Virtualisierungslösungen für VoIP Application Server zur Implementierung privater Unified Communications Dienste über EPC / LTE

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1 Virtualisierungslösungen für VoIP Application zur Implementierung privater Unified Communications Dienste über EPC / LTE 18. VDE/ITG Fachtagung Mobilkommunikation Osnabrück Claas Felix Beyersdorf, Diederich Wermser, Daniel Hartmann, Xing Cao Ostfalia Hochschule für angewandte Wissenschaften

2 Forschungsgruppe IP-basierte Kommunikationssysteme Unified Communications (UC) Voice over IP, Multimedia over IP Session Initiation Protocol (SIP) Presence Service NGN: IMS (IP Multimedia Subsystem) Mobile Networks, LTE Soft-PBX: SipXecs, OpenUC, Asterisk, FreeSWITCH Quality-of-Service-Mechanismen (QoS) IntServ, DiffServ, MPLS, IPv6 Routing, NAT Analyse von VoIP-Readiness Sicherheit von VoIP-Systemen Tests von IP-basierten Kommunikationssystemen Konformitätstests, TTCN-3 Interoperabilitätstests Stress Tests Entwicklung und Integration von Open Source Software Eigene Open Source Soft PBX Askozia Netzelemente als Embedded-Hardware-Lösungen

3 Inhalt 1. Zielsetzung 2. Integration mobiler Endgeräte in firmeneigene RTC Von FMC zu voll-transparenten RTC-Diensten EPC/LTE als Basis für private RTC-Dienste SSOA WebRTC 3. Besonderheiten bei der Virtualisierung von RTC-Diensten 4. Ausblick

4 Motivation Transparente Einbindung mobiler RTC User Agents? Warum Virtualisierung? Was verbessert sich im Vergleich zu einer klassischen FMC-Lösung?

5 Zielsetzung: Vollständig transparente Einbindung mobiler User Agents in die vorhandene Infrastruktur eines Unternehmens Infrastruktur eines Unternehmens Hypervisor Mobiler Öffentliches, RTC-fähiges User Agent All-IP Mobilfunknetz VM 1 VM 2 VM x Physical RTC AS CRM etc. Unified Communication / RTC Application Variante 1: In-house Infrastruktur im Unternehmen

6 Zielsetzung: Vollständig transparente Einbindung mobiler User Agents in die vorhandene Infrastruktur eines Unternehmens Cloud-based UC-Anbieter Mobiler User Agent Öffentliches, RTC-fähiges All-IP Mobilfunknetz Physical Multi-tenant UC/RTC Software Kunde 1 Kunde 2 Kunde x Kunde 1 Kunde 2 Kunde x Variante 2: Cloud-basierter UC-Anbieter mit multi-tenant UC-Software

7 Zielsetzung: Vollständig transparente Einbindung mobiler User Agents in die vorhandene Infrastruktur eines Unternehmens Virtuelle Maschinen mit UC / RTC Application n für jeden Kunden Cloud-based UC-Anbieter Hypervisor Mobiler Öffentliches, RTC-fähiges User Agent All-IP Mobilfunknetz VM 1 VM 2 VM x Physical RTC AS RTC AS RTC AS Kunde 1 Kunde 2 Kunde x Variante 3: Cloud-basierter UC-Anbieter mit einzelnen VMs für jeden Kunden

8 FMC: Pure Circuit Switched Szenario FMC UA Public Mobile Network PSTN Called UA Corporate VoIP PBX with FMC controller PSTN VoIP VoIP-PBX to PSTN Gateway VoIP-Phone 1. FMC UA calls the corporate PBX FMC Controller TIME Signalling (circuit switched) Media (circuit switched) Media PBX calls terminating UA Two connections via PSTN TIME Dienstmerkmale der Corporate VoIP PBX stehen nicht zur Verfügung

9 FMC: Anwendungsbezogene Signalisierung über IP FMC UA Public Mobile Network with non-rtc-ip PSTN Public IP Network Called UA Corporate VoIP PBX with FMC controller IP Network IP Router PSTN VoIP VoIP-PBX to PSTN Gateway VoIP-Phone 1. FMC UA sends a session request FMC Controller TIME 2. Callback PBX calls the originating UA 3. PBX calls the terminating UA TIME 4. Media Signalling (circuit switched) Signalling (packet switched) Media (circuit switched) Two connections via PSTN Dienstmerkmale wie Presence Service oder BLF können bedient werden

10 Einbindung mobiler RTC User Agents in das Firmennetz mittels Carrier IMS über EPC / LTE Eingeschränkte Dienstetransparenz UE RAN EPC and carrier IMS Private NGN Service Layer Control Layer SIP UA UE Carrier IMS with public mobile VoIP services (RTC) Application s HSS SPR Sp SBC P-CSCF PCRF SIP RTP VoIP Interconnect SBC Application SIP Proxy SSOA (virtualized) Other netwok elements Hypervisor VM1 VM2 VMx Gx Router Transport Layer Policy / Charging enforcement Physical Access Interface LTE-Uu E-UTRAN (enodeb) Action PDN GW SGi IP PDN (Internet, etc.) Control / Signalling LTE Core Network (EPC) User Data / Media SIP/RTP über SBC: Nur Dienstespektrum des mobilen Anbieters verfügbar

11 Einbindung mobiler RTC User Agents in das Firmennetz über EPC / LTE Dienstetransparenz UE RAN EPC Private NGN Service Layer Control Layer SIP UA UE Application SIP Proxy SSOA (virtualized) Other netwok elements Hypervisor VM1 VM2 VMx PCRF Rx (Diameter) Rx Diameter Client Gx Router Transport Layer Policy / Charging enforcement Physical Access Interface LTE-Uu E-UTRAN (enodeb) Action PDN GW SGi IP PDN (Internet, etc.) Control / Signalling LTE Core Network (EPC) User Data / Media Volles Dienstespektrum des private NGN nutzbar. QoS, Policy / Charging Control, emlpp über Rx Interface

