Virtualisierungslösungen für VoIP Application Server zur Implementierung privater
Unified Communications Dienste über EPC / LTE
18. VDE/ITG Fachtagung „Mobilkommunikation“ 15.-16.05.2013 – Osnabrück Claas Felix Beyersdorf, Diederich Wermser, Daniel Hartmann, Xing Cao Ostfalia Hochschule für angewandte Wissenschaften
15.05.2013
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
2
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
15.05.2013 3
Motivation
Transparente Einbindung mobiler RTC User Agents? Warum Virtualisierung? Was verbessert sich im Vergleich zu einer „klassischen“ FMC-Lösung?
15.05.2013 4
Zielsetzung: Vollständig transparente Einbindung mobiler User Agents in die vorhandene Infrastruktur eines Unternehmens
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● Variante 1: In-house Infrastruktur im Unternehmen
Öffentliches, RTC-fähiges„All-IP“ Mobilfunknetz
Infrastruktureines Unternehmens
PhysicalServer
Hypervisor
VM 1
MobilerUser Agent VM 2 VM x
RTC AS CRM etc.
Unified Communication / RTCApplication Server
Zielsetzung: Vollständig transparente Einbindung mobiler User Agents in die vorhandene Infrastruktur eines Unternehmens
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● Variante 2: Cloud-basierter UC-Anbieter mit multi-tenant UC-Software
Öffentliches, RTC-fähiges„All-IP“ Mobilfunknetz
Cloud-based UC-Anbieter
PhysicalServer
Multi-tenant UC/RTC Software
Kunde1
MobilerUser Agent
Kunde2
Kundex
Kunde 1 Kunde 2 Kunde x
Zielsetzung: Vollständig transparente Einbindung mobiler User Agents in die vorhandene Infrastruktur eines Unternehmens
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● Variante 3: Cloud-basierter UC-Anbieter mit einzelnen VMs für jeden Kunden
Öffentliches, RTC-fähiges„All-IP“ Mobilfunknetz
Cloud-based UC-Anbieter
PhysicalServer
Hypervisor
VM 1
MobilerUser Agent VM 2 VM x
Virtuelle Maschinen mitUC / RTC Application Servern für
jeden Kunden
Kunde 1 Kunde 2 Kunde x
RTC AS RTC AS RTC AS
FMC: Pure Circuit Switched Szenario
15.05.2013 8
Signalling (circuit switched)
Media (circuit switched)
FMC UA Public Mobile Network PSTN Called UA Corporate VoIP PBX with FMC controller
FMC UA calls the corporate PBX
Media
VoIPto PSTNGateway
Two connections
via PSTN
FMCController
PBX calls terminating UA
TIM
E
TIM
E
1.
2.
3.
VoIP-PBX VoIP-Phone
PSTN
Dienstmerkmale der Corporate VoIP PBX stehen nicht zur Verfügung.
FMC: Anwendungsbezogene Signalisierung über IP
15.05.2013 9
Signalling (circuit switched)
Media (circuit switched)
FMC UA Public Mobile Networkwith non-RTC-IP PSTN Called UA Corporate VoIP PBX
with FMC controller
FMC UA sends a session request
PBX calls the originating UAPBX calls the terminating UA
Media
VoIPto PSTNGateway
Callback
Two connections
via PSTN
IP Router
FMCController
Public IP Network
Signalling (packet switched)
TIM
E
TIM
E
1.
2.
3.
4.
VoIP-PhoneVoIP-PBX
PSTN
IP Network
Dienstmerkmale wie Presence Service oder BLF können bedient werden.
Einbindung mobiler RTC User Agents in das Firmennetz mittels Carrier IMS über EPC / LTE Eingeschränkte Dienstetransparenz
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ControlLayer
ServiceLayer
TransportLayer
LTE Core Network (EPC)
PhysicalServer
Carrier IMS with public mobile VoIP services (RTC)
Application Servers
SBC
P-CSCF
SPR
HSSUE
SIP UA
Access Interface
PDN GW
Policy / Charging enforcement
Action
PCRF
SSOA (virtualized)
SBC
SIP Proxy
Router
Other netwok
elements
Application Server
IP PDN(Internet, etc.)
UE
E-UTRAN(eNodeB) SGi
RAN EPC and carrier IMS Private NGN
Sp
SIPRTP
Gx
LTE-Uu
Hypervisor
VM1
VM2
VMx
Control / Signalling
User Data / Media
VoIP Interconnect
SIP/RTP über SBC: Nur Dienstespektrum des mobilen Anbieters verfügbar.
Einbindung mobiler RTC User Agents in das Firmennetz über EPC / LTE Dienstetransparenz
15.05.2013 11
ControlLayer
ServiceLayer
TransportLayer
LTE Core Network (EPC)
PhysicalServer
UE
SIP UA
Access Interface
PDN GW
Policy / Charging enforcement
Action
PCRF
SSOA (virtualized)
DiameterClient
SIP Proxy
Router
Other netwok
elements
Application Server
IP PDN(Internet, etc.)
UE
E-UTRAN(eNodeB) SGi
Rx
RAN EPC Private NGN
Rx(Diameter)
Gx
LTE-Uu
Hypervisor
VM1
VM2
VMx
Control / Signalling
User Data / Media
• Volles Dienstespektrum des private NGN nutzbar. • QoS, Policy / Charging Control, eMLPP über Rx Interface.
