Netzmodellierung und ISDN-NGN-Migration IP-Netzmanagement, Netzplanung und Optimierung Workshop am 18. und 19. Juli 2005 an der Universität Würzburg Dipl.-Ing. Soulaimane El Bouarfati Dipl.-Ing. Frank Weber Prof. Dr.-Ing. Ulrich Trick Fachhochschule Frankfurt am Main Kleiststr. 3 60318 Frankfurt, Tel. 06196/641127 E-Mail: trick@e-technik.org Web: www.e-technik.org Das zugrunde liegende Vorhaben wurde mit Mitteln des Bundesministerium für Bildung und Forschung unter dem Förderkennzeichen 1711403 gefördert. Die Verantwortung für den Inhalt liegt bei den Autoren.
Übersicht 1 Einführung 2 Neues Netzmodell 3 Vorgehen beim Netzdesign 4 Interworking zwischen Netzen 5 ISDN-NGN-Migration
1 Einführung Veränderungen bei Telekommunikationsnetzen NGN (Next Generation Networks), Voice/All over IP, UMTS Release 5, Fixed/mobile-Konvergenz Netzintegration: z.b. ISDN, GSM Komplexere Netze Komplexitätsreduktion Durch strukturiertes Netzmodell OSI-Referenzmodell mit 7 Schichten, ISDN-, generisches Protokoll-Referenzmodell Aber: Einschränkung auf bestimmte Schichten oder Strata Aber: Wichtige Netzfunktionen wie Dienste, Mobilität, Sicherheit, Quality of Service verteilt über verschiedene Schichten und Planes nicht modellierbar Neues Netzmodell erforderlich!
2 Neues Netzmodell Charakteristika Zur Modellierung beliebiger Telekommunikationsnetze 1. Grafisches Modell 2. Rechnungsmodell für Variantenrechnung Strata: Schicht(en) Planes Funktionssäulen Netzmanagement Konkrete Merkmale wie Teilnehmerzahlen, Verkehrswerte Beschränkungen des OSI-Referenzmodells u.a. überwunden Modellierung netzübergreifender Funktionen wie Sicherheit oder Mobilität gelöst
Neues Netzmodell mit Strata und Funktionssäulen Basisnetzfunktionen Sicherheit Dienste Mobilität Netzmanagement Quality of Service Business Stratum Application Stratum Service Stratum Transport Stratum Physical Layer Management Plane Control Plane User Plane Merkmale
3 Vorgehen beim Netzdesign 1. Schritt: Definition der Anforderungen Schrittweise Modellierung 1. Schritt: Definition der Anforderungen an Basisnetzfunktionen Dienste Sicherheit Mobilität Quality of Service Netzmanagement Merkmale Natürliche Vorgehensweise
Definition der Anforderungen an ein Netz Basisnetzfunktionen Sicherheit Dienste Mobilität Quality of Service IP-basierte Verbindungssteuerung Einfache TK-Dienste und Dienstmerkmale (z.b. Halten, Makeln, Rufweiterschaltung) Integrität Vertraulichkeit Authentifizierung Zugriffskontrolle Persönliche Mobilität IP-basierte Nutzdatenübertragung Session- Mobilität Aushandlung von QoS IP-basiertes Netzmanagement Dreierkonferenz Verbindlichkeit Verfügbarkeit Anonymität Dienstemobilität Endgerätemobilität Erweiterte Dienste und Dienstmerkmale Ressourcenreservierung
2. Schritt: Aus Anforderungen Funktionen ableiten Basisnetzfunktionen Basisnetzfunktionen IP-basierte Nutzdatenübertragung RTP (z.b. mit G.723) Business Stratum IP-basierte Verbindungssteuerung IP-basiertes Netzmanagement SIP SNMP UDP, ggf. TCP IP DL Phy Management Plane Control Plane User Plane SIP SNMP RTP (z.b. mit G.723) DL, IP, UDP DL, IP, UDP, ggf. TCP DL, IP, UDP Phy Phy Phy Application Stratum Service Stratum Transport Stratum Physical Layer