12 QoS für RTC-Dienste mittels Rx Schnittstelle Quelle: 3GPP TS : Policy and charging control architecture. Release V12.0.0,

13 Bring Your Own Device (BYOD): WebRTC als portabler UC-Client SIP SIP TCP / UDP RTC AS SIP SIP WebSockets (http+ext.) TCP IP Web Browser WebRTC to SIP Proxy IP SIP Proxy SIP TCP / UDP IP WebSockets (http+ext.) TCP IP Web Browser WebRTC to SIP Proxy TCP / UDP IP RTC AS SIP TCP / UDP IP WebRTC Client WebRTC Client G.711 Bob G.711 B2BUA Bob Alice UDP / RTP IP Signalling Media Alice UDP / RTP IP Signalling Media Protocol Stacks (SSOA) Protocol Stacks (B2BUA) Voraussetzung: HTML5-fähiger Browser mit WebRTC-Unterstützung

14 Virtualisierung Cloud-based UC-Anbieter Implementierung von RTC-n auf virtualisierter Infrastruktur: Welche Besonderheiten ergeben sich? Physical Hypervisor VM 1 VM 2 VM x RTC AS RTC AS RTC AS Kunde 1 Kunde 2 Kunde x

15 RTC Application in einer VM VM1(HiPrio) Application CPU NIC OS RAM HDD Hypervisor VM2 Application CPU NIC OS RAM HDD Scheduler MMU vswitch vdiskio CPU RAM component usage can be prioritized easily, because they are internal only NIC HDD!!! CRITICAL!!! components partly depending on external usage I/O-Prozesse ausschlaggebend. Wahrscheinlichkeit für hohen Jitter auf NIC steigt mit zunehmender Anzahl VMs. Media Services beeinträchtigt Mehrere NICs als mögliche Abhilfe (evtl. zusätzlich mit Passthrough) Hohe Zugriffszeiten auf HDDs / Storage bei gleichzeitigem Zugriff durch viele VMs. Beeinträchtigung möglich von: Überwachung von Call States CDRs Registrierungen Presence Service IVR / MoH Recordings Physical

16 Mehrere SSOA / Kunden auf einem physikalischen SSOA 1 CUSTOMER 1 CUSTOMER 2 CUSTOMER 3 PHYSICAL SERVER HYPERVISOR SSOA 2 SSOA 3 SSOA 4 etc IP IP CUSTOMER 4 IP CAPTION Network Relationship Kann die Granularität der einzelnen SSOAs erhöht werden? Ziel: Bessere Auslastung der Hardware

17 SIPfoundry sipxecs SSOA mit modularer Architektur User Agents & Gateways Config Data TFTP FTP HTTP SIP Config Files Registry / Redirect LDAP Interface Config XML / RPC Files Signalling Related Services Presence CDR Processor Configuration CSV Import Interface XML RPC API Status REST Interface Proxy SOAP Interface XML / RPC JSON SQL PostgreSQL SQL MongoDB CALLSTATES SIPX ACD SIPX CONFIG JSON SIP / RTP XML / RPC Conference Config SIP Files Media Related Services Paging Call-Park- B2BUA ACD Voic Quelle: Schumacher, Jan; Wermser, Diederich: VoIP-TK-Anlagen auf Basis von Open Source

18 Priorisierung von Media Services durch separate VMs SSOA 2 SSOA 1 SSOA 0 HYPERVISOR VM20 HI PRIO VM21 VM22 Media Services Media Services Media Services CONFIG SERVER MongoDB VM10 HI PRIO VM11 VM12 CONFIG SERVER MongoDB VM00 HI PRIO VM01 VM02 CONFIG SERVER PostgreSQL SIP Proxy PostgreSQL SIP Proxy PostgreSQL PHYSICAL SERVER MongoDB SIP Proxy

19 Priorisierung von Media Services durch separate VMs SSOA 2 VM20 HI PRIO VM21 VM22 Media Services CONFIG SERVER PostgreSQL VMs for CUSTOMERS MongoDB SIP Proxy VM10 VM11 VM12 HI PRIO SSOA 1 PostgreSQL CONFIG SERVER Media Services SIP Proxy MongoDB SSOA 0 VM00 VM01 HI PRIO VM02 CONFIG SERVER Media Services MongoDB SIP Proxy PostgreSQL PHYSICAL SERVERS

20 Zusammenfassung / Ausblick Virtuelle Maschinen mit UC / RTC Application n für jeden Kunden Cloud-based UC-Anbieter Hypervisor Mobiler Öffentliches, RTC-fähiges User Agent All-IP Mobilfunknetz VM 1 VM 2 VM x Physical RTC AS RTC AS RTC AS Kunde 1 Kunde 2 Kunde x Cloud-basierter UC-Anbieter mit einzelnen VMs für jeden Kunden

21 Zusammenfassung / Ausblick Analyse und Evaluation von alternativen Konzepten zu Virtualisierungslösungen für RTC Application. Entwurf und Implementation von Testszenarien und Testrahmen für die Überprüfung der Einhaltung aller relevanten RTC Service Parameter (insbesondere QoS). Berücksichtigung typischer Lastszenarien für Anbieter von UC as a Service over LTE Lösungen. Experimentelle Untersuchung von WebRTC auf Smartphones und anderen mobilen Geräten in diesem Szenario. Einbindung traditioneller FMC-Lösungen für Gebiete ohne LTE-Versorgung??

22 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Haben Sie Fragen? Kontakt: Prof. Dr.-Ing. Diederich Wermser