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
Description: 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

Dette arbejde blev delvist støttet af det europæiske Horisont 2020-projekt (tilskudsaftale 777137) og af 5GCIty-projektet (TEC2016-76795-C6-3-R) finansieret af det spanske økonomi-og konkurrence ministerium. Luis F. Gonzalez ' arbejde blev delvist støttet af det europæiske Horisont 2020-projekt (» tilskudsaftale 732497 «).

<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. A., Bagnulo, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design+and+practical+deployment+of+a+network-centric+remotely+piloted+aircraft+system.">Design and practical deployment of a network-centric remotely piloted aircraft system.</a> IEEE Communications Magazine. 52 (10), 22-29 (2014).</li><li>Jin, Y., Minai, A. A., Polycarpou, M. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cooperative+real-time+search+and+task+allocation+in+UAV+teams.">Cooperative real-time search and task allocation in UAV teams.</a> 42nd IEEE International Conference on Decision and Control. 1, 7-12 (2003).</li><li>Maza, I., Ollero, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multiple+UAV+cooperative+searching+operation+using+polygon+area+decomposition+and+efficient+coverage+algorithms.">Multiple UAV cooperative searching operation using polygon area decomposition and efficient coverage algorithms.</a> Distributed Autonomous Robotic Systems. 6, 221-230 (2007).</li><li>Quaritsch, M., 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=Collaborative+microdrones:+applications+and+research+challenges.">Collaborative microdrones: applications and research challenges.</a> Proceedings of the 2nd International Conference on Autonomic Computing and Communication Systems. , 38 (2008).</li><li>Waharte, S., Trigoni, N., Julier, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Coordinated+search+with+a+swarm+of+UAVs.">Coordinated search with a swarm of UAVs.</a> 2009 6th IEEE Annual Communications Society Conference on Sensor, Mesh and Ad Hoc Communications and Networks Workshops. , 1-3 (2009).</li><li>De Freitas, E. P., 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=UAV+relay+network+to+support+WSN+connectivity.">UAV relay network to support WSN connectivity.</a> International Congress on Ultra-Modern Telecommunications and Control Systems. , 309-314 (2010).</li><li>European Telecommunications Standards Institute. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Network+Functions+Virtualisation+(NFV);+Architectural+Framework;+Research+Report+ETSI+GS+NFV+002+V1.2.1.">Network Functions Virtualisation (NFV); Architectural Framework; Research Report ETSI GS NFV 002 V1.2.1.</a> European Telecommunications Standards Institute. (ETSI). , (2014).</li><li>An Open Source NFV Management and Orchestration (MANO) software stack aligned with ETSI NFV. ETSI OSM Available from: <a target="_blank" href="https://osm.etsi.org/">https://osm.etsi.org/</a> (2019)</li><li>Nogales, B., 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=Design+and+Deployment+of+an+Open+Management+and+Orchestration+Platform+for+Multi-Site+NFV+Experimentation.">Design and Deployment of an Open Management and Orchestration Platform for Multi-Site NFV Experimentation.</a> IEEE Communications Magazine. 57 (1), 20-27 (2019).</li><li>Omnes, N., Bouillon, M., Fromentoux, G., Le Grand, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+programmable+and+virtualized+network+&amp;+IT+infrastructure+for+the+internet+of+things:+How+can+NFV+&amp;+SDN+help+for+facing+the+upcoming+challenges.">A programmable and virtualized network &amp; IT infrastructure for the internet of things: How can NFV &amp; SDN help for facing the upcoming challenges.</a> 18th International Conference on Intelligence in Next Generation Networks. , 64-69 (2015).</li><li>Rametta, C., Schembra, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Designing+a+softwarized+network+deployed+on+a+fleet+of+drones+for+rural+zone+monitoring.">Designing a softwarized network deployed on a fleet of drones for rural zone monitoring.</a> Future Internet. 9 (1), 8 (2017).</li><li>Garg, S., Singh, A., Batra, S., Kumar, N., Yang, L. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=UAV-empowered+edge+computing+environment+for+cyber-threat+detection+in+smart+vehicles.">UAV-empowered edge computing environment for cyber-threat detection in smart vehicles.