3. Schritt: Einsortieren der Netzfunktionen in Netzknoten Netztyp, z.b. SIP/IP-basiert: SIP User Agent SIP Registrar Server SIP Proxy Server SIP Application Server Conference Server IP-Router Firewall Bandwidth Broker Separates Säulenmodell pro Netzelementtyp Netzelementmodell = Untermenge des Gesamtnetzmodells Überlagerung aller Netzelementmodelle = Gesamtnetzmodell
4. Schritt: Erforderlichenfalls ergänzen von Funktionen in einem oder mehreren Netzknoten Zusätzliche Funktionen werden vom Modell automatisch für das Gesamtnetz übernommen 5. Schritt: Exportieren der Merkmale aus dem grafischen Modell in das Rechnungsmodell Automatisches Auslesen von in Zahlen vorliegenden Merkmalen (z.b. Teilnehmeranzahl, Verkehrswerte, Kosten) von bis zu 4 grafischen Netzmodellen 6. Schritt: Rechnungsmodell anwenden Zu importierten Merkmalen ggf. weitere Merkmalgrößen hinzufügen Netzberechnungen, Netzoptimierungen, Migrationsszenarien Beliebig viele Einzelszenarien für Zeitbezug 7. Schritt: Exportieren von Ergebnissen aus dem Rechnungsmodell in das grafische Modell
Vorgehen beim Netzdesign - Übersicht Das zu modellierende Netz Anforderungen an das Netz Funktionen für das Netz ableiten Funktionen auf Netzknoten verteilen Grafisches Modell Exportieren der Merkmale Rechnungsmodell Netzberechnungen Migrationsszenarien Netzoptimierung Ergebnisse aus dem Rechnungsmodell
4 Interworking zwischen Netzen Zukünftig: reine Paketnetze wie SIP/IP-Festnetze, UMTS Release 7 Auf dem Weg: heterogene Netze mit Leitungs- und Paketvermittlung, verschiedensten Protokoll-Stacks Interworking, Gateways für das Zusammenschalten von (2) Netzen 1. und 2. Schritt: Grafisches Modell für jedes der 2 Netze 8. Schritt: Verschmelzen der beiden grafischen Modelle Abbildungsbeziehungen bzw. Gateway-Funktionalität (z.b. ISUP-SIP) 9. Schritt: Aufteilen der Konvertierungsfunktionen auf Netzknoten (z.b. Media Gateway Controller) Komplette Modellrealisierung mit EXCEL und VBA (Visual Basic for Applications)
Interworking zweier verschiedener Netze Netz X, z.b. ISDN-Netz X-Y-Interworking Function Netz Y, z.b. SIP/IP-Netz IWF
5 ISDN-NGN-Migration Netz 1 ISDN TGW Netz 2 SIP/IP AGW RGW. PSTN-Endgerät PSTN-Endgerät PSTN-Endgerät IP-Phone IP-Phone SIP: Session Initiation Protocol ISDN: Integrated Services Digital Network PSTN: Public Switched Telephone Network TGW: Trunking Gateway AGW: Access Gateway RGW: Residential Gateway
ISDN-/SIP/IP-Migration Teilnehmer-Verkehrswerte 0,119 Erl pro PSTN-Teilnehmer (B-Kanal) 0,4 Erl Verkehrswert pro SIP/IP-Teilnehmer Trunking Gateway (TGW) Verkehrswert: 7.200 Erl (240 E1 a 30 Erl) Kosten: 720 KE (Kosteneinheit) Access Gateway (AGW) Verkehrswert: 2.380 Erl (20.000 ISDN-Tln a 0,119 Erl) Kosten: 12.500 KE Residential Gateway (RGW) Verkehrswert: 0,119 Erl Kosten: 1,2 KE IP-Phone Verkehrswert: 0,4 Erl Kosten: 1 KE
