Netzmodellierung und ISDN-NGN-Migration
IP-Netzmanagement, Netzplanung und OptimierungWorkshop am 18. und 19. Juli 2005 an der Universität Würzburg
Dipl.-Ing. Soulaimane El Bouarfati
Dipl.-Ing. Frank Weber
Prof. Dr.-Ing. Ulrich Trick
Forschungsgruppe für TelekommunikationsnetzeFachhochschule Frankfurt am Main
Kleiststr. 360318 Frankfurt,Tel. 06196/641127
E-Mail: [email protected]: 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.
Prof. Dr.-Ing. U. TrickFH FrankfurtFachgebiet Digitale Übertragungstechnik - Telekommunikationsnetze
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Übersicht
1 Einführung
2 Neues Netzmodell
3 Vorgehen beim Netzdesign
4 Interworking zwischen Netzen
5 ISDN-NGN-Migration
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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!
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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
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Business Stratum
ApplicationStratum
Service Stratum
Transport Stratum
PhysicalLayer
Management PlaneControl Plane
User Plane
Netzmanagement
Merkmale
Basisnetzfunktionen Sicherheit Quality of ServiceDienste Mobilität
Neues Netzmodell mit Strata und Funktionssäulen
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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
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IP-basiertes Netzmanage-
ment
IP-basierteVerbindungs-
steuerung
IP-basierteNutzdaten-
übertragung
Persönliche Mobilität
Session-Mobilität
Dienste-mobilität
Endgeräte-mobilität
Einfache TK-Dienste
und Dienstmerk-
male
(z.B. Halten, Makeln,
Rufweiter-schaltung)
Dreier-konferenz
Erweiterte Dienste und Dienstmerk-
male
Ressourcen-reservierung
Aushandlung von QoS
Vertraulich-keit
Integrität
Authentifi-zierung
Zugriffs-kontrolle
Verbindlich-keit
Verfügbar-keit
Anonymität
Basisnetzfunktionen Sicherheit Quality of ServiceDienste Mobilität
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Definition der Anforderungen an ein Netz
Basisnetzfunktionen
Business Stratum
IP-basiertes Netzmanage-
ment
IP-basierteVerbindungs-
steuerung
IP-basierteNutzdaten-
übertragung
Application Stratum
UDP, ggf. TCP
IP
DL
PhyService Stratum
Transport Stratum
PhysicalLayer
RTP (z.B. mit G.723)
SIP
SNMP
Management PlaneControl Plane
User Plane
Basisnetzfunktionen
RTP (z.B. mit G.723)SIP
SNMP
DL, IP, UDPDL, IP, UDP, ggf. TCP
DL, IP, UDP
PhyPhy
Phy
2. Schritt: Aus Anforderungen Funktionen ableiten
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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
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4. Schritt: Erforderlichenfalls ergänzen von Funktionen in einem oder mehreren Netzknoten
− Zusätzliche Funktionen werden vom Modell automatisch für das Gesamtnetz übernommen
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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 - ÜbersichtDas zu modellierende
Netz
Anforderungen an das Netz
Funktionen für das Netz ableiten
Funktionen auf Netzknoten verteilen
Grafisches Modell
Exportieren der Merkmale
Rechnungsmodell
Ergebnisse aus dem Rechnungsmodell
Netzoptimierung Netzberechnungen Migrationsszenarien
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)
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Interworking zweier verschiedener Netze
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IWF
X-Y-Interworking FunctionNetz X, z.B. ISDN-Netz Netz Y, z.B. SIP/IP-Netz
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Netz 1
ISDN
Netz 2
SIP/IPTGW
AGW
RGW
PSTN-Endgerät PSTN-Endgerät PSTN-Endgerät IP-Phone IP-Phone
….
SIP: Session Initiation ProtocolISDN: Integrated Services Digital NetworkPSTN: Public Switched Telephone Network
TGW: Trunking GatewayAGW: Access GatewayRGW: Residential Gateway
ISDN-/SIP/IP-Migration
Teilnehmer-Verkehrswerte− 0,119 Erl pro PSTN-Teilnehmer (B-Kanal)− 0,4 Erl Verkehrswert pro SIP/IP-TeilnehmerTrunking 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 KEResidential Gateway (RGW)− Verkehrswert: 0,119 Erl− Kosten: 1,2 KEIP-Phone− Verkehrswert: 0,4 Erl− Kosten: 1 KE
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Teilnehmerentwicklung bei linearer Migration
53 Mio 53 Mio
Teilnehmerentwicklung
0
10.000.000
20.000.000
30.000.000
40.000.000
50.000.000
60.000.000
0 5 10 15 20 25 30
Zeitpunkt
Teiln
ehm
er
ISDN-Teilnehmer SIP-IP-Teilnehmer
53 Mio53 Mio
TGWs und ihre Kosten
050
100150200250300350400450500
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25Zeitpunkte
Stüc
k
030.00060.00090.000120.000150.000180.000210.000240.000270.000300.000
Kos
ten
in K
E
ISDN/SIP-IP-GWs Kosten
max. 264.240 KE
max. 367
Anzahl der Trunking Gateways und Kosten
KE
: Kos
tene
inhe
it
AGWs und ihre Kosten
0
500
1.000
1.500
2.000
2.500
3.000
3.500
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25Zeitpunkt
Stüc
k
0
5.000.000
10.000.000
15.000.000
20.000.000
25.000.000
30.000.000
35.000.000
Kos
ten
in K
E
Anzahl der benötigten AGW Kosten
33 Mio
2.650
Anzahl der Access Gateways und Kosten
Anzahl der Residential Gateways und Kosten
RGWs und ihre Kosten
0
10
20
30
40
50
60
70
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25
Mill
ione
n
Zeitpunkt
Stüc
k
0
10
20
30
40
50
60
70
Mill
ione
n
Kos
ten
in K
E
Anzahl benötigter RGWs Kosten
63 Mio
53 Mio
Migrationskosten
010
2030
4050
6070
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25
Mill
ione
n
Zeitpunkt
Kos
ten
in K
E
010
2030
4050
6070
Mill
ione
n
Kos
ten
in K
E
TGWs-Kosten AGWs-KostenRGWs-Kosten IP-Phones-Kosten
Migrationskosten im Vergleich
63,6 Mio
53 Mio
33,1 Mio
264 240
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
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Anzahl benötigter IP Edge Router
0
200
400
600
800
1.000
1.200
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30Zeitpunkt
Stüc
k
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
Anzahl IP Edge Router bei VoIP
+ 15 %
+ 34 %
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.
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