大學資訊工程學系

Email: [email protected]: +886-3-5731924 FAX: +886-3-5716929

http://alan.ipv6.club.tw

2

陳懷恩陳懷恩 (Whai-En Chen)(Whai-En Chen)• 現職：現職：國立交通大學資訊工程學系研究助理教授• 學歷：學歷：國立清華大學資訊工程學系博士 , 1997~2002

• 工作經驗工作經驗– 電信國家型計畫 - NTP VoIP 整合測試平台計畫博士後研究員 , 2003~2004– 電信國家型計畫 - 台法雙邊合作計畫博士後研究員 , 2005~ 現今

• 研究計畫研究計畫– 行政院 NICI IPv6 推動工作小組研發分組子計畫負責人 , 2003~2006

• 2003 IPv6 第四層以上相關協定分析• 2004 整合行動式 IPv6 與 SIP-based 應用之 All-IPv6 平臺• 2005 IPv6 SIP 網路電話在 WinCE 上之研製• 2006 IPv6 虛擬私有網路之閘道器與客戶端程式之研發

– 行政院 NICI IPv6 推動工作小組應用推廣分組協同主持人 , 2005~2006• 2005 IPv6 SIP Showroom 建置與推廣• 2006 IPv6 SIP VoIP 建置與推廣

– 行政院 NICI IPv6 推動工作小組標準測試分組諮詢委員 , 2003~2005– 交通大學 / 工研院聯合研發中心子計畫共同主持人 , 2003~2006– 國家高速網路與計算中心 TWAREN VoIP 計畫共同主持人 , 2003– 教育部通訊教育改進計畫 - IPv6 課程子計畫編撰教材 , 2004~2006– 教育部通訊教育改進計畫 - Wireless VoIP 課程編撰教材 , 2004~2005

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演講大綱演講大綱• IP 電信研究簡介• 有效率的 VoIP 電話路由• 應用程式之 IPv6 自動轉換• IPv4 與 IPv6 網路電話互通• 網路電話監聽系統• 網路電話分析器• SIP 網路遊戲• 未來研究方向與結論

4

GERAN

UTRAN

UE

MS

SGSN GGSN

HSS/HLR

SIPServer

Packet Data Networks (PDNs)

SIP UA

Radio Access Network Core Network PDN or PSTN

802.11 WLAN

802.16WiMAX

AAA Server

Packet Data Gateway (PDG)

IP Multimedia Subsystem (IMS)

Application Servers (ASs)

Game IMPS Download DRM

MS

SS

Call Session Control Functions (CSCFs)

P-CSCF S-CSCF I-CSCF

IMS GW PSTN GW

PSTNsCGW

BGCF

RTP Proxy

CSPSIP

Analyzer

IPIP 電信研究簡介電信研究簡介

使用者設備部分802.11 WiFi 、 WiFi/GSM 雙模以及 3G/GPRS 手機影像電話

研發成果網路電話平台建置 ( 電信國家型計畫成果 )VoIP 網路電話喚醒機制 ( 電信國家型計畫成果 ) 應用程式之 IPv6 自動轉換機制 (NICI IPv6 計畫成果 )

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GERAN

UTRAN

UE

MS

SGSN GGSN

HSS/HLR

SIPServer


SIP UA


802.11 WLAN

802.16WiMAX

AAA Server





MS

SS



IMS GW PSTN GW

PSTNsCGW

BGCF

RTP Proxy

CSPSIP

Analyzer


無線存取網路與核心網路部分802.1X Wireless LAN (WLAN) APHSS/HLR 與 AAA (Authentication, Authorization, and Accounting) ServerPacket Data Gateway (PDG)

研發成果SIM-based 認證 ( 成果發表於 The Computer Journal. 2004 47(4):405-417.)移動性管理 ( 成果發表於 ACM/Kluwer Mobile Networking and Applications (MONET) 2003 8(6): 625 –634.)

