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Déploiement d'IMS et provisionnement de la QoS dans le nuage informatique

Khazri, Saida (2015). Déploiement d'IMS et provisionnement de la QoS dans le nuage informatique. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Le IP Multimedia Subsystem (IMS) est un framework technologique révolutionnaire de réseaux de nouvelle génération basée sur une architecture standardisée qui fournit une variété de services multimédia. Parmi ces services on trouve la communication téléphonie, la messagerie, les photos, les vidéos, l’Internet ou la combinaison entre eux sur un même réseau IP. Cette architecture est adoptée par la plupart des opérateurs téléphoniques partout dans le monde comme une entité prenante de leurs réseaux ce qui leur permet de conquérir d’autres marchés de clientèles potentiels grâce aux services standardisés qui sont évolutifs, accessibles et crédibles.

Cependant, avec l’évolution rapide des technologies de l’information et de la communication (TIC), les opérateurs sont confrontés à de nombreux défis pour mieux comprendre l’exigence du marché de clientèle de téléphones mobiles et intégrer davantage de nouveaux services et d’apporter de nouvelles solutions informatiques concomitantes avec l’évolution du marché de l’information. Ces défis à relever sont dus particulièrement, à l’architecture complexe des réseaux des opérateurs téléphoniques et la difficulté du processus de déploiement des services, au manque des services de télécommunications à valeur ajoutée avec une lourde charge pour les CAPEX et OPEX nécessaires pour l’intégration de ces nouveaux services, à la croissance rapide et sans cesse de la demande des services réseaux ainsi qu’au périphérique connectés sur ces derniers qui est étroitement lié au nombre élevé des abonnées téléphoniques, aussi la capacité limitée des équipements réseaux de l’opérateur téléphonique proscrivant une gestion de qualité équitable de service entre les utilisateurs de réseau.

Aujourd’hui, le nuage informatique est en train de changer les manières de fournir les services sur le protocole internet. Avec les caractéristiques attrayantes de l’informatique en nuage comme l’accès via le réseau, à la demande et en libre service à des ressources informatiques virtualisées et mutualisées, un pool partagé des ressources configurables comprenant les réseaux, les serveurs, des applications et des services qui peuvent être fournis rapidement à la fois évolutives et élastique avec le minimum d’intervention d’utilisateurs. Il a apporté des nouvelles opportunités pour les opérateurs de télécommunications avec la migration des applications et des services Telco aux environnements de nuages informatiques.

Dans cette thèse, notre objectif était de déployer l’application Telco IMS dans l’écosystème du nuage informatique. À travers, la cloudification d’IMS, les opérateurs auront plus de flexibilité et de facilité de déployer de nouveaux services informatiques ou des services déjà existants à fin d’apporter une nouvelle valeur ajoutée à leurs réseaux avec les meilleures performances et à moindre coût.

Étant donné que la qualité de service (QoS) est l’un des éléments clés liés à l’IMS et qu’elle se trouve très rationnel pour les services en temps réel fourni par ce système et il se trouve à l’encontre que l’insuffisance de ressources informatiques dégrade cette QoS et affecte la perception du service demandé d’où la non satisfaction de l’utilisateur. Partant de cette controverse nous avons proposé un modèle de provisionnement de la QoS pour les architectures d’IMS déployé dans l’environnement de nuage informatique. Le modèle proposé "IMS QoS Provisionning" nous a permis d’automatiser le processus de provisionnement des ressources d’IMS pour fournir une meilleure qualité de service aux utilisateurs finaux.

Pour justifier la possibilité de la cloudification d’IMS, nos recherches ont été axées sur l’utilisation des produits IMS open source. Ainsi, nous avons déployé deux bancs d’essai dans le nuage on utilisant des solutions IMS open source dans le nuage : Open Source IMS Core (FOKUS, 2006) et Clearwater IMS (Metaswitch, 2013). Nous avons également exploité une solution open source comme infrastructure en tant que Service (IaaS) OpenStack (Rackspace, 2013). Pour comparer les systèmes IMS dans le nuage informatique avec le système IMS fixe nous avons implémenté un troisième banc d’essai sur des serveurs physiques là où nous avons utilisé Open Source IMS Core solution (FOKUS, 2006).

Le test de fonctionnement des deux bancs d’essai d’IMS dans le nuage et de la solution IMS traditionnelle a été mené avec succès. Le test est effectué en utilisant plusieurs logiciels gratuits de base sur SIP comme des clients d’IMS. Les résultats de performance montrent que les deux solutions virtualisées IMS donnent des performances similaires sinon meilleures que celle de la solution IMS traditionnelle déployée dans des hôtes physiques. Cependant, “IMS Cloud Clearwater” a toujours donné des résultats meilleurs que les deux autres solutions.