Teilnehmerentwicklung bei linearer Migration Teilnehmerentwicklung 60.000.000 50.000.000 53 Mio 53 Mio 53 Mio 53 Mio 40.000.000 Teilnehmer 30.000.000 20.000.000 10.000.000 0 0 5 10 15 20 25 30 Zeitpunkt ISDN-Teilnehmer SIP-IP-Teilnehmer
Anzahl der Trunking Gateways und Kosten TGWs und ihre Kosten 500 450 max. 264.240 KE 300.000 270.000 Stück 400 350 300 250 200 150 100 max. 367 240.000 210.000 180.000 150.000 120.000 90.000 60.000 Kosten in KE KE: Kosteneinheit 50 30.000 0 0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 Zeitpunkte ISDN/SIP-IP-GWs Kosten
Anzahl der Access Gateways und Kosten AGWs und ihre Kosten Stück 3.500 3.000 2.500 2.000 1.500 1.000 33 Mio 2.650 35.000.000 30.000.000 25.000.000 20.000.000 15.000.000 10.000.000 Kosten in KE 500 5.000.000 0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 0 Zeitpunkt Anzahl der benötigten AGW Kosten
Anzahl der Residential Gateways und Kosten RGWs und ihre Kosten Stück Millionen 70 60 50 40 30 20 63 Mio 53 Mio 70 60 50 40 30 20 Millionen Kosten in KE 10 10 0 0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 Zeitpunkt Anzahl benötigter RGWs Kosten
Migrationskosten im Vergleich Migrationskosten Kosten in KE Millionen 70 60 50 40 30 20 63,6 Mio 53 Mio 33,1 Mio 70 60 50 40 30 20 Millionen Kosten in KE 10 264 240 10 0 0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 Zeitpunkt TGWs-Kosten RGWs-Kosten AGWs-Kosten IP-Phones-Kosten
ISDN-SIP/IP-Migration IP Edge Router IP Edge Router Performance 10 Gbit/s mit G.711-Sprach-Codec mit 64 kbit/s Nettobitrate 200 Byte Pakete für VoIP (160 Byte G.711 + 12 Byte RTP + 8 Byte UDP + 20 Byte IP) 5.552.100 pps (packets per second) mit GSM-Sprach-Codec mit 13 kbit/s Nettobitrate 73 Byte Pakete für VoIP (33 Byte GSM + 12 Byte RTP + 8 Byte UDP + 20 Byte IP) 11.261.260 pps 427 Byte Pakete für Datenkommunikation VoIP 2.688.170 pps Internet 33,9 Mio Nutzer 53 Mio 1 Mbit/s Zugang pro Nutzer max. 20% der Internet-Nutzer gleichzeitig online
Anzahl IP Edge Router bei VoIP Anzahl benötigter IP Edge Router 1.200 1.000 + 34 % + 15 % 800 Stück 600 400 200 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 Zeitpunkt Gesamtzahl der IP-Router bei VoIP- und Datenkommunikation *Codec: G.711* Gesamtzahl der IP-Router bei VoIP- und Datenkommunikation *Codec: GSM* Gesamtzahl der IP-Router nur bei Datenkommunikation
Resümee Einsatz des neuen Netzmodells empfehlenswert. Vorgehen entsprechend den Schritten 1 bis 9. Minimierung der ISDN-SIP/IP-Migrationskosten durch geschicktes Vorgehen möglich. Für Migration jeweils bestgeeigneten Gateway-Typ wählen. Migrationskosten können für Netzbetreiber (TGW, AGW, RGW) und/oder Nutzer (IP-Phone, RGW) entstehen. VoIP hat nennenswerten Einfluss auf IP Edge Router. Durch Einsatz komprimierender Codecs wie z.b. GSM kann Einfluss von VoIP auf IP Edge Router deutlich reduziert werden. Neue IP Edge Router sollten im Hinblick auf zukünftiges VoIP skalierbar sein.