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GERAN

UTRAN

UE

MS

SGSN GGSN

HSS/HLR

SIPServer


SIP UA


802.11 WLAN

802.16WiMAX

AAA Server





MS

SS



IMS GW PSTN GW

PSTNsCGW

BGCF

RTP Proxy

CSPSIP

Analyzer


IP 多媒體子系統 CSCF 與應用服務部分Proxy-CSCF, Serving-CSCF and Interrogating-CSCFInstant Message and Presence Service (IMPS), Game, Download and Digital Right Management (DRM) Services

研發成果IMPS 服務 ( 成果發表於： Mobile Computing Workshop 與 2006 通訊科技專題競賽 )與 Nokia 合作 SIP 互動式遊戲開發 ( 電信國家型計畫成果 )與工研院合作開發 Download 與 DRM 測試工具 ( 成果發表於 Open Mobile Alliance會議 )

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GERAN

UTRAN

UE

MS

SGSN GGSN

HSS/HLR

SIPServer


SIP UA


802.11 WLAN

802.16WiMAX

AAA Server





MS

SS



IMS GW PSTN GW

PSTNsCGW

BGCF

RTP Proxy

CSPSIP

Analyzer


IP 多媒體子系統與其他網路連接部分IMS Gateway ( 包含 IMS-ALG and Translation Gateway)Breakout Gateway Control Function (BGCF), Charging Gateway (CGW) and Public Switch Telephone Network (PSTN) Gateway

研發成果與二類電信業者金葉科技合作連接至 PSTN 網路 ( 電信國家型計畫成果 )IPv4 與 IPv6 網路電話互通機制 (NICI IPv6 計畫成果 )

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GERAN

UTRAN

UE

MS

SGSN GGSN

HSS/HLR

SIPServer


SIP UA


802.11 WLAN

802.16WiMAX

AAA Server





MS

SS



IMS GW PSTN GW

PSTNsCGW

BGCF

RTP Proxy

CSPSIP

Analyzer


封包資料網路 PDN 部分SIP Server, RTP Proxy and CSP (Call Server with Push)SIP User Agent (UA) and SIP Analyzer

研發成果WinXP 與 WinCE 上 IPv6 網路電話 (NICI IPv6 計畫成果 )網路電話分析器 (NICI IPv6 計畫成果 )網路電話監聽系統 ( 電信國家型計畫成果 )

有效率的有效率的 VoIPVoIP 電話路由電話路由Effective VoIP Call Routing in WLAN and Cellular IntegrationEffective VoIP Call Routing in WLAN and Cellular Integration

10

WLAN/Cellular WLAN/Cellular 雙模手機雙模手機

雙模手機同時具有以下模組802.11 無線網路模組GSM 模組

使用者可以利用雙模手機上的 VoIP 軟體撥打話費較為便宜的電話然而當手機進入省電模式時，無線網路模組將會被關閉 (GSM 模組仍然開啟 )此時將無法接聽網路電話相關研究提出可經由 GSM 模組來喚醒 802.11 無線網路模組與 VoIP 軟體

11

Call Server with Push (CSP)Call Server with Push (CSP) 機制機制

PSTN Gateway

UMTS

Internet

Call Server(CSP)

PSTN

PSTN Phone

(2)

(1)

UA

(3)

(4)

(5)

UMTS BS

MS WLAN AP

問題：手機問題：手機 (MS)(MS) 被喚醒後無法快速連接至正確的網路被喚醒後無法快速連接至正確的網路貢獻：貢獻：

提出提出 Call Server with Push (CSP)Call Server with Push (CSP) 機制，利用機制，利用 Caller IDCaller ID 讓讓 MSMS 快速連至正確網快速連至正確網路路不需要改變現有協定且有利於實作不需要改變現有協定且有利於實作成果發表於成果發表於 IEEE Comm. LettersIEEE Comm. Letters ，並與工研院合作提出專利申請，並與工研院合作提出專利申請

0936015401 MS

0936012*** VoIP

應用程式之應用程式之 IPv6IPv6 自動轉換自動轉換NCTU SLT: A Socket-layer Translator for IPv4-IPv6 TranslationNCTU SLT: A Socket-layer Translator for IPv4-IPv6 Translation

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NCTU Socket-layer Translator (SLT)NCTU Socket-layer Translator (SLT)

•問題：目前問題：目前 IPv4IPv4 程式無法存取程式無法存取 IPv6IPv6 資源，而移植程式至資源，而移植程式至 IPv6IPv6 的工作很繁雜且沒有效的工作很繁雜且沒有效率率•貢獻：貢獻：

•NCTU SLTNCTU SLT 可將可將 IPv4IPv4 軟體自動轉換為軟體自動轉換為 IPv4/IPv6IPv4/IPv6 都支援的軟體都支援的軟體•使用者完全不需要改變原有使用習慣與使用者介面即可存取使用者完全不需要改變原有使用習慣與使用者介面即可存取 IPv6IPv6 網路資源網路資源•在下載在下載 2GB2GB 檔案時共花費檔案時共花費 219219 秒，只比秒，只比 IPv6 (215IPv6 (215 秒秒 )) 多多 44 秒，比秒，比 IPv4 (204IPv4 (204 秒秒 ))多多 1515 秒秒•成果發表於成果發表於 IEEE Comm. LettersIEEE Comm. Letters ，並獲得教育部通訊專題競賽冠軍，並獲得教育部通訊專題競賽冠軍

