Distribuzione automatizzata di un servizio di telefonia con protocollo Internet su veicoli aerei senza equipaggio mediante virtualizzazione delle funzioni di rete
26 novembre 2019
L'obiettivo del protocollo descritto è duplice: configurare un ambiente di virtualizzazione delle funzioni di rete utilizzando veicoli aerei senza equipaggio come entità computazionali che forniscono la struttura sottostante per eseguire funzioni di rete virtualizzate e utilizzare questo ambiente per supportare l'implementazione automatizzata di un servizio di telefonia di protocollo Internet funzionale sui veicoli aerei.
Questo protocollo può aiutare nella distribuzione automatizzata di servizi di telecomunicazione su dispositivi vincolati, ad esempio con il servizio di telefonia fornito attraverso una rete aerea di veicoli aerei senza equipaggio. Il vantaggio di questa soluzione è che facilita la rapida diffusione dei servizi rispetto alle aree geografiche limitate, per le quali le infrastrutture di comunicazione potrebbero non essere disponibili o insufficienti. Questo protocollo è stato definito nell'ambito della ricerca sulla terza generazione di reti mobili e si basa su tecnologie di utilizzo delle funzioni normali all'avanguardia.
Questo metodo è stato dimostrato utilizzando i prototipi avanzati disponibili qui a 5TONIC, il laboratorio leader europeo nel 5G, ma può essere dimostrato anche senza i nostri sistemi virtuali 5G. Per verificare la corretta configurazione di una piattaforma cloud UAV, accedere alla scheda Amministratore, Sistema, Informazioni di sistema utilizzando le informazioni di accesso appropriate e fare clic nelle sezioni Servizio di elaborazione e Agente di rete per verificare che lo stato degli elementi visualizzati sia attivo. Per configurare un esperimento, scaricare le immagini VNF che implementano i diversi componenti del servizio di telefonia IP dal repository dell'esperimento.
Per caricare le immagini VNF sul VIM corrispondente, fare clic su Crea immagine e creare un'immagine utilizzando il modulo visualizzato. Dopo aver caricato le immagini per ogni VIM corrispondente, scaricare i descrittori VNF dell'esperimento dal repository dell'esperimento e accedere all'interfaccia utente grafica OSM con le credenziali di amministratore. Trascinare i descrittori nella scheda Pacchetti VNF.
Quindi, scaricare l'NSD dal repository dell'esperimento e trascinare l'NSD nella scheda NS Packages dell'interfaccia utente grafica di OSM. Per aggiungere un account VIM per la piattaforma cloud UAV VIM e per la piattaforma cloud principale VIM, nella scheda Conti VIM fare clic su più Nuovo VIM e compilare il modulo visualizzato con le informazioni richieste per entrambi i VIM. Per avviare un esperimento, accedere all'interfaccia della riga di comando di OSM e distribuire il servizio di rete.
Digitare il comando per eseguire il servizio di rete nell'interfaccia della riga di comando specificando il VIM che verrà utilizzato per ospitare ogni VNF. Quando l'interfaccia utente grafica di OSM indica una distribuzione riuscita del servizio di rete, attivare gli UAV e accedere all'applicazione di controllo di volo UAV. Quindi, controllare il volo di ogni UAV per mantenere stabilmente il veicolo ad un'altezza intermedia ed evitare qualsiasi turbolenza causata dalla rotazione dei motori vicino a una superficie.
Per preparare un telefono IP per effettuare una chiamata, collegare una voce wireless tramite telefono IP a uno dei punti di accesso offerti dal servizio di rete. Fare quindi clic su Avanzate e TCP/IP e verificare che gli indirizzi IP e router siano configurati correttamente. Per abilitare lo scambio appropriato di messaggi di segnalazione con il server di telefonia IP, apri l'app e fai clic su Assistente e usa un account SIP per creare un account utente.
Specificare quindi il nome host del server di telefonia IP VNF. Se si utilizza una voce portatile tramite telefono IP, adottare misure simili a quanto appena mostrato. Per creare una voce in una rubrica telefonica IP, fare clic su Opzioni e immettere l'indirizzo o il numero di telefono nella finestra.
Una volta che l'esperimento presenta i partecipanti alla chiamata nelle rispettive posizioni, uno degli utenti può avviare una chiamata di telefonia IP. Per avviare la chiamata all'altra parte, premere il pulsante Chiama. Quando l'altro telefono IP inizia a squillare, utilizzare il pulsante Chiama per accettare la chiamata in arrivo.
