Name: automated deployment of an internet protocol telephony service on unmanned aerial vehicles using network functions virtualization
Uploaded: 2019-11-26T14:00:00
Duration: 7 min 49 s
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这项工作得到了欧洲H2020 5GRANGE项目（赠款协议777137）以及西班牙经济和竞争力部资助的5GCIty项目（TEC2016-76795-C6-3-R）的部分支持。Luis F. Gonzalez 的工作部分得到欧洲 H2020 5GinFIRE 项目（赠款协议 732497）的支持。

1. 实验的必备条件
<ol><li>安装开源 MANO （OSM） 项目提供的管理和编排 （MANO） 软件堆栈。具体来说，此实验使用 OSM 版本 FOUR20，它可以在单个服务器计算机或虚拟机 （VM） 中执行，满足 OSM 社区指定的要求：Ubuntu 16.04 作为操作系统（64 位变体映像）、两个中央处理单元 （CPU）、8 GB 随机存取内存 （RAM）、40 GB 存储磁盘和具有 Internet 访问的单个网络接口。安装 OSM 版本 FOUR 的过程及其技术详细信息可在 OSM 社区21提供的在线文档中找到。</li>
	<li>设置云计算平台，提供符合 OSM 版本 FOUR 的虚拟基础架构管理器 （VIM） 功能。对于此实验，使用 OpenStack 版本 Ocata22，在具有 Ubuntu 16.04 作为操作系统、四个 CPU、16 GB RAM 和 200 GB 存储磁盘的 VM 中运行。在实验中，VIM 管理由两台高配置文件服务器计算机集成的 NFV 基础结构 （NFVI），每台计算机都以 Ubuntu 16.04 作为操作系统、8 个 CPU、128 GB RAM 和 4 TB 存储磁盘。有关如何设置云计算平台的所有信息都包含在 OpenStack 文档23中包含的安装指南中。此云平台称为核心云平台。</li>
	<li>为无人机设置额外的云计算平台称为无人机云平台。<ol>
<li>确保此平台具有基于 OpenStack 版本 Ocata 的 VIM。在这种情况下，VIM 安装使用的资源是 Ubuntu 16.04 作为操作系统、两个 CPU、6 GB RAM、100 GB 存储磁盘和一个外部 Wi-Fi USB 适配器。</li>
		<li>此云平台中集成的 NFVI 包括一台固定计算服务器（Ubuntu 16.04 作为操作系统、8 个 CPU、8 GB RAM、128 GB 存储磁盘和一个外部 Wi-Fi USB 适配器）和三台单板计算机 （SBC）。后者提供了一个硬件平台，可以很容易地在无人机上登载。有关将这些设备设置为计算节点的 UAV 云平台的过程，请参阅第 3 节。</li>
	</ol></li>
	<li>为每个 SBC 配备安装在顶部 （HAT） 上的电池电源硬件，以确保这些装置在运动时也能运行，由无人机携带。 注：步骤 1.5 是可选的，因为实验中的网络服务的提供不依赖于具有 UAV。此外，SBC 作为 UAV 的有效负载携带，不需要其他连接（例如以太网或 USB），因为 IP 电话服务正常运行所需的网络通信由 SBC 通过其 Wi-Fi 适配器提供，并且电源由步骤 1.4 中提到的电源 HAT 提供。</li>
	<li>通过固定附件将每个 SBC 作为无人机的有效负载连接。在本实验中，选择了三个商用无人机来传输 SBC 提供的计算单元。</li>
	<li>选择两个支持 IEEE 802.11b 无线通信标准的无线 IP 语音 （VoIP） 电话;此型号通过 Wi-Fi 提供无线通信。作为替代方案，语音呼叫可以使用软电话应用程序执行，如Linphone24或Jitsi25。</li>
	<li>作为实验要求，请确保：a） OSM 软件堆栈和每个 VM 之间的第 3 层通信的可用性，以便对为此实验开发的网络服务进行精心部署;b） 第 3 层通信在每个云平台上的 OSM 和 VNF 之间，以支持 VNF 配置过程，c） 在每个 VIM 上运行的 VNF 之间的第 3 层通信，以实现网络服务的正常运行。</li>
	<li>进行实验所需的所有内容都http://vm-images.netcom.it.uc3m.es/JoVE/公共<a href="http://vm-images.netcom.it.uc3m.es/JoVE/" target="_blank">实验存储库中</a>提供。</li>
</ol>2. 通过仿真验证软war化单元的功能
注：为了证明实验网络服务在现实部署条件下的适当操作（参见图1），使用了基于Linux容器26和ns-327的专用仿真平台。该平台允许模拟多跳天线链路并定义这些链路的特征（例如，无线通信链路的长度、数据包损耗模式、无线通信中使用的无线电技术等）。因此，协议的这一部分描述了在仿真平台验证 IP 电话服务在实际无线通信链路条件下的适当操作的步骤。
<ol><li>从实验存储库下载仿真平台。该平台可作为虚拟机提供，名为"uav-nfv-jove-实验.qcow"，符合KVM虚拟化技术28。此计算机包含一个预先创建的模板，该模板模拟图 1中所示的网络服务和多 UAV 方案，以及具有能够执行该模板的管理员权限的用户。 注：默认情况下，在仿真平台虚拟机启动时自动执行以下步骤：a） 虚拟环境配置为启用网络仿真（即网络接口、Linux 网桥29）;b） 创建表示测试台不同物理组件的 Linux 容器（即 UAV 云平台的 SBC 和固定计算服务器以及核心云平台的计算服务器）;和 c） IP 电话服务的不同 VN（即接入点、路由器、DNS 服务和 IP 电话服务器）提供的功能作为 Linux 容器部署在相应的模拟 SBC 和计算服务器上。</li>
	<li>在验证过程之前，使用 ns-3 模拟器设置模拟多跳航空网络，以便启用不同网络参与者之间的连接。此过程将模拟图 1所示场景中发生的逼真的无线通信（即 Wi-Fi 临时网络，它支持 UAV 云平台的节点和服务中提供的两个 Wi-Fi 接入点提供的无线网络之间的数据交换）。<ol>
<li>创建多跳航空网络。为此，使用以下命令执行multi-hop-aerial-net.sh脚本（在仿真平台机器中可用）：sudo sh /home/jovevm/脚本/多跃点-航空-net.sh > 多跃点-航空-网络跟踪 2>&1 &1 &此命令在指定的日志文件中描述模拟跟踪，以便在出现错误时启用调试。</li>
		<li>检查网络是否已成功创建。为此，请验证 Linux 容器"IP 电话-a"和"IP 电话-b"（如图 1所示，作为连接到 AP-VNF 的最终用户设备）是否通过 DHCP 服务获取了 IP 地址，该服务只能通过多跃点天线网络访问。可以使用命令lxc 列表检查仿真机中执行的 Linux 容器的状态及其 IP 地址。</li>
	</ol></li>
	<li>验证模拟网络服务的容量，以处理设置 IP 电话呼叫所需的信令消息。为此，"IP电话-a"和"IP电话-b"Linux容器都安装了"SIPp"工具30。"SIPp"提供模拟创建上述信令消息的 IP 电话、将其发送到 IP 电话服务器以及处理响应以验证后者的正确操作的功能。<ol>
<li>在两个容器中执行脚本test-signaling.sh，该容器运行"SIPp"工具以生成和发送信令消息到 IP 电话服务器-VNF。</li>
		<li>检查执行上一步提供的方案屏幕。接收"200"响应显示 IP 电话服务器-VNF 的适当功能。</li>
	</ol></li>
	<li>验证网络服务是否可以处理 IP 电话呼叫期间生成的数据流量。为此，流程调度"Trafic"工具31安装在"IP 电话-a"和"IP 电话-b"Linux 容器中。<ol>
<li>执行以下命令以启动 Trafic 的服务器代理：lxc exec IP-phone-b sh called-party.sh。</li>