IPv4IPv4 與與 IPv6IPv6 網路電話互通網路電話互通An IPv4-IPv6 Translation Mechanism for SIP Overlay Network in UAn IPv4-IPv6 Translation Mechanism for SIP Overlay Network in U

MTS All-IP EnvironmentMTS All-IP Environment

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SIPv6 TranslatorSIPv6 Translator

BSSGERAN

UTRAN

UE

MS

Um

Un

SGSN GGSNIu GnGr Gc

Radio Access Network

GPRS Network

IMS-ALG

CSCF

IMS

HSS Cx

Gi

TrGW

TrGWConTroller

SIPv6 Translator

IPv4 SIPServer

IPv4 SIP Network

IPv6 Networks IPv4 Networks

Mx

Ix

Router

a c

bd

ef

hg

SIP UA

•問題：第三代行動通訊之問題：第三代行動通訊之 IPv6IPv6 網路電話無法與現存的網路電話無法與現存的 IPv4IPv4 網路電話互通網路電話互通•貢獻：貢獻：

•提出利用提出利用 IMS-ALG (Application Layer Gateway)IMS-ALG (Application Layer Gateway) 提供提供 IPv4/IPv6 SIPIPv4/IPv6 SIP 信令轉換機制信令轉換機制•利用多台閘道器來減低轉換語音封包利用多台閘道器來減低轉換語音封包 (Real-time Transport Protocol Packets)(Real-time Transport Protocol Packets) 時的負擔時的負擔•研究提升轉換器之可靠度，使之達到電信等級研究提升轉換器之可靠度，使之達到電信等級 (99.999%)(99.999%)

•成果發表於成果發表於 IEEE J-SACIEEE J-SAC ，並獲得，並獲得 NICI IPv6NICI IPv6 程式競賽亞軍程式競賽亞軍•於於 NICI IPv6NICI IPv6 計畫中，協助金葉科技建立全世界第一個支援計畫中，協助金葉科技建立全世界第一個支援 IPv6 TunnelIPv6 Tunnel 網路電話系統網路電話系統•藉由電信國家型計畫與法國電信研究所藉由電信國家型計畫與法國電信研究所 INTINT 進行進行 VoIPVoIP 互通測試互通測試

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IPv4IPv4 與與 IPv6IPv6 網路電話互通平台網路電話互通平台

•IPv4 SIP Network 是在電信國家型計畫中建立•IPv6 SIP Network 是在 NICI IPv6 計畫中建立•我們利用電話號碼建立 IPv4 與 IPv6 網路電話之轉接規則

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SIPv6 TranslatorSIPv6 Translator 功能展示功能展示

影片展示影片展示

網路電話監聽系統網路電話監聽系統VoIP Monitoring SystemVoIP Monitoring System

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VoIP Monitoring SystemVoIP Monitoring System

[email protected]

Monitoring Portalmp.csie.net

RTP Proxyrtpproxy.csie.net

SIP Proxysip.csie.net

SIP-based VoIP Monitoring System

RTP

RTP

RTP

SIP

SIP

SIP

HTTP

MGCP RADIUS

0944021376140.113.131.76

0944021375140.113.131.91

SIP IM

Access Point

FTP

FTP: File Transfer ProtocolMGCP: Media Gateway Control ProtocolRADIUS: Remote Authentication Dial In User Service

HTTP: Hyper Text Transfer ProtocolIM: Instance MessageSIP: Session Initiation ProtocolRTP: Real-time Transport ProtocolVoIP: Voice over IP

•問題：網路電話具有高移動性問題：網路電話具有高移動性 (( 可攜性可攜性 )) ，監聽較為不易，監聽較為不易•貢獻：貢獻：

•研發出研發出 VoIP Monitoring SystemVoIP Monitoring System ，在核心網路端提供網路電話之監聽與通聯紀錄，在核心網路端提供網路電話之監聽與通聯紀錄•獲得獲得 20052005 全國計算機會議最佳論文獎與教育部通訊專題製作競賽冠軍全國計算機會議最佳論文獎與教育部通訊專題製作競賽冠軍•本成果與工研院合作整合進入本成果與工研院合作整合進入 3GPP IMS3GPP IMS 系統中系統中