QoS für RTC-Dienste mittels Rx Schnittstelle
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Quelle: 3GPP TS 23.203: Policy and charging control architecture. Release V12.0.0, 2013-03
Bring Your Own Device (BYOD): WebRTC als portabler UC-Client
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RTC AS
SIP Proxy
Bob
SignallingMedia
WebSockets(http+ext.)
TCP
IP
SIP
WebRTCto SIP Proxy
IP
UDP / RTP
...
G.711
...
SIP
TCP / UDP
IP
...
SIP
TCP / UDP
IP
...
...
Web Browser
WebRTCClient
Alice
RTC AS
B2BUABob
SignallingMedia
WebSockets(http+ext.)
TCP
IP
SIP
WebRTCto SIP Proxy
IP
UDP / RTP
...
G.711
...
SIP
TCP / UDP
IP
...
SIP
TCP / UDP
IP
...
...
Web Browser
WebRTCClient
Alice
Protocol Stacks (SSOA) Protocol Stacks (B2BUA)
Voraussetzung: HTML5-fähiger Browser mit WebRTC-Unterstützung
Virtualisierung
Implementierung von RTC-Servern auf virtualisierter Infrastruktur: Welche Besonderheiten ergeben sich?
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Cloud-based UC-Anbieter
PhysicalServer
Hypervisor
VM 1 VM 2 VM x
Kunde 1 Kunde 2 Kunde x
RTC AS RTC AS RTC AS
RTC Application Server in einer VM
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HypervisorVM1(HiPrio)
CPU
NIC
RAM
HDD
Application
OS
VM2
CPU
NIC
RAM
HDD
Application
OS
CPU NICRAM HDD
Scheduler MMU vSwitch vDiskIO
component usage can be prioritized easily,
because they are internal only
!!! CRITICAL !!!components partly
depending on external usage
Physical Server
• 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
Mehrere SSOA / Kunden auf einem physikalischen Server
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PHYS
ICAL
SER
VER
HYPE
RVIS
OR
SSOA 1
SSOA 2
SSOA 3
SSOA 4
etc...
CUSTOMER 4
CUSTOMER 1 CUSTOMER 2 CUSTOMER 3
...
IP IPIP
CAPTION
NetworkRelationship
Kann die Granularität der einzelnen SSOAs erhöht werden? Ziel: Bessere Auslastung der Hardware.
SIPfoundry sipXecs – SSOA mit modularer Architektur
15.05.2013
Quelle: Schumacher, Jan; Wermser, Diederich: VoIP-TK-Anlagen auf Basis von Open Source.
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Signalling Related ServicesPresence
Server
CDRProcessor
StatusServer
ProxyServer
Registry / Redirect Server
Media Related ServicesConference
ServerPagingServer
Call-Park-Server
B2BUA ACDServer
VoicemailServer
Configuration ServerLDAP
InterfaceCSV Import
InterfaceSOAP
Interface
XML RPC API PostgreSQLServer
TFTP ServerFTP Server
HTTP Server
User Agents &Gateways
SQL
SQL
XML / RPCXML / RPC
XML / RPC SIP ConfigFiles
ConfigFiles
ConfigFiles
SIP
SIP / RTP
Config DataSIPX CONFIG
RESTInterface
MongoDBServer
CALLSTATES
SIPX ACD
JSON
JSON
Priorisierung von Media Services durch separate VMs
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PHYSICAL SERVERHYPERVISOR
SSOA 0 CONFIG SERVER
SIP Proxy
Media Services
MongoDB
PostgreSQL Server
SSOA 1 CONFIG SERVERMedia Services
MongoDB SIP Proxy
PostgreSQL Server
VM01VM00 HI PRIO VM02
VM10 HI PRIO VM11 VM12
SSOA 2 CONFIG SERVERMedia Services
MongoDB SIP Proxy
PostgreSQL Server
VM20 HI PRIO VM21 VM22
Priorisierung von Media Services durch separate VMs
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...
SSOA 0 CONFIG SERVER
SIP Proxy
Media Services MongoDB
PostgreSQL Server
SSOA 1 CONFIG SERVER Media Services
MongoDBSIP Proxy
PostgreSQL Server
VM00 VM01 HI PRIO VM02
VM10 VM11 VM12 HI PRIO
SSOA 2 CONFIG SERVERMedia Services
MongoDB SIP Proxy
PostgreSQL Server
VM20 HI PRIO VM21 VM22
... ... ... ...PHYSICAL SERVERS
VMs f
or C
UST
OM
ERS
Zusammenfassung / Ausblick
15.05.2013 20
Cloud-basierter UC-Anbieter mit einzelnen VMs für jeden Kunden
Öffentliches, RTC-fähiges„All-IP“ Mobilfunknetz
Cloud-based UC-Anbieter
PhysicalServer
Hypervisor
VM 1
MobilerUser Agent VM 2 VM x
Virtuelle Maschinen mitUC / RTC Application Servern für
jeden Kunden
Kunde 1 Kunde 2 Kunde x
RTC AS RTC AS RTC AS
Zusammenfassung / Ausblick
15.05.2013
● Analyse und Evaluation von alternativen Konzepten zu Virtualisierungslösungen für RTC Application Server.
● 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??
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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
15.05.2013 22
Haben Sie Fragen? Kontakt: Prof. Dr.-Ing. Diederich Wermser [email protected]
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