		<li>然后，执行以下命令以启动 Trafic 的客户端代理并获取网络统计信息：lxc exec IP 电话-a sh caller.sh。模拟语音呼叫的数据流量在 60 s 后终止。该脚本显示确认消息和有关语音流量的最重要性能指标。</li>
		<li>检查获取的指标，并验证 IP 电话服务是否可以有效地支持交互式语音对话。为此，请参阅有关代表性结果的一节中的信息。</li>
	</ol></li>
</ol>3. 无人机云平台建设
<ol><li>选择可提供虚拟化基板以执行轻量级 VNF 的 SBC 模型。实验期间使用的 SBC 设备的技术规格为：4 个 CPU、1 GB RAM 和一个 32 GB 存储磁盘。此外，每个 SBC 都有三个网络接口：以太网接口、集成 Wi-Fi 接口和一个外部 Wi-Fi USB 适配器。</li>
	<li>准备 SBC，以便随后集成到无人机云平台中。<ol>
<li>安装 Ubuntu Mate32 16.04.6 作为操作系统，因为 OpenStack 安装包包含在此 Linux 发行版中。</li>
		<li>安装和配置所需的软件包，如 OpenStack 文档33所示，以允许 SBC 充当 UAV 云平台的计算节点。按照前面的指南，在 OpenStack 包的配置中启用 Linux 容器的利用率。由于设备的资源限制，通常可以在小型 UAV 上登载，因此使用容器虚拟化。</li>
		<li>在 SBC 中，下载并执行rpi-networking-configuration.sh在实验存储库中可用的脚本。此脚本支持 SBC 的无线通信，以及允许创建连接到无线接口的虚拟网络所需的配置。</li>
		<li>下载并执行运行UAV 云平台 VIM 的主机中VIM-networking-configuration.sh脚本，在实验存储库中可用。此脚本监督设置 VIM 的无线通信，以便与 SBC 进行信息交换。 注：一旦网络配置良好且 VIM 与 SBC 连接，VIM 会自动将它们集成到 UAV 云平台中，作为能够执行 VAV 的计算单元</li>
	</ol>
</li>
	<li>为每个 SBC 创建一个 OpenStack 可用性区域。这将允许在适当的无人机单元中部署实验的每个轻量级 VN。为此，请使用管理员凭据登录到 VIM 提供的 Web 图形用户界面，在"管理员>系统聚合"选项卡中创建可用性区域，并编辑每个可用性区域以添加适当的主机（即，集成到 UAV 云平台中的每个 SBC）。</li>
	<li>验证无人机云平台的正确设置。为此，请访问与上一步相同的登录名的"管理员>系统信息"选项卡，然后单击"计算服务和网络代理"部分，检查显示项目的状态是否为"活动"和"UP"。</li>
</ol>4. 配置实验
<ol><li>下载实现 IP 电话服务不同组件的 VNF 映像：AP-VNF、DNS-VNF、IP 电话-服务器-VNF、AR-VNF 和 CR-VNF。这些图像可以从实验存储库下载。</li>
	<li>将 VNF 映像上载到其对应 VIM（即 AP-VNF 和 DNS-VNF 到 UAV 云平台 VIM）和 VoIP-VNF 到核心云平台 VIM。为此，请使用管理员凭据登录到每个 VIM 提供的 Web 图形用户界面，单击"管理员>系统>图像"选项卡的"创建图像"按钮，并使用显示的窗体创建图像并选择相应的图像。此过程在上一步中下载的每个映像的相应 VIM 上完成。</li>
	<li>从实验存储库下载实验的 VNF 描述符 （VNFD）。这些描述符提供描述 VNF 操作要求的模板，以及指示负责托管 VNF 本身的可用性区域的位置策略。有关 NFV 描述符的更多信息，请参阅 OSM34的信息模型。</li>
	<li>上传 VNFD. 使用 Web 浏览器访问 OSM 图形用户界面，并使用管理员凭据登录。然后，将VNFD拖放到 VNF 包选项卡中。</li>
	<li>从实验存储库下载网络服务描述符 （NSD）。此描述符是一个模板，用于指定构成服务的 VN，以及这些 VRF 的互连方式。</li>
	<li>上传 NSD。将 NSD 拖放到 OSM 图形用户界面的NS 包选项卡中。</li>
	<li>使用 OSM 的图形用户界面，为 UAV 云平台 VIM 和核心云平台 VIM 添加 VIM 帐户。为此，使用管理员凭据访问VIM 帐户选项卡，单击按钮" 新建 VIM"，然后使用请求的信息填写显示的表单。对两个 VM 重复此操作。</li>
</ol>5. 执行实验
<ol><li>部署网络服务。从 OSM 图形用户界面的NS 包选项卡中，单击步骤 4.6 中上载的 NSD 的实例化 NS按钮。然后，填写显示的表单，指示将用于部署构成 NS 的每个 VNF 的 VIM。此外，OSM 负责处理 VNFD 中指示的放置策略，以指定 VIM 负责托管每个 VNF 的可用性区域（即，我们的测试台中的计算单元）。对于此实验，VNF 放置在计算单位中，如图 1所示。 注： 作为替代方法，OSM 提供了一个命令行接口，支持直接用户交互。复制此实验的用户可以使用此命令行界面（而不是图形界面）执行此协议中定义的不同步骤，尤其是与载入 VNF 或 NS 描述符相关的步骤，以及部署网络服务。</li>
	<li>等待 OSM 图形用户界面指示网络服务部署的成功。 注： 网络服务的操作完全独立于无人机的飞行：当无人机飞行或节省电池消耗时，可以提供 IP 电话服务。因此，步骤 5.3 是可选的。</li>
	<li>脱下无人机。登录到移动应用程序并控制每个无人机的飞行，使其在中间高度中保持稳定，避免电机在靠近表面的旋转造成的湍流。</li>
	<li>准备每个 IP 电话以执行呼叫。<ol>
<li>将无线 VoIP 电话连接到网络服务提供的每个接入点。为此，请在"菜单>无线>SSID"选项卡中指定SSID （服务集标识符），并在"菜单>无线>网络模式"部分中选择基础结构模式。最后，通过"菜单>网络设置>网络模式"选项卡中的动态主机配置协议（DHCP） 选择网络配置。</li>
		<li>配置会话启动协议（SIP） 参数，以便与 IP 电话服务器进行适当的信令消息交换。在此上下文中，访问菜单> SIP 设置选项卡，并在注册器>注册器 IP和代理服务器>代理 IP选项卡中指定 IP 电话服务器 VNF（"dronesVoIP.net"）的主机名。此外，在用户帐户>电话号码和用户帐户>用户名部分中创建一个介绍用户名（例如，呼叫者-A）的用户帐户。</li>
		<li>在其中一个 IP 电话的电话簿中创建一个条目，提供要调用的用户的信息。为此，请选择"菜单>电话簿>添加条目"选项卡，并填写显示中显示的请求参数，如下所示：显示名称 = 呼叫者 B;用户信息 = 呼叫者-B;主机 IP = dronesVoIP.net;端口 = 5060。最后，选择"代理"选项与 P2P（对等）选项。
</li>
	</ol>
</li>
	<li>开始呼叫另一方。为此，请使用 IP 电话的"菜单>电话簿"> 搜索选项选择被叫方。然后，按呼叫按钮。一旦另一个 IP 电话开始振铃，使用呼叫按钮接受来电。</li>
</ol>6. 收集实验结果的程序
<ol><li>将商品笔记本电脑连接到其中一个无线 AP，并在 180 s 期间将ping命令行工具连接到连接到另一个 AP 的电话的 IP 地址。一旦与 AP 建立连接，就可以在 IP 电话的"菜单> IP 地址"选项中检查 IP地址。保存往返时间 （RTT） 测量值，将ping工具提供的输出重定向到文件中。</li>
	<li>在运行中的 AP VIN 中执行tcpdump命令行工具，以捕获 IP 调用期间交换的流量。将此流量保存到文件中，在执行时启用命令行工具的写入标志并指定文件的名称。</li>
	<li>执行新的 IP 电话呼叫。保持所需时间段的呼叫（例如 1 分钟）。然后，终止呼叫，按下其中一个 IP 电话的挂断按钮。</li>
	<li>保留由 tcpdump和ping工具生成的文件，以便进一步处理。请参阅代表性结果。</li>
</ol>