20

網路電話監聽系統展示網路電話監聽系統展示


網路電話分析器網路電話分析器SIPv6 Analyzer: An Analysis Tool for 3GPP IMS ServicesSIPv6 Analyzer: An Analysis Tool for 3GPP IMS Services

22

SIPv6 AnalyzerSIPv6 Analyzer

•問題：一般網路分析器沒有針對問題：一般網路分析器沒有針對 VoIPVoIP 通話分析之功能通話分析之功能•貢獻：貢獻：

•以圖形方式顯示以圖形方式顯示 SIPSIP 訊息流程，協助使用者快速分析訊息流程，協助使用者快速分析 SIPSIP 網路中所有的節點網路中所有的節點•配合配合 Jitter BufferJitter Buffer 的設定，播放已儲存之的設定，播放已儲存之 RTPRTP 封包封包•成果發表於成果發表於 Wireless Communication and Mobile Computing Wireless Communication and Mobile Computing 期刊期刊•獲得國網盃軟體設計比賽冠軍與日本獲得國網盃軟體設計比賽冠軍與日本 IPv6 Appli-Contest 2004IPv6 Appli-Contest 2004 冠軍冠軍

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SIP ViewerSIP Viewer

SIP Dialog CollectionSIP Dialog Collection

SIP Message FlowSIP Message Flow

Call-IDCall-ID FromFrom ToTo

(a)

(b)SIP 訊息流程由以下資訊繪出(a)來源與目的 IP 位址(b) SIP 標頭欄位 (e.g., Via and Route)

24

RTP SpyRTP Spy

RTP Session ListRTP Session List

Video PlaybackVideo Playback

Video and Voice Control PanelVideo and Voice Control Panel

Yueh-Hsin Sung

Jitter Buffer and Number of Dropped PacketsJitter Buffer and Number of Dropped Packets

SIPSIP 網路遊戲網路遊戲SIP Interactive Game on Nokia S60 PlatformSIP Interactive Game on Nokia S60 Platform

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Nokia S60Nokia S60 開發平台與模擬器開發平台與模擬器

Symbian OS

Hardware

Symbian OSExtensions

S60 Platform Services

S60 Application Services

S60 ApplicationsS60 JavaTM

Technology Services

User Interface Styles

User Interface- Display and Input Methods

176*208-pixel 204*320-pixel 352*416-pixel

S60 Platform

Nokia S60 Platform Nokia S60 Emulator

與 Nokia 合作提供開發平台讓學生開發 IP 電信之應用服務

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遊戲連線控制流程遊戲連線控制流程

Symbian OS SIP Proxy Windows CE

INVITEINVITE

180 Ringing180 Ringing

200 OK200 OK

ACK

11\n1,1 2,4 3,8 7,7...

BYE

200 OK

click 1,1

Session setup

Game Control

Terminate

100 Tryinging

28

踩地雷遊戲成果展示踩地雷遊戲成果展示


29

未來研究方向與結論未來研究方向與結論• 未來 IP 電信研究需要進一步探討的是系統安全系統安全、系統效系統效

能能、系統可靠度系統可靠度、服務品質服務品質，以及應用服務開發應用服務開發。以下列出一些可能的議題：– 網路電話的認證、加密以及惡意攻擊的防範 (VoIP spam)– 網路電話特性 (Call Arrival and Holding Time) 分析– 網路電話各項元件效能 (Call Setup Delay, RTP Delay and Jitter) 分

析– 網路電話語音品質 (MOS) 分析 (PESQ and E-model)– IP 電信網路服務品質保證機制– SIP 互動式遊戲平台研發– Download, Browsing, DRM等應用服務研發

• 本次演講介紹了 IP 電信領域的基本架構，以及相關研發成果。歡迎有興趣的老師與同學，進一步與我討論。

30

參考資料參考資料1. Whai-En Chen, Yi-Bing Lin and Ai-Chung Pang, “An IPv4-IPv6 Translation Mec

hanism for SIP Overlay Network in UMTS All-IP Environment”, IEEE Journal of Selected Areas in Communications (J-SAC), Volume 23, Issue 11, Nov. 2005, Page(s):2152 – 2160. (SCI/EI)

2. Whai-En Chen, Chai-Yung Su and Yi-Bing Lin, “NCTU SLT: A Socket-layer Translator for IPv4-IPv6 Translation”, IEEE Communications Letters, Volume 9, Issue 10, Oct. 2005, Page(s):865 – 867. (SCI/EI)