</a> IEEE Network. 32 (3), 42-51 (2018).</li><li>Mahmoud, S., Jawhar, I., Mohamed, N., Wu, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=UAV+and+WSN+softwarization+and+collaboration+using+cloud+computing.">UAV and WSN softwarization and collaboration using cloud computing.</a> 3rd Smart Cloud Networks &amp; Systems (SCNS). , 1-8 (2016).</li><li>Gonz&#225;lez Bl&#225;zquez, L. F., 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=NFV+orchestration+on+intermittently+available+SUAV+platforms:+challenges+and+hurdles.">NFV orchestration on intermittently available SUAV platforms: challenges and hurdles.</a> 1th Mission-Oriented Wireless Sensor, UAV and Robot Networking (MISARN). , (2019).</li><li>Nogales, B., Sanchez-Aguero, V., Vidal, I., Valera, F., Garcia-Reinoso, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+NFV+system+to+support+configurable+and+automated+multi-UAV+service+deployments.">A NFV system to support configurable and automated multi-UAV service deployments.</a> Proceedings of the 4th ACM Workshop on Micro Aerial Vehicle Networks, Systems, and Applications. , 39-44 (2018).</li><li>Nogales, B., Sanchez-Aguero, V., Vidal, I., Valera, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Adaptable+and+automated+small+UAV+deployments+via+virtualization.">Adaptable and automated small UAV deployments via virtualization.</a> Sensors. 18 (12), 4116 (2018).</li><li>Hoban, A., 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=An+ETSI+OSM+Community+White+Paper,+OSM+Release+FOUR:+A+Technical+Overview.">An ETSI OSM Community White Paper, OSM Release FOUR: A Technical Overview.</a> European Telecommunications Standards Institute. (ETSI). , (2018).</li><li>Quick start installation and use guide. Open Source MANO Release FOUR Available from: <a target="_blank" href="https://osm.etsi.org/wikipub/index.php/OSM_Release_FOUR">https://osm.etsi.org/wikipub/index.php/OSM_Release_FOUR</a> (2019)</li><li>Open Source Software for Creating Private and Public Clouds. OpenStack Available from: <a target="_blank" href="https://docs.openstack.org/ocata">https://docs.openstack.org/ocata</a> (2019)</li><li>OpenStack Installation Tutorial for Ubuntu. OpenStack Available from: <a target="_blank" href="https://docs.openstack.org/ocata/install-guide-ubuntu/">https://docs.openstack.org/ocata/install-guide-ubuntu/</a> (2019)</li><li>Linphone. An Open Source VoIP SIP Softphone for voice/video calls and instant messaging. Linphone Available from: <a target="_blank" href="https://www.linphone.org">https://www.linphone.org</a> (2019)</li><li>An Open Source Project to easily build and deploy secure video-conferencing solutions. Jitsi Available from: <a target="_blank" href="https://jitsi.org">https://jitsi.org</a> (2019)</li><li>Infrastructure for container projects. Linux Containers (LXC) Available from: <a target="_blank" href="https://linuxcontainers.org">https://linuxcontainers.org</a> (2019)</li><li>A Discrete-Event Network Simulator for Internet Systems. Ns-3 Available from: <a target="_blank" href="https://www.nsnam.org/">https://www.nsnam.org/</a> (2019)</li><li>Kernel-based Virtual Machine (KVM). A virtualization solution for Linux. Linux Available from: <a target="_blank" href="https://www.linux-kvm.org">https://www.linux-kvm.org</a> (2019)</li><li>Bridging &amp; firewalling. Linux Foundation Available from: <a target="_blank" href="https://wiki.linuxfoundation.org/networking/bridge">https://wiki.linuxfoundation.org/networking/bridge</a> (2019)</li><li>. Trafic. An open source flow scheduler Available from: <a target="_blank" href="https://github.com/5GinFIRE/trafic">https://github.com/5GinFIRE/trafic</a> (2019)</li><li>. Ubuntu Mate for the Raspberry Pi Available from: <a target="_blank" href="https://ubuntu-mate.org/raspberry-pi/">https://ubuntu-mate.org/raspberry-pi/</a> (2019)</li><li>Enabling LXC (Linux Containers) as virtualization technology. OpenStack Available from: <a target="_blank" href="https://docs.openstack.org/ocata/config-reference/compute/hypervisor-lxc.html">https://docs.openstack.org/ocata/config-reference/compute/hypervisor-lxc.html</a> (2019)</li><li>. 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>

Forfatterne har intet at afsløre.