<ol>
	<li>Sanchez-Aguero, V., Nogales, B., Valera, F., Vidal, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Investigating+the+deployability+of+VoIP+services+over+wireless+interconnected+Micro+Aerial+Vehicles.">Investigating the deployability of VoIP services over wireless interconnected Micro Aerial Vehicles.</a> Internet Technology Letters. 1 (5), 40 (2018).</li><li>Maxim, V., Zidek, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design+of+high-performance+multimedia+control+system+for+UAV/UGV+based+on+SoC/FPGA+Core.">Design of high-performance multimedia control system for UAV/UGV based on SoC/FPGA Core.</a> Procedia Engineering. 48, 402-408 (2012).</li><li>Vidal, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enabling+Multi-Mission+Interoperable+UAS+Using+Data-Centric+Communications.">Enabling Multi-Mission Interoperable UAS Using Data-Centric Communications.</a> Sensors. 18 (10), 3421 (2018).</li><li>Vidal, I., Valera, F., D&#237;az, M. 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Open Source MANO Information Model Available from: <a target="_blank" href="https://osm.etsi.org/wikipub/index.php/OSM_Information_Model">https://osm.etsi.org/wikipub/index.php/OSM_Information_Model</a> (2019)</li><li>ITU-T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=ITU-T+Recommendation+G.114.+General+Recommendations+on+the+transmission+quality+for+an+entire+international+telephone+connection;+One-way+transmission+time.">ITU-T Recommendation G.114. General Recommendations on the transmission quality for an entire international telephone connection; One-way transmission time.</a> International Telecommunication Union - Telecommunication Standardization Sector. , (2003).</li></ol>

