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

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Motivation

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

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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

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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

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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

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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

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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

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● 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!

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Haben Sie Fragen? Kontakt: Prof. Dr.-Ing. Diederich Wermser d.wermser@ostfalia.de