Et af de vigtigste aspekter af dette eksperiment er brugen af virtualiseringsteknologier og NFV standarder med UAV-platforme. NFV præsenterer et nyt paradigme, der har til formål at afkoble hardware afhængighed af netværkets funktionaliteter, hvilket gør det muligt at leve op til disse funktionaliteter gennem softwarisering. Eksperimentet afhænger derfor ikke af anvendelsen af det hardware udstyr, der er specificeret i protokollen. Alternativt kan der vælges forskellige modeller af computere med en enkelt bestyrelse, så længe de er i overensstemmelse med Uav's dimensioner og transportkapacitet, og de understøtter Linux-containere.
Uanset denne fleksibilitet med hensyn til hardware udvælgelse er alt det indhold, der er indeholdt i eksperimentets reproducerbarhed, orienteret mod brugen af open source-teknologier. I denne sammenhæng er konfigurations aspekterne og softwareværktøjerne betinget af brugen af Linux som operativsystem.
På den anden side betragter eksperimentet samarbejdet mellem to forskellige databehandlingsplatforme (dvs. UAV Cloud-platformen og Core Cloud-platformen) for at levere en moderat kompleks netværkstjeneste. Dette er dog ikke strengt nødvendigt, og protokollen kan følges for at støtte scenarier, hvor kun UAV Cloud-platformen er involveret.
Desuden kunne den præsenterede løsning potentielt bruges i andre miljøer, hvor ressource begrænsede hardwareplatforme kan være tilgængelige med den nødvendige kapacitet til at udføre virtualiserings beholdere (f. eks. tingenes internet eller IoT, miljøer). Under alle omstændigheder vil anvendeligheden af denne løsning på forskellige miljøer og dens potentielle tilpasninger kræve en omhyggelig undersøgelse i hvert enkelt tilfælde.
Endelig skal det bemærkes, at de forelagte resultater er opnået i et laboratoriemiljø og med UAV-enhederne jordet eller efter en begrænset og veldefineret flyveplan. Andre scenarier, der involverer udendørs installationer kan indføre betingelser, der påvirker stabiliteten af flyvningen af UAVs, og dermed udførelsen af IP-telefonitjeneste.

