Automated Deployment of an Internet Protocol Telephony Service on Unmanned Aerial Vehicles Using Network Functions Virtualization

Borja Nogales; Ivan Vidal; Victor Sanchez-Aguero; Francisco Valera; Luis  F. Gonzalez; Arturo Azcorra

doi:10.3791/60425

פריסה אוטומטית של שירות טלפוניה בפרוטוקול אינטרנט בכלי רכב לא מאוישים באמצעות וירטואליזציה של פונ...

JoVE Journal
Engineering

This content is Free Access.

JoVE Journal Engineering

Automated Deployment of an Internet Protocol Telephony Service on Unmanned Aerial Vehicles Using Network Functions Virtualization

פריסה אוטומטית של שירות טלפוניה בפרוטוקול אינטרנט בכלי רכב לא מאוישים באמצעות וירטואליזציה של פונקציות רשת

Full Text

8,572 Views

07:49 min

November 26, 2019

DOI: 10.3791/60425-v

Borja Nogales*¹, Ivan Vidal*¹, Victor Sanchez-Aguero*^1,2, Francisco Valera*¹, Luis F. Gonzalez*¹, Arturo Azcorra*^1,2

¹Department of Telematic Engineering,Universidad Carlos III de Madrid, ²IMDEA Networks Institute

Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.

Overview

This protocol outlines the configuration of a network functions virtualization environment utilizing unmanned aerial vehicles (UAVs) to support the automated deployment of an IP telephony service. It demonstrates how UAVs can provide telecommunication services in areas lacking sufficient infrastructure.

Key Study Components

Area of Science

Telecommunications
Network Functions Virtualization
Unmanned Aerial Vehicles

Background

The protocol addresses the need for rapid service deployment in constrained environments.
It is relevant to the third generation of mobile networks.
Utilizes state-of-the-art virtualization technologies.
Demonstrated at 5TONIC, a leading 5G laboratory.

Purpose of Study

To configure a UAV-based network functions virtualization environment.
To automate the deployment of IP telephony services.
To validate the performance of telecommunication services in limited geographic areas.

Methods Used

Setup of a UAV cloud platform and verification of its status.
Downloading and uploading of VNF images and descriptors.
Deployment of network services via the OSM command line interface.
Monitoring and capturing traffic during IP telephony calls.

Main Results

Successful deployment of IP telephony services over UAVs.
Measured end-to-end delays below 60 milliseconds for over 80% of calls.
Traffic analysis showed low jitter values during calls.
Demonstrated feasibility of using UAVs for telecommunication in constrained environments.

Conclusions

The protocol effectively supports telecommunication service deployment using UAVs.
It can be adapted for use in various resource-constrained environments.
Future applications may extend beyond current experimental setups.

Frequently Asked Questions

What is the main objective of the protocol?

The main objective is to configure a UAV-based virtualization environment for automated IP telephony service deployment.

How does this protocol benefit telecommunications?

It allows for rapid deployment of services in areas where traditional infrastructure is lacking.

What technologies are utilized in this protocol?

The protocol uses state-of-the-art virtualization technologies and UAVs for network functions.

Where was this protocol demonstrated?

It was demonstrated at 5TONIC, a leading laboratory in 5G technology.

What are the performance metrics achieved?

The protocol achieved over 80% of calls with end-to-end delays below 60 milliseconds.

Can this protocol be used in other environments?

Yes, it can be adapted for various resource-constrained environments.

What safety measures should be considered?

Appropriate security measures and regulatory compliance should be followed during UAV operations.

מטרת הפרוטוקול המתואר היא כפולה: כדי לקבוע תצורה של סביבת וירטואליזציה של פונקציות רשת באמצעות כלי רכב לא מאוישים כישויות חישוביות המספקות את המבנה הבסיסי לביצוע פונקציות רשת וירטואליזציה ולשימוש סביבה זו כדי לתמוך בפריסה האוטומטית של שירות טלפוניה בפרוטוקול אינטרנט פונקציונלי דרך כלי הרכב האוויריים.

פרוטוקול זה יכול לסייע בפריסה אוטומטית של שירותי טלקומוניקציה על פני מכשירים מוגבלים, כגון באמצעות שירות טלפוניה הניתן באמצעות רשת אווירית של כלי טיס בלתי מאוישים. היתרון של פתרון זה הוא שהוא מקל בפריסה מהירה של שירותים על פני האזורים הגיאוגרפיים המוגבלים, שעבורם תשתיות תקשורת עשויות להיות לא זמינות או לא מספיקות. פרוטוקול זה הוגדר בתחום המחקר על הדור השלישי של רשתות סלולריות והוא מבוסס על טכנולוגיות ניצול פונקציה נורמלית המדינה של האמנות.

שיטה זו הוכח באמצעות אבות טיפוס מתקדמים הזמינים כאן ב 5TONIC, המעבדה המובילה האירופית 5G, אבל זה יכול להיות הוכח גם ללא מערכות וירטואליות 5G שלנו. כדי לאמת את ההגדרה הנכונה של פלטפורמת ענן של כלי טיס בלתי מוגבל, גש ללשונית מנהל מערכת, מידע מערכת באמצעות פרטי הכניסה המתאימים ולחץ במקטעים שירות מחשוב וסוכן רשת כדי לבדוק שהסטטוס של הפריטים המוצגים הוא למעלה. כדי להגדיר ניסוי, הורד את תמונות ה- VNF המיישמות את הרכיבים השונים של שירות הטלפוניה IP ממחזר הניסוי.