En général les mesures ont montré que la variation des deux délais d’enregistrement (RRD) et le délai d’établissement d’une session (SRD) sont liés au nombre d’utilisateurs connectés aux réseaux d’opérateurs. De même pour les ressources virtuelles (CPU et mémoire) utilisées par les entités d’IMS qui sont hébergées sur des machines virtuelles. En augmentant le nombre d’appels téléphoniques sur le réseau IMS, nous aurons une augmentation des valeurs de métriques du plan de contrôle (RRD, SRD, IMD) et plan de données (RTP delay, Inter arrival jitter). Cette augmentation du nombre d’utilisateurs procrée une croissance semi-linéaire des ressources requises par chaque machine virtuelle.

Titre traduit

IMS deployment and QoS provisioning in the cloud computing

Résumé traduit

IP Multimedia Subsystem (IMS) is revolutionary technological framework that changed the way we communicate based on standardized architecture that provides a variety of multimedia services such as telephony, text, picture, video , Internet or a combination of them over one IP network. This architecture is adopted by most of the operators over the world as a part of their networks and enabled a reach market with standardized services that are scalable, available and dependable.

However, with the rapid development of information technology and communication (ICT), telecom operators are facing many challenges in understanding the requirement of the mobile phone market and customers include more new services and bring new opening IT solutions concurrent with changes in the market.

These challenges are due particularly to the complex architecture of the operators networks and the hard process of services deployment, the lack of value-added services and the huge CAPEX and OPEX required for the integration of these new services, the rapid and the continually growth of network services demand and devices connected to the operators networks which is linked to the increase of the number of subscribers, also the limited capacity of the existing networks equipments to handle all the users request with with the same telecom grade.

Today, cloud computing is changing the ways of providing services over Internet Protocol. With the attractive characteristics of Cloud Computing, on-demand network access, shared pool of configurable computing resource comprising networks, severs, storages, applications and services that can be quickly provisioned, additionally the scalability and the elasticity that can be managed with a less user interaction. It’s bringing a new market opportunity to the operators with the migration of the telecom applications and services to the Cloud Computing environment.

In this thesis we aim firstly to deploy the Telco application IMS to the Cloud ecosystem. Through IMS cloudification, operators will have more flexibilities and facilities to deploy new or existing Telco’s services and to bring new value added to their network with a better performance and lower cost and time.

Given that the quality of service (QoS) is one of the key elements related to the IMS and it is very rational for real-time services provided by this system. The lack of computing resources degrade the QoS and affects the user perception and satisfaction of the service.

From this controversy we proposed a QoS provisioning model for the deployed IMS architectures in the cloud computing environment. The proposed model "IMS QoS Provisioning" aims to automate the provisioning process of the IMS resources to provide a better QoS to the end users.

In order to validate the IMS cloudification, we used the open source IMS product. Thus, we deployed two testbeds architectures in the Cloud using an open source IMS solutions : Open Source IMS Core (FOKUS, 2006) and Clearwater IMS (Metaswitch, 2013). As an infrastructure we used an open source Openstack (Rackspace, 2013) as our Infrastructure as a Service (IaaS) and our solutions are deployed in the private cloud of the Synchromedia using Ericsson Blade Servers. To compare the performance of the cloud IMS architectures with the fixed IMS we implemented a third testbed where we used Open Source IMS Core solution (FOKUS, 2006).

The functional testing of the Cloud IMS testbeds has been conducted successfully as well for the traditional solution using several free SIP based software clients. The performance results show that both the virtualized IMS solutions give similar if not better performances than the fixed IMS solution deployed in physical hardware. However, Cloud Clearwater IMS has always given a better performance than the other two architectures.

General measurement showed the variation of the QoS metrics RRD and SRD delay is linked to the number of the user connected to the operators’ network as well the virtual resources usage (CPU and memory) of IMS hosted virtual machine. By increasing the number of phone calls to the IMS network, we will have an increase in the latency of the control plan metrics (RRP, SRD, IMD) and data plane (RTP delay, Inter arrival jitter). This increase in the number of users procreate a semi-linear growth of the resources required by each virtual machine.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en génie concentration réseaux de télécommunications". Bibliographie : pages 130-132.
Mots-clés libres: Sous-système multimédia IP. Infonuagique. Qualité de service (Réseaux d'ordinateurs) IMS, nuage informatique, qualité de service, provisionnement
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Cheriet, Mohamed
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie
Date de dépôt: 14 avr. 2015 20:01
Dernière modification: 14 mars 2017 20:18
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1452

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