作者没有什么可透露的。

此实验的最重要方面之一是在 UAV 平台中使用虚拟化技术和 NFV 标准。NFV 提出了一种新模式，旨在分离网络功能的硬件依赖性，从而通过软war.因此，实验不依赖于协议中指定的硬件设备的使用。或者，可以选择不同型号的单板计算机，只要它们与 UAV 的尺寸和传输能力一致，并且它们支持 Linux 容器。
尽管在硬件选择方面具有这种灵活性，但为实验的可重复性提供的所有内容都面向开源技术的使用。在此上下文中，配置方面和软件工具习惯于使用 Linux 作为操作系统。
另一方面，实验考虑了两个不同计算平台（即UAV云平台和核心云平台）的互操作，以提供中等复杂的网络服务。但是，这不是严格需要的，并且可以遵循协议来支持仅涉及 UAV 云平台的方案。
此外，提供的解决方案可能用于其他环境，其中资源受限的硬件平台可能具有执行虚拟化容器所需的容量（例如，物联网或物联网、环境）。无论如何，这种解决方案是否适用于不同的环境及其潜在的适应，都需要在个案基础上进行仔细研究。
最后，应当指出，所提交的结果是在实验室环境中取得的，是无人机装置接地或遵循有限和明确定义的飞行计划后取得的。涉及室外部署的其他方案可能会引入影响无人机飞行稳定性的条件，从而影响 IP 电话服务的性能。