Et af de mest eftertragtede mål inden for den nye æra af mobil kommunikation (oftest kendt somden 5. mobile generation eller 5g) er at kunne levere robuste informationsteknologi tjenester i situationer, hvor den primære telekommunikationsinfrastruktur muligvis ikke er tilgængelig (f. eks. på grund af en nødsituation). I denne sammenhæng får UAV'er stigende opmærksomhed fra forskersamfundet på grund af deres iboende alsidighed. Der er talrige værker, der bruger disse enheder som en hjørnesten for levering af et stort udvalg af tjenester. For eksempel har litteraturen analyseret kapaciteten af disse enheder til at bygge en luft kommunikationsinfrastruktur til at rumme multimedietjenester1,2,3. Desuden har forudgående forskning vist, hvordan samarbejdet mellem flere UAV'er kan udvide funktionaliteten af forskellige kommunikationstjenester som overvågning4, samarbejde eftersøgning og redning5,6,7,8eller Agribusiness9.
På den anden side har NFV-teknologien fået stor betydning inden for teleoperatørerne som en af de 5G-nøgle katalysatorer. NFV repræsenterer en paradigmatisk ændring med hensyn til telekommunikationsinfrastrukturen ved at lindre den nuværende afhængighed af netværksapparater på specialiseret hardware gennem softwarisering af netværkets funktionaliteter. Dette muliggør en fleksibel og smidig udrulning af nye typer kommunikationstjenester. Til dette formål dannede det Europæiske Standardiseringsinstitut for telekommunikation (ETSI) en specifikations gruppe, der skulle definere NFV Architectural Framework10. Desuden er ETSI i øjeblikket vært for open source Mano (OSM) gruppe11, som er ansvarlig for at udvikle en NFV Management and Orchestration (Mano) software stack i overensstemmelse med definitionen af ETSI NFV arkitektoniske ramme.
På baggrund af alle ovennævnte betragtninger undersøges den synergiske konvergens mellem UAVs-og NFV-teknologierne i øjeblikket i udviklingen af nye netapplikationer og-tjenester. Dette illustreres af flere forskningsarbejder i litteraturen, der påpeger fordelene ved disse typer af systemer14,15,16, identificere udfordringerne i denne konvergens og dens manglende aspekter, fremhæve fremtidige forskningslinjer om dette emne17, og præsentere pioner løsninger baseret på open source-teknologier.
Især integrationen af NFV-teknologierne i UAV-arenaen muliggør en hurtig og fleksibel udbredelse af netværkstjenester og applikationer over afgrænsede geografiske områder (f. eks. en IP-telefonitjeneste). Efter denne fremgangsmåde kan en række UAV'er implementeres over et bestemt sted ved at transportere beregnings platforme som nyttelast (f. eks. små enkelt bestyrelses computere). Disse databehandlingsplatforme vil give en programmerbar netværksinfrastruktur (dvs. en NFV-infrastruktur) over udrulnings området og understøtte instantiationen af netværkstjenester og applikationer under kontrol af en MANO-platform.
Uanset fordelene, realiseringen af denne opfattelse præsenterer en række grundlæggende udfordringer, der skal håndteres omhyggeligt, såsom en passende integration af disse beregnings platforme som en NFV infrastruktur, ved hjælp af en eksisterende NFV softwarestak, således at en NFV orkestrering tjeneste kan implementere virtuelle funktioner på UAVs; begrænsningerne med hensyn til de beregningsressourcer, som beregnings platformene giver, da de UAVs, der transporterer dem, typisk kan udgøre begrænsninger med hensyn til nyttelast udstyrs størrelse, vægt og databehandlingskapacitet; den korrekte placering af de virtuelle funktioner på UAVs (dvs. vælge den bedste UAV kandidat til at implementere en bestemt virtuel funktion); opretholdelse af kontrol kommunikationen med UAV'er med henblik på at forvalte VNFs-livscyklussen på trods af den potentielt intermitterende tilgængelighed af netværkskommunikation med dem (f. eks. på grund af mobilitet og batteri begrænsninger) den begrænsede driftstid for UAV'er på grund af deres batteriforbrug; og migrering af de virtuelle funktioner, når en UAV skal udskiftes på grund af dens batteri udmattelse. Disse fordele og udfordringer er beskrevet i tidligere arbejde18,19 , der omfatter udformningen af en NFV system i stand til at støtte automatiseret udrulning af netfunktioner og tjenester på UAV-platforme, samt validering af den praktiske gennemførlighed af dette design.
I denne sammenhæng fokuserer dette dokument på at beskrive en protokol, der muliggør automatiseret udrulning af moderat komplekse netværkstjenester over et netværk af UAV'er ved hjælp af NFV-standarderne og open source-teknologierne. For at illustrere de forskellige trin i protokollen præsenteres en ny udformning af et eksperiment i Nogales et al.19 , som består i indsættelsen af en IP-telefonitjeneste. For at støtte reproducerbarhed af dette arbejde, Real flyvning anses som frivillig i den præsenterede procedure, og ydeevneresultater opnås med UAV enheder på jorden. Interesserede læsere bør være i stand til at replikere og validere udførelsen af protokollen, selv i et kontrolleret laboratorium miljø.
Figur 1 illustrerer den netværkstjeneste, der er udviklet til denne procedure. Denne netværkstjeneste er bygget som en sammensætning af specifikke softwariseringsenheder (kategoriseret i NFV-paradigmet som virtuelle netværksfunktioner eller VNFs) og giver funktionaliteten af en IP-telefonitjeneste til brugere i nærheden af UAVs. Den VNF komponere tjenesten er defineret som følger:
<ul><li>Adgangspunkt VNF (AP-VNF): denne VNF giver et Wi-Fi-adgangspunkt til slutbrugerudstyr (dvs. IP-telefoner i dette eksperiment).</li>
	<li>IP-telefoniserver VNF (IP-Telephony-server-VNF): den er ansvarlig for at administrere opkalds signerings meddelelser, der udveksles mellem IP-telefoner, for at oprette og afslutte et taleopkald.</li>
	<li>Domænenavn system VNF (DNS-VNF): denne VNF leverer en Name Resolution service, som typisk er nødvendig i IP-telefonitjenester.</li>
	<li>Access router VNF (AR-VNF): giver netværksrouting funktionaliteter, understøtter udveksling af trafik (dvs. kalde signalering i dette eksperiment) mellem IP-telefoner og teleoperatør domæne.</li>
	<li>Core router VNF (CR-VNF): leverer funktioner til netværksrouting i teleoperatør domænet, der giver adgang til operatørspecifikke tjenester (dvs. IP-telefoniserveren) og eksterne datanetværk.</li>
</ul>Desuden viser figur 1 de fysiske enheder, der anvendes til eksperimentet, hvordan de er indbyrdes forbundne, og den specifikke allokering af vnfs til enheder.