Per raccogliere i risultati sperimentali, collegare un laptop di base a uno dei punti di accesso wireless ed eseguire lo strumento da riga di comando ping all'indirizzo IP collegato dal telefono all'altro punto di accesso per oltre 180 secondi. Una volta stabilita la connessione con il punto di accesso, verificare la connettività IP con il telefono IP e salvare le misurazioni del tempo di andata e ritorno. Per acquisire il traffico scambiato durante la chiamata IP, eseguire lo strumento da riga di comando dump TCP in uno dei VRF del punto di accesso in esecuzione e salvare il traffico in un file, abilitando il flag di scrittura dello strumento da riga di comando al momento dell'esecuzione e specificando il nome del file.
Eseguire quindi una nuova chiamata di telefonia IP e mantenere la chiamata per un periodo di tempo specifico prima di terminare la chiamata. Qui, i dati di una vera chiamata voice over IP dimostrano la funzione di distribuzione cumulativa del ritardo end-to-end misurato tra due elementi dell'apparecchiatura dell'utente finale. Più dell'80% delle misurazioni del ritardo end-to-end erano inferiori a 60 millisecondi in questa analisi e nessuna delle misurazioni era superiore a 140 millisecondi, garantendo le metriche di ritardo appropriate per l'esecuzione di una chiamata vocale.
Qui, uno scambio dei messaggi di segnalazione DNS e SIP viene illustrato con i messaggi corrispondenti alla registrazione di uno degli utenti nel server di telefonia IP e all'istituzione della chiamata vocale. In questo grafico rappresentativo del traffico dati acquisito durante una chiamata, viene mostrato un flusso costante di pacchetti vocali trasmessi e ricevuti da uno dei telefoni wireless durante la chiamata. In questo grafico, è possibile osservare il jitter nella direzione in avanti del traffico dati, con un valore medio inferiore a 1 millisecondo.
Quando si riproduce questo protocollo, è importante considerare l'utilizzo di computer a porta singola per eseguire i contenitori di virtualizzazione. Questo protocollo potrebbe potenzialmente essere utilizzato in altri ambienti in cui i dispositivi vincolati alle risorse potrebbero essere disponibili, ad esempio, negli ambienti nord-est. Se il protocollo include uno sperimentatore della procedura di volo, assicurati di seguire le misure di sicurezza appropriate e la relativa dichiarazione normativa.
Panoramica
Questo protocollo descrive la configurazione di un ambiente di virtualizzazione delle funzioni di rete che utilizza veicoli aerei senza pilota (UAV) per supportare il deployment automatizzato di un servizio di telefonia IP. Illustra come gli UAV possano fornire servizi di telecomunicazione in aree prive di infrastrutture adeguate.
Componenti Chiave dello Studio
Area della Scienza
- Telecomunicazioni
- Virtualizzazione delle funzioni di rete
- Veicoli aerei senza pilota
Sfondo
- Il protocollo affronta la necessità di un rapido deployment del servizio in ambienti vincolati.
- È rilevante per la terza generazione di reti mobili.
- Utilizza tecnologie di virtualizzazione all'avanguardia.
- Dimostrato presso 5TONIC, un laboratorio leader nel campo del 5G.
Scopo dello studio
- Configurare un ambiente di virtualizzazione delle funzioni di rete basato su UAV.
- Automatizzare il deployment dei servizi di telefonia IP.
- Validare le prestazioni dei servizi di telecomunicazione in aree geografiche limitate.
Metodi Utilizzati
- Configurazione di una piattaforma cloud UAV e verifica del suo stato.
- Download e upload di immagini e descrittori di VNF.
- Distribuzione di servizi di rete tramite l'interfaccia a riga di comando OSM.
- Monitoraggio e acquisizione del traffico durante chiamate di telefonia IP.
Risultati principali
- Implementazione riuscita di servizi di telefonia IP tramite UAV.
- Ritardi end-to-end misurati inferiori a 60 millisecondi per oltre l'80% delle chiamate.
- L'analisi del traffico ha mostrato valori di jitter bassi durante le chiamate.
- Dimostrata la fattibilità dell'uso di UAV per le telecomunicazioni in ambienti limitati.
Conclusioni
- Il protocollo supporta efficacemente il dispiegamento di servizi di telecomunicazione mediante UAV.
- Può essere adattato per l'uso in diversi ambienti con risorse limitate.
- Applicazioni future potrebbero estendersi oltre le attuali configurazioni sperimentali.