在移动通信新时代（最常见的第5代移动或 5G）中，最令人垂涎的目标之一是在主要电信基础设施可能不可用的情况下（例如，由于紧急情况）提供可靠的信息技术服务。在这方面，无人机由于其固有的多功能性，越来越受到研究界的重视。有许多作品使用这些设备作为提供各种服务的基石。例如，文献分析了这些设备的能力，以建立一个空中通信基础设施，以适应多媒体服务1，2，3。此外，先前的研究还表明，若干无人机之间的合作如何扩展不同通信服务的功能，如监视4、协同搜救5、6、7、8或农业综合企业9。
另一方面，作为5G关键推动因素之一，NFV技术在电信运营商中具有十分重要的意义。NFV 通过网络功能的软战争化，减轻了网络设备目前对专用硬件的依赖，从而代表了电信基础设施的范式变化。这使得新型通信服务能够灵活、灵活地部署。为此，欧洲电信标准协会（ETSI）成立了一个规范小组来定义NFV架构框架10。此外，ETSI 目前托管开源马诺 （OSM） 组11，该组负责开发与 ETSI NFV 体系结构框架定义一致的 NFV 管理和编排 （MANO） 软件堆栈。
鉴于上述所有考虑，目前正在研究开发新型网络应用和服务时无人机与NFV技术之间的协同融合。文献中的几篇研究著作说明了这一点，这些研究著作指出了这些类型的系统14、15、16的优点，指出了这种趋同的挑战及其缺失的方面，强调了未来关于这一主题17的研究路线，并展示了基于开源技术的先驱解决方案。
特别是，NFV 技术集成到无人机领域，能够快速灵活地在划定的地理区域（例如 IP 电话服务）上部署网络服务和应用程序。按照这种方法，可以在特定位置部署大量无人机，将计算平台作为有效负载（例如小型单板计算机）进行传输。这些计算平台将在部署区域提供可编程的网络基础设施（即 NFV 基础结构），支持在 MANO 平台控制下实例化网络服务和应用程序。
尽管这样做有好处，但实现这一观点带来了一系列需要认真解决的基本挑战，例如，使用现有的 NFV 软件堆栈将这些计算平台作为 NFV 基础结构进行适当集成，以便 NFV 业务流程服务可以在 UAV 上部署虚拟功能;计算平台提供的计算资源方面的限制，因为运输它们的无人机通常可能存在有效负载设备的大小、重量和计算能力方面的限制;将虚拟函数正确放置在无人机上（即选择最佳无人机候选项以部署特定的虚拟函数）;维护与无人机的控制通信，以便管理 VAV 的生命周期，尽管与无人机的网络通信可能间歇性可用（例如，由于移动性和电池限制）;无人机因电池消耗而有限的运行时间;以及由于电池耗尽而需要更换无人机时虚拟功能的迁移。这些好处和挑战在以前的工作18，19中详细介绍，其中包括一个NFV系统的设计，该系统能够支持在UAV平台上自动部署网络功能和服务，以及验证这一设计的实际可行性。
在此背景下，本文重点介绍了一种协议，以便使用 NFV 标准和开源技术在无人机网络上自动部署中等复杂的网络服务。为了说明议定书的不同步骤，介绍了在Nogales等人19中提出的一个实验的重新阐述，包括部署IP电话服务。为了辅助这项工作的可重复性，在所呈现的程序中，实际飞行被认为是可选的，并且地面上的无人机设备可以获得性能结果。感兴趣的读者应该能够复制和验证协议的执行，即使在受控的实验室环境中也是如此。
图 1说明了为此过程设计的网络服务。此网络服务由特定的软waranan 单元（在 NFV 范例中归类为虚拟网络功能或 VNF）组成，并为 UAV 附近的用户提供 IP 电话服务的功能。构成服务的 VNF 定义如下：
<ul><li>接入点 VNF （AP-VNF）：此 VNF 为最终用户设备（即本实验中的 IP 电话）提供 Wi-Fi 接入点。</li>
	<li>IP 电话服务器 VNF（IP 电话服务器-VNF）：它负责管理 IP 电话之间交换的呼叫信令消息，以建立和终止语音呼叫。</li>
	<li>域名系统 VNF （DNS-VNF）：此 VNF 提供名称解析服务，这在 IP 电话服务中通常是需要的。</li>
	<li>接入路由器 VNF （AR-VNF）： 提供网络路由功能，支持 IP 电话和电信运营商域之间的通信交换（即本实验中的呼叫信令）。</li>
	<li>核心路由器 VNF （CR-VNF）： 在电信运营商域中提供网络路由功能，提供对运营商特定服务（即 IP 电话服务器）和外部数据网络的访问。</li>
</ul>此外，图 1还介绍了用于实验的物理设备、它们如何互连以及 VNF 到设备的特定分配。