<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

Network funktion Virtualization (NFV) paradigme er en af de vigtigste støtteteknologier i udviklingen afden 5 gene ration af mobile netværk. Denne teknologi har til formål at mindske afhængigheden af hardware i levering af netværksfunktioner og tjenester ved hjælp af virtualiserings teknikker, der tillader softwarisering af disse funktionaliteter over et abstraktionslag. I denne sammenhæng er der stigende interesse for at udforske potentialet i ubemandede luftfartøjer (UAV'er) for at tilbyde en fleksibel platform, som kan muliggøre omkostningseffektive NFV-operationer over afgrænsede geografiske områder.
For at demonstrere de praktiske muligheder for at udnytte NFV-teknologierne i UAV-platforme præsenteres en protokol for at oprette et funktionelt NFV-miljø baseret på open source-teknologier, hvor et sæt små UAV'er leverer de beregningsressourcer, der understøtter implementeringen af moderat komplekse netværkstjenester. Derefter beskriver protokollen de forskellige trin, der er nødvendige for at understøtte automatiseret udrulning af en IP-telefonitjeneste (Internet Protocol) via et netværk af indbyrdes forbundne UAV'er, som udnytter kapaciteten i det konfigurerede NFV-miljø. Eksperimenter resultater demonstrere den korrekte drift af tjenesten efter dens indsættelse. Selv om protokollen fokuserer på en bestemt type netværkstjeneste (dvs. IP-telefoni), kan de beskrevne trin tjene som en generel vejledning i at implementere andre typer netværkstjenester. På den anden side betragter protokol beskrivelsen beton udstyr og software til at opsætte NFV-miljøet (f. eks. specifikke computere med enkelt bord og open source-software). Det kan være muligt at udnytte andre hardware-og software platforme, selv om det specifikke konfigurations aspekt af NFV-miljøet og tjeneste udrulningen kan medføre variationer i forhold til dem, der er beskrevet i protokollen.

