POLITECNICO DI BARI
I Facoltà di Ingegneria
Dipartimento di Elettrotecnica ed Elettronica
Corso di Laurea Specialistica in Ingegneria delle Telecomunicazioni
Tesi di Laurea
in
Modelli di Traffico e Progettazione Reti
Analisi di indicatori della Qualità del Servizio
su Reti di Prossima Generazione (NGN)
Relatore
Ing. Pietro CAMARDA
Laureando
Davide Fedele CONTALBO
Correlatore
Ing. Mabel PECORONE
Ing. Cristian RENGO
Anno Accademico 2006-2007
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Contenuti
IP Multimedia Subsystem (IMS)
OpenIMS
FCAPS
Simulazioni
Sviluppi Futuri
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IP Multimedia Subsystem
L’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).
SIP-AS
SIP-AS
Ut
Mp
Sh
MFRP
AS
Ut
Dh
ISC
MRF
Mr
MRFC
Cx
User
Equipment
Rete di
Accesso
S-CSCF
Gm
Mw
HSS
P-CSCF
Cx
Mw
CSCF
Dx M
I-CSCF
MGW
User
Equipment
BGCF
Legend
SGW
Mj
Dx
SIP
SLF
Diameter
H.248
Mn
Mi
Mn
PSTN
Gateway
MGCF
HTTP
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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 Playground
L’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
“XDMS”
Management
Server
• Presence Server
• Generic Bootstrapping Architecture “GBA”
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OpenIMSCore
OpenIMSCore 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 OpenIMSCore
È 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-CSCF
CPU: Intel Xeon CPU 3.40 GHz (condiviso)
Ram: 512 MB
192.168.10.90
Realm snodo
SO: Ubuntu Linux 7.10 Gutsy Gibbon
TCP
3868
• S-CSCF
TCP
3868
HSS
CPU: Intel Xeon CPU 3.40 GHz (condiviso)
Ram: 512 MB
SO: Ubuntu Linux 7.10 Gutsy Gibbon
UDP
4060
• I-CSCF
CPU: Intel Xeon CPU 3.40 GHz (condiviso)
Ram: 512 MB
SO: Ubuntu Linux 7.10 Gutsy Gibbon
• HSS
P-CSCF
192.168.10.92
192.168.10.91
192.168.10.92
TCP
3869
UDP
5060
TCP
3870
UDP
5060
UDP
6060
I-CSCF
S-CSCF
UDP
4060
UDP
5060
192.168.16.49
CPU: Intel Xeon CPU 3.40 GHz (condiviso)
Ram: 1024 MB
SO: Ubuntu Linux 7.10 Gutsy Gibbon
Legend
SIP
UE IMS
Diameter
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FCAPS
FCAPS 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 Management
Il 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 Indicator
Si 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)
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)
UAC
TR
P-CSCF
I-CSCF
S-CSCF
HSS
REGISTER (1)
REGISTER (2)
UAR (3)
UAA (4)
REGISTER (5)
(T200/ 401  TREGISTER ) i
i 1
N
N
ARRD  
MAR (6)
MAA (7)
401 Unathorized (8)
401 Unathorized (9)
401 Unathorized (10)
REGISTER (11)
ARRD
ARRDperCS 
CallSucces sful
REGISTER (12)
REGISTER (13)
SAR (14)
SAA (15)
200 OK (16)
200 OK (17)
200 OK (18)
T200
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Approssimazione dei valori di KPI
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.
ARRDUE  ARRD IMS  T UE
IMS
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.
ARRDUE  0,1981412
ARRD IMS  0,1879472
T UE  0,010194  5,14%  ARRDUE
IMS
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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)
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)
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)
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.
register_best
RAM CSCF: 512 MB
RAM HSS: 1024 MB
register_worst
RAM CSCF: 128 MB
RAM HSS: 128 MB
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Sviluppi Futuri
Data 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
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