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>AR. Drone 2.0 - Elite edition</td>
			<td>Parrot</td>
			<td></td>
			<td>UAV used in the experiment to transport the RPis and thus, provide mobility to the compute units of the UAV cloud platform.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bebop 2</td>
			<td>Parrot</td>
			<td></td>
			<td>UAV used in the experiment to transport the RPis and thus, provide mobility to the compute units of the UAV cloud platform.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Commercial Intel Core Mini-ITX Computer</td>
			<td>Logic Suppy</td>
			<td></td>
			<td>Computer server which hosts the OpenStack controller node (being executed as a VM) of the experiment&#39;s UAV cloud platform. In addition, another unit of this equipment (along with the RPis) conforms the computational resources of the UAV cloud platform.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Linux Containers (LXC)</td>
			<td>Canonical Ltd.</td>
			<td></td>
			<td>(Software) Virtualization technology that enables the supply of the Virtual Network Functions detailed in the experiment. Source-code available online: https://linuxcontainers.org</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lithium Battery Pack Expansion Board. Model KY68C-UK</td>
			<td>Kuman</td>
			<td></td>
			<td>Battery-power supply HAT (Hardware Attached on Top) for the computation units of the UAV cloud platform (i.e., the Raspberry Pis). In addition, this equipment encompasses the case used to attach the compute units (i.e., the Raspberry PIs or RPis) to the UAVs.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MacBook Pro</td>
			<td>Apple</td>
			<td></td>
			<td>Commodity laptop utilized during the experiment to obtain and gather the results as described in the manuscript.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ns-3 Network Simulator</td>
			<td>nsnam</td>
			<td></td>
			<td>(Software) A discrete-event simulator network simulator which provides the underlying communication substrate to the emulation station explained in the &#34;Protocol&#34; section (more specifically in the step &#34;2. Validate the functionality of the softwarization units via Emulation&#34;). Source-code available online: https://www.nsnam.org</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Open Source MANO (OSM) - Release FOUR</td>
			<td>ETSI OSM - Open source community</td>
			<td></td>
			<td>(Software) Management and Orchestration (MANO) software stack of the NFV system configured in the experiment. Source-code available online: https://osm.etsi.org/wikipub/index.php/OSM_Release_FOUR</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>OpenStack - Release Ocata</td>
			<td>OpenStack - Open source community</td>
			<td></td>
			<td>(Software) Open source software used for setting up both the UAV cloud platform and the core cloud within the experiment. Source-code available online: https://docs.openstack.org/ocata/install-guide-ubuntu</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ping</td>
			<td>Open source tool</td>
			<td></td>
			<td>(Software) An open source test tool, which verifies the connectivity between two devices connected through a communications network. In addition, this tool allows to assess the network performance since it calculates the Round Trip Time (i.e., the time taken to send and received a data packet from the network). Source-code available online: https://packages.debian.org/es/sid/iputils-ping</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Power Edge R430</td>
			<td>Dell</td>
			<td></td>
			<td>High-profile computer server which provides the computational capacity within the core cloud platform presented in the experiment.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Power Edge R630</td>
			<td>Dell</td>
			<td></td>
			<td>Equipment used for hosting the virtual machine (VM) on charge of executing the MANO stack. In addition, the OpenStack controller node is also executed as a VM in this device. Note that the use of this device is not strictly needed. The operations carried out by this device could be done by a lower performance equipment due to the non-high resource specifications of the before mentioned VMs.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Prestige 2000W</td>
			<td>ZyXEL</td>
			<td></td>
			<td>Voice over IP Wi-FI phone, compatible with the IEEE 802.11b wireless communications standard. This device is utilized to carry out the VoIP call through the network service hosted by platform described for the execution of the experiment.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Raspberry PI. Model 3b</td>
			<td>Raspberry Pi Foundation</td>
			<td></td>
			<td>Selected model of Single Board Computer (SBC) used for providing the computational capacity to the experiment&#39;s UAV cloud platform.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SIPp</td>
			<td>Open source tool</td>
			<td></td>
			<td>(Software) An open source test tool, which generates SIP protocol traffic. This tool allows to verify the proper support of the signalling traffic required in an IP telephony service such as the one deployed in the experiment. Source-code available online: http://sipp.sourceforge.net</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tcpdump</td>
			<td>Open source tool</td>
			<td></td>
			<td>(Software) An open source tool that enables the capture and analysis of the network traffic. Source-code available online: https://www.tcpdump.org</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Trafic</td>
			<td>Open source tool</td>
			<td></td>
			<td>(Software) An open souce flow scheduler that is used for validating the capacity of the network service deployed to process data traffic generated during an IP telephony call. Source-code available online at: https://github.com/5GinFIRE/trafic</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

automated deployment of an internet protocol telephony service on unmanned aerial vehicles using network functions virtualization