3. Yi-Bing Lin, Whai-En Chen and Chai-Hien Gan, “Effective VoIP Call Routing in WLAN and Cellular Integration”, IEEE Communications Letters, Volume 9, Issue 10, Oct. 2005, Page(s):874 – 876. (SCI/EI)

4. Whai-En Chen, Yueh-Hsin Sung, and Yi-Bing Lin, “SIPv6 Analyzer: An Analysis Tool for 3GPP IMS Services”, accepted and to appear in Wireless Communications and Mobile Computing Journal. (SCI)

5. Whai-En Chen, “The Deployment of IPv6 SIP-based VoIP Applications”, International Journal of Internet Protocol Technology, Volume 1, Issue 4, 2006, Page(s) 205-213.

6. Vincent W.-S. Feng, Lin-Yi Wu, Yi-Bing Lin, and Whai-En Chen, “WGSN: WLAN-based GPRS Support Node with Push Mechanism”, The Computer Journal, Volume 47, Issue (4), 2004, Page(s):405-417. (SCI)

7. Whai-En Chen, Li-Wen Hsu, Pin-Jen Lin and Chai-Hien Gan. “Design and Implementation of SIP VoIP Monitoring System”. NCS 2005. Tainan. (Best Paper Award)

Q Q & & AA

附件：補充說明附件：補充說明

33

專有名詞縮寫專有名詞縮寫 (1)(1)• AAA: Authentication, Authorization, and Accounting• BGCF: Border Gateway Control Function• BSS: Base Station Subsystem• CGW: Charging Gateway• CS Domain: Circuit Switched Domain• CSCF: Call Session Control Function

– P-CSCF: Proxy-CSCF– S-CFCF: Serving-CSCF– I-CSCF: Interrogating-CSCF

• DRM: Digital Right Management• GERAN: GPRS Edge Radio Access Network• GGSN: Gateway GPRS Support Node• GPRS: General Packet Radio Service• HLR: Home Location Register• HSS: Home Subscribe Server

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專有名詞縮寫專有名詞縮寫 (2)(2)• IMPS: Instant Message and Presence Service• IM-MGW: IP Multimedia Media Gateway• MGCF: Media Gateway Control Function• MS: Mobile Station• MRF: Media Resource Function• PDG: Packet Data Gateway• PoC: Push-to-talk over Cellular• PSTN: Public Switch Telephone Network• SGW: Signaling Gateway• SIP: Session Initiation Protocol• UA: User Agent• UE: User Equipment• UTRAN: UMTS Terrestrial Radio Access Network• WAG: Wireless Access Gateway

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雙模手機接聽網路電話流程雙模手機接聽網路電話流程MS WLAN UMTS PSTN GW CSP UA

1. INVITE2(b). INVITE3. IAM

(936012xxx)4. Page

(936012xxx)

6. WLAN Connection Establishment

7. REGISTER

7. 200 OK

8. INVITE

9. 100 Trying

10. 180 Ringing

11. 200 OK

12. ACK

13. CANCEL13. Release

14. Release Complete

14. 200 OK

36

IPv4IPv4主機與主機與 IPv6IPv6主機運作範例主機運作範例

37

SIPSIP 轉換訊息流程轉換訊息流程2.INVITE 0944021210@SIPv4_proxy (v6)

c=IN IP6 3FFE:3600:1::11m=audio 9000 RTP/AVP 0

CSCF IMS-ALG TrGWSIPv4 Proxy

13.200 OK


16. ACK 0944021210@SIPv4_proxy (v6)

17.ACK 0944021210@SIPv4_proxy (v4)

10.200 OK

11.Create Call-IDm=sendreceivec=IP6 3FFE:3600:1::11p=9000c=IP6 $p=$

12.200 OKc=IP6 3FFE:3600:2::1p=8000

5.INVITE 0944021210@SIPv4_proxy (v4)

c=IP4 140.113.131.1m=audio 9002 RTP/AVP 0

8.200 OK

c=IN IP4 140.113.131.12m=audio 8002 RTP/AVP 0

3.Create Call-IDm=reveivec=IP4 $p=$

4.200 OKc=IP4 140.113.131.1p=9002

9.Modify Call-IDm: sendc=IP4 140.113.131.12p=8002

UE Callee

1.INVITE 0944021210@CSCF


6. INVITE 0944021210@Callee


7.200 OK


14.200 OK


15.ACK 0944021210@CSCF

18.ACK 0944021210@Callee

a

b

c

IPv6 RTP Stream IPv4 RTP Stream

Documents

IP電信研發成果 與未來研究方向

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