Domande frequenti
Rilevanza Industriale del Contenuto
Questo protocollo dimostra come i veicoli aerei senza pilota possano fungere da piattaforme informatiche distribuibili per la virtualizzazione delle funzioni di rete, consentendo un'impostazione rapida dei servizi di telecomunicazione in scenari con infrastrutture limitate. L'approccio supporta la validazione predittiva dell'affidabilità delle comunicazioni in ambienti vincolati, rilevanti per gli interventi in caso di disastri e le operazioni in zone remote. Fornisce un quadro meccanicistico di riduzione dei rischi per valutare le prestazioni del servizio vocale in tempo reale in condizioni di rete variabili.
Applicazioni Strategiche nella Ricerca e Sviluppo in Biopharma
Scoperta Precoce e Validazione del Target
- Valore scientifico: Consente la verifica di ipotesi sulla affidabilità della comunicazione come variabile funzionale nei sistemi biologici di monitoraggio distribuito.
- Valore operativo: Fornisce un metodo riproducibile per isolare le variabili dipendenti dalla rete che influenzano la fedeltà della trasmissione dei dati in tempo reale.
Sviluppo di screening e saggi
- Valore scientifico: Supporta la preparazione di endpoint di comunicazione standardizzati e quantificabili per la validazione di sistemi saggio dipendenti dalla telemetria.
- Valore operativo: Fornisce output misurabili come ritardo end-to-end e jitter per valutare la prontezza della piattaforma al flusso continuo di dati di biomarcatori.
Ricerca Translazionale e Preclinica
- Valore scientifico: Facilita la continuità traslazionale assicurando collegamenti affidabili di comando e controllo tra stazioni a terra e piattaforme aeree per il campionamento in studi preclinici sul campo.
- Valore operativo: Permette decisioni di avanzamento proporzionate al rischio quantificando le soglie di latenza nelle comunicazioni, fondamentali per studi di intervento sensibili al tempo.
Integrazione di Pipeline e Flusso di Lavoro
Il metodo si integra nei flussi di lavoro di scoperta in cui una comunicazione affidabile a bassa latenza è essenziale per coordinare sistemi sperimentali distribuiti, in particolare in contesti preclinici mobili o remoti.
- Biologia della Scoperta: Supporta la verifica di ipotesi riguardo agli effetti ambientali sull'integrità della trasmissione del segnale nelle reti di sensori aerei.
- Screening: Garantisce la prontezza del saggio verificando la stabilità della rete e le metriche di prestazione quantitative prima di schierare piattaforme di screening dipendenti dalla telemetria.
- Analisi: Fornisce misurazioni del ritardo end-to-end e della variazione temporale (jitter) che consentono un confronto oggettivo della qualità del collegamento di comunicazione in diverse condizioni di volo.
- Ricerca Translazionale: Collega la validazione delle comunicazioni nella fase di scoperta alla continuità preclinica, confermando l'affidabilità del collegamento di controllo in tempo reale per i sistemi di raccolta dati aerei.
- Riutilizzo Aziendale: Stabilisce una capacità riutilizzabile per distribuire rapidamente reti di comunicazione ad hoc in diversi siti di ricerca sul campo.
Impatto Operativo ed Aziendale
- Valore scientifico: Affidabilità predittiva nelle prestazioni del collegamento dati in tempo reale, riduzione della variabilità sperimentale indotta dalle comunicazioni.
- Valore operativo: Standardizzazione delle procedure di implementazione, riproducibilità della validazione delle prestazioni della rete, scalabilità su più nodi UAV.
- Valore strategico: Decisioni più accurate su avvio o meno del dispiegamento sul campo basate su soglie di comunicazione validate, riduzione del rischio di perdita dati in studi remoti.
- Impatto sul portafoglio: Prioritizzazione corretta in base al rischio delle tecnologie utilizzabili sul campo, basata sull'affidabilità comprovata delle comunicazioni in ambienti vincolati.
Considerazioni sull'implementazione
- Competenze richieste in virtualizzazione delle funzioni di rete, operazioni di volo di UAV e configurazione della telefonia IP.
- Necessità di computer leggeri basati su scheda singola, punti di accesso wireless e software open source per l'orchestrazione (OSM).
- È richiesta una standardizzazione tra i team operativi per il volo, l'ingegneria di rete e l'acquisizione dati.
- Le considerazioni per l'adattamento includono le diverse capacità di carico utile degli UAV, l'autonomia di volo e gli effetti dell'interferenza ambientale sulla propagazione del segnale.
- I limiti pratici includono la dipendenza dalla visibilità diretta per prestazioni wireless ottimali e i vincoli normativi relativi all'altitudine di volo degli UAV e all'uso delle frequenze.