网络功能虚拟化（NFV）范式是第五代移动网络发展的关键支持技术之一。该技术旨在通过使用虚拟化技术，在抽象层上对这些功能进行软war化，从而减少在提供网络功能和服务方面对硬件的依赖。在这方面，人们越来越有兴趣探索无人驾驶飞行器（无人机）的潜力，以提供一个灵活的平台，以便能够在划定的地理区域内实现具有成本效益的NFV业务。
为了证明在无人机平台中利用NFV技术的实际可行性，提出了一种基于开源技术的实用NFV环境的协议，其中一组小型无人机提供支持的计算资源。部署中等复杂的网络服务。然后，该协议详细说明了支持通过互连 UAV 网络自动部署 Internet 协议 （IP） 电话服务所需的不同步骤，利用了配置的 NFV 环境的容量。实验结果演示了服务在部署后的正确操作。尽管协议侧重于特定类型的网络服务（即 IP 电话），但所述步骤可以作为部署其他类型的网络服务的一般指南。另一方面，协议描述考虑了设置 NFV 环境的具体设备和软件（例如，特定的单板计算机和开源软件）。其他硬件和软件平台的利用可能是可行的，尽管 NFV 环境和服务部署的特定配置方面可能会与协议中所述的平台存在差异。

根据在实验执行过程中获得的数据（即执行真正的 VoIP 调用，并按照协议指示的步骤收集此信息），图 2描述了两个最终用户设备项目（即商品笔记本电脑和 IP 电话）之间测量的端到端延迟的累积分布函数。此用户设备表示通过已部署网络服务的 AP VN 连接的两台设备。超过 80% 的端到端延迟测量值低于 60 毫秒，并且没有一个超过 150 毫秒，这保证了执行语音呼叫的适当延迟指标。
图 3说明了 DNS 和 SIP 信令消息的交换。这些消息对应于 IP 电话服务器中的一个用户的注册（即 IP 电话连接到运行"tcpdump"工具的 AP VNF 的用户）和语音呼叫的建立。
最后，图 4和图 5显示了在调用期间捕获的数据流量。特别是，第一个表示呼叫期间由其中一个无线电话发送和接收的语音数据包的恒定流，而后者表示正向的抖动，平均值低于 1 ms。
在延迟数字（端到端延迟和抖动）实验中获得的结果符合国际电信联盟-电信标准化部门（ITU-T）35规定的建议。因此，语音呼叫没有故障和良好的音质。本实验验证了使用 NFV 技术和无人机部署功能 IP 电话服务的实际可行性。
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60425/60425fig01.jpg"> 图 1：网络服务概述，描述 VN、执行它们所需的实体以及提供 IP 电话服务所需的虚拟网络。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60425/60425fig01large.jpg" target="_blank">请点击此处查看此图的较大版本。</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60425/60425fig02.jpg"> 图 2：端到端延迟。表示提供给连接到 AP VNF 的最终用户设备的端到端延迟。为此，使用"ping"命令行工具获得的测量 RTT 样本计算了端到端延迟的累积分布函数。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60425/60425fig2large.jpg" target="_blank">请点击此处查看此图的较大版本。</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60425/60425fig03.jpg"> 图3：用户注册和呼叫信令消息。用于在 IP 电话服务器中注册用户以及创建和终止支持执行语音呼叫的多媒体会话而交换的信号流量 （DNS 和 SIP） 的说明。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60425/60425fig3large.jpg" target="_blank">请点击此处查看此图的较大版本。</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60425/60425fig04.jpg"> 图 4：语音数据包流。在呼叫期间交换的语音流量的表示形式，在 AP VLV 之一测量（缩写：RX = 接收、RX = 传输、RTP = 实时传输协议）。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60425/60425fig4large.jpg" target="_blank">请点击此处查看此图的较大版本。</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60425/60425fig05.jpg"> 图 5：呼叫期间网络抖动的演变。从一部电话向前向传输的语音数据包所经历的抖动的表示。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60425/60425fig5large.jpg" target="_blank">请点击此处查看此图的较大版本。</a>

Watch this Scientific Journal Video about Automated Deployment of an Internet Protocol Telephony Service on Unmanned Aerial Vehicles Using Network Functions Virtualization at JoVE.com

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

所述协议的目标是双重的：使用无人驾驶飞行器将网络功能虚拟化环境配置为计算实体，提供执行虚拟化网络功能和使用的基础结构这种环境支持在空中车辆上自动部署功能性的互联网协议电话服务。

利用网络功能虚拟化在无人机上自动部署互联网协议电话服务

The Network Function Virtualization (NFV) paradigm is one of the key enabling technologies in the development of the 5th generation of mobile networks. ...