כדי להעלות את תמונות ה- VNF לכתב VIM שלהם, לחץ על צור תמונה וצור תמונה באמצעות הטופס המוצג. לאחר העלאת התמונות עבור כל VIM מתאים, הורד את מתארי VNF של הניסוי ממחזר הניסוי והיכנס לממשק המשתמש הגרפי של OSM עם אישורי מנהל המערכת. גרור ושחרר את המתארים בכרטיסיה חבילות VNF.

לאחר מכן, הורד את ה- NSD ממגור הניסוי וגרור ושחרר את ה- NSD לתוך הכרטיסיה חבילות NS של ממשק המשתמש הגרפי של OSM. כדי להוסיף חשבון VIM עבור פלטפורמת הענן של כלי טיס בלתיAV VIM ולפלטפורמת הליבה בענן VIM, בכרטיסיה חשבונות VIM, לחץ על PLUS NEW VIM והשלם את הטופס המוצג עם המידע המבוקש עבור שני ה- VIMs. כדי ליזום ניסוי, גש לממשק שורת הפקודה של OSM ופרוס את שירות הרשת.

הקלד את הפקודה כדי להפעיל את שירות הרשת בממשק שורת הפקודה המציין את ה- VIM שישמש לאירוח כל VNF. כאשר ממשק המשתמש הגרפי של OSM מציין פריסה מוצלחת של שירות רשת, הפעל את כלי הטיס בלתי מאוישים והתחבר ליישום בקרת הטיסות של כלי טיס של כלי טיס בלתי מאוישים. לאחר מכן, לשלוט על הטיסה של כל מל"ט כדי לשמור על הרכב בגובה ביניים כדי למנוע כל מערבולת הנגרמת על ידי סיבוב המנועים קרוב לפני השטח.

כדי להכין טלפון IP לביצוע שיחה, חבר קול אלחוטי באמצעות טלפון IP לאחת מנקודות הגישה המוצעות על-ידי שירות הרשת. לאחר מכן, לחץ על מתקדם ו- TCP/IP ובדוק שתצורת כתובות ה- IP והנתב נקבעה כראוי. כדי להפוך את ההחלפה המתאימה של הודעות איתות לשרת טלפוניית IP לזמינה, פתח את האפליקציה ולחץ על המסייע, ולהשתמש בחשבון SIP כדי ליצור חשבון משתמש.

לאחר מכן ציין את שם המחשב המארח של שרת הטלפוניה של IP, VNF. אם אתה משתמש בקול כף יד בטלפון IP, נקוט צעדים דומים למה שהוצג זה הרגע. כדי ליצור ערך בספר טלפונים של IP, לחץ על אפשרויות והזן את הכתובת או את מספר הטלפון בחלון.

לאחר הניסוי מציג את משתתפי השיחה במיקומים שלהם, אחד המשתמשים יכול ליזום שיחת טלפוניה IP. כדי ליזום את השיחה לצד השני, לחץ על לחצן התקשר. כאשר טלפון ה- IP האחר מתחיל לצלצל, השתמש בלחצן התקשר כדי לקבל את השיחה הנכנסת.

כדי לאסוף את התוצאות הניסיוניות, חבר מחשב נישא של סחורה לאחת מנקודות הגישה האלחוטיות והפעל את כלי שורת הפקודה ping לכתובת ה- IP שהטלפון חיבר לנקודת הגישה האחרת במשך 180 שניות. לאחר שהחיבור נוצר עם נקודת הגישה, אמת את קישוריות ה- IP עם טלפון ה- IP ושמור את מדידות הזמן הלוך ושוב. כדי ללכוד את התעבורה שהוחלף במהלך קריאת ה- IP, בצע את כלי שורת הפקודה Dump של TCP באחד מ- VNFs של נקודת הגישה הפועלת ושמור תעבורה זו בקובץ, תוך הפיכת דגל הכתיבה של כלי שורת הפקודה לזמין בזמן הביצוע וציון שם הקובץ.

לאחר מכן בצע שיחת טלפוניה חדשה של IP ושמור על השיחה למשך פרק זמן מסוים לפני סיום השיחה. כאן, נתונים מתוך שיחת IP קולית אמיתית מדגימים את פונקציית ההתפלגות המצטברת של ההשהיה מקצה לקצה הנמדדת בין שני פריטי ציוד של משתמש קצה. יותר מ-80% ממדידות ההשהיה מקצה לקצה היו מתחת ל-60 אלפיות השניה בניתוח זה ואף אחת מהמידות לא הייתה גבוהה מ- 140 אלפיות השניה, מה שמבטיח את מדדי ההשהיה המתאימים לביצוע שיחה קולית.

כאן, חילופי הודעות איתות DNS ו- SIP מאויר עם ההודעות המתאימות לרישום של אחד המשתמשים בשרת טלפוניה IP להקמת השיחה הקולית. בגרף מייצג זה של תעבורת נתונים שנלכדה במהלך שיחה, מוצג זרם קבוע של מנות קול המשודרות ומתקבלות על-ידי אחד הטלפונים האלחוטיים במהלך השיחה. בגרף זה, ניתן לראות את הרטט בכיוון קדימה של תעבורת הנתונים, עם ערך ממוצע נמוך מ- 1 אלפית שנייה.

בעת שכפול פרוטוקול זה, חשוב לשקול ניצול של מחשבים חד-יציאתיים כדי לבצע את הגורם המכיל של הווירטואליזציה. פרוטוקול זה עשוי לשמש בסביבות אחרות שבהן התקנים מוגבלים במשאבים עשויים להיות זמינים, לדוגמה, בסביבות הצפון-מזרחיות. אם הפרוטוקול כולל ניסוי הליך טיסה, הקפד לפעול בהתאם לאמצעי האבטחה המתאימים ולהצהרה הרגולטורית המתאימה.