该协议可以帮助通过受约束的设备自动部署电信服务，例如通过无人驾驶飞行器的空中网络提供的电话服务。此解决方案的优点是，它有助于在有限的地理区域快速部署服务，而这些地理区域的通信基础设施可能不可用或不足。该协议已在第三代移动网络研究领域定义，并基于最先进的正常功能利用技术。这种方法已经使用5TONIC（欧洲领先的5G实验室）提供的高级原型进行了演示，但是如果没有我们的5G虚拟系统，也可以证明它。要验证无人机云平台的正确设置，请使用相应的登录信息访问管理员、系统、系统信息选项卡，然后单击计算服务和网络代理部分，检查显示的项目的状态是否已打开。要配置实验，请从实验存储库下载实现 IP 电话服务不同组件的 VNF 映像。若要将 VNF 图像上载到其通讯员 VIM，请单击"创建图像"并使用显示的窗体创建图像。上传每个相应 VIM 的图像后，从实验存储库下载实验的 VNF 描述符，然后使用管理员凭据登录到 OSM 图形用户界面。将描述符拖入 VNF 包选项卡。然后，从实验存储库下载 NSD，然后将 NSD 拖到 OSM 图形用户界面的 NS 包选项卡中。若要为无人机云平台 VIM 和核心云平台 VIM 添加 VIM 帐户，在 VIM 帐户选项卡中，请单击加上新 VIM，并填写显示的表单，并包含两个 VIM 的应请求信息。若要启动实验，请访问 OSM 命令行接口并部署网络服务。键入命令以在命令行接口中执行网络服务，指定将用于承载每个 VNF 的 VIM。当 OSM 图形用户界面指示成功的网络服务部署时，请打开无人机并登录到无人机飞行控制应用程序。然后，控制每架无人机的飞行，以稳定地将车辆保持在中间高度，并避免电机靠近表面的旋转引起的任何湍流。要准备 IP 电话以执行呼叫，请通过 IP 电话将无线语音连接到网络服务提供的接入点之一。然后，单击"高级"和"TCP/IP"，检查 IP 和路由器地址配置是否正确。若要启用与 IP 电话服务器适当的信令消息交换，请打开应用并单击助手，并使用 SIP 帐户创建用户帐户。然后指定 IP 电话服务器 VNF 的主机名。如果通过 IP 电话使用手持语音，请执行与刚才显示的步骤类似的步骤。若要在 IP 电话簿中创建条目，请单击"选项"并在窗口中输入地址或电话号码。实验在各自的位置显示呼叫参与者后，其中一个用户可以启动 IP 电话呼叫。要启动对另一方的呼叫，请按"呼叫"按钮。当其他 IP 电话开始振铃时，使用"呼叫"按钮接受来电。要收集实验结果，请将商品笔记本电脑连接到其中一个无线接入点，然后运行 ping 命令行工具，以电话在 180 秒内连接到其他接入点的 IP 地址。与接入点建立连接后，验证与 IP 电话的 IP 连接，并保存往返时间测量。若要捕获在 IP 调用期间交换的流量，请执行运行中的接入点 VNF 中的 TCP 转储命令行工具，并在此流量保存到文件中，在执行时启用命令行工具的写入标志并指定文件的名称。然后执行新的 IP 电话呼叫，并在终止呼叫之前将呼叫维护特定时间段。在这里，来自 IP 呼叫真实语音的数据演示了两个最终用户设备项之间测量的端到端延迟的累积分发功能。在此分析中，超过 80% 的端到端延迟测量值低于 60 毫秒，并且没有一个测量值高于 140 毫秒，这保证了执行语音呼叫的适当延迟指标。在这里，DNS 和 SIP 信令消息的交换与 IP 电话服务器中一个用户的注册和语音呼叫的建立相对应的消息进行了说明。在呼叫期间捕获的数据流量的此代表性图表中，将显示呼叫期间由其中一个无线电话传输和接收的恒定语音数据包流。在此图中，可以观察到平均值小于 1 毫秒的数据流量前进方向的抖动。复制此协议时，必须考虑使用单端口计算机来执行虚拟化容器。此协议可能用于资源受限设备可能可用的其他环境，例如在东北环境中。如果协议包括飞行程序实验者，请确保遵循相应的安全措施和相应的监管声明。

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