Baseret på de data, der er indhentet under gennemførelsen af forsøget, hvor en reel VoIP opkald udføres, og efter de skridt, der er angivet i protokollen for at indsamle disse oplysninger, figur 2 skildrer den kumulative fordeling funktion af end-to-end forsinkelse målt mellem to slutbruger udstyr elementer (dvs. en råvare laptop og en IP-telefon). Dette bruger udstyr repræsenterer to enheder, der er forbundet via den installerede netværkstjenestes AP VNFs. Mere end 80% af end-to-end-forsinkelses målingerne var under 60 MS, og ingen af dem var højere end 150 MS, hvilket sikrer passende forsinkelses målinger for udførelse af et taleopkald.
Figur 3 illustrerer UDVEKSLINGEN af DNS-og SIP-signalering-meddelelser. Disse meddelelser svarer til registreringen af en af brugerne i IP-telefoniserveren (dvs. den bruger, hvis IP-telefon er forbundet til den AP VNF, hvor "tcpdump"-værktøjet kører) og til oprettelsen af taleopkaldet.
Endelig viser figur 4 og figur 5 den datatrafik, som er registreret under opkaldet. Især den første repræsenterer den konstante strøm af stemme pakker, der transmitteres og modtages af en af de trådløse telefoner under opkaldet, mens sidstnævnte illustrerer jitter i den fremadrettet retning med en gennemsnitlig værdi lavere end 1 MS.
De resultater, der blev opnået i forsøget for forsinkelses tallene (end-to-end-forsinkelse og-jitter), opfylder de anbefalinger, der er fastsat af den internationale telekommunikations Union-standardiserings sektor for telekommunikation (ITU-T)35. I overensstemmelse hermed, den stemme Hidkalde skred uden glitches og artig klang seriøs. Dette eksperiment validerede de praktiske muligheder for at anvende NFV Technologies og UAVs til at implementere en funktionel IP-telefonitjeneste.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60425/60425fig01.jpg"> Figur 1: oversigt over netværkstjenesten, der afbilder VNFs, de enheder, hvor de udføres, og de virtuelle netværk, der er nødvendige for levering af IP-telefonitjenesten. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60425/60425fig01large.jpg" target="_blank">Venligst klik her for at se en større version af dette tal.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60425/60425fig02.jpg"> Figur 2: slut-til-slut-forsinkelse. Repræsentation af slut-til-slut-forsinkelsen, der tilbydes slutbrugerens udstyr, som er tilsluttet AP VNFs. Til dette formål er den kumulative fordelingsfunktion for end-to-end-forsinkelsen blevet beregnet ud fra de målte RTT-prøver, som er opnået med kommandolinjeværktøjetping. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60425/60425fig2large.jpg" target="_blank">Venligst klik her for at se en større version af dette tal.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60425/60425fig03.jpg"> Figur 3: brugerregistrering og opkald signalering meddelelser. Illustration af den signalerings trafik (DNS og SIP), der udveksles for at registrere en bruger i IP-telefoniserveren og for at oprette og afslutte multimedie sessionen, som understøtter afviklingen af taleopkaldet. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60425/60425fig3large.jpg" target="_blank">Venligst klik her for at se en større version af dette tal.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60425/60425fig04.jpg"> Figur 4: strøm af stemme pakker. Repræsentation af taletrafikken, som blev udvekslet under opkaldet, målt ved et af AP VNFs. (forkortelser: RX = Receive, RX = transmission, RTP = real-time Transport Protocol). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60425/60425fig4large.jpg" target="_blank">Venligst klik her for at se en større version af dette tal.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60425/60425fig05.jpg"> Figur 5: udviklingen i netværkets jitter under opkaldet. Repræsentation af jitter opleves af de transmitterede stemme pakker i den fremadrettet retning fra en telefon til den anden. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60425/60425fig5large.jpg" target="_blank">Venligst klik her for at se en større version af dette tal.</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

Formålet med den beskrevne protokol er dobbelt: at konfigurere en netværksfunktion virtualiseringsmiljø ved hjælp af ubemandede luftfartøjer som beregningsenheder, der leverer den underliggende struktur til at udføre virtualiserede netværksfunktioner og til at bruge dette miljø til at understøtte automatiseret udrulning af en funktionel internetprotokol telefonitjeneste over luft køretøjerne.

Automatiseret installation af en internet protokol telefonitjeneste på ubemandede luftfartøjer ved hjælp af netværksfunktioner virtualisering

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

Denne protokol kan hjælpe med automatiseret udbredelse af telekommunikationstjenester via begrænsede enheder, f.eks. Fordelen ved denne løsning er, at den letter den hurtige udbredelse af tjenester i de begrænsede geografiske områder, hvor kommunikationsinfrastrukturer kan være utilgængelige eller utilstrækkelige. Denne protokol er inden for forskningsområdet på den tredje generation af mobilnet, og den er baseret på de nyeste normale funktionsudnyttelsesteknologier.Denne metode er blevet demonstreret ved hjælp af de avancerede prototyper, der findes her på 5TONIC, det europæiske førende laboratorium i 5G, men det kan også demonstreres uden vores 5G virtuelle systemer. Hvis du vil kontrollere den korrekte opsætning af en UAV-skyplatform, skal du åbne fanen Administrator, System, Systemoplysninger ved hjælp af de relevante loginoplysninger og klikke i afsnittene Computertjeneste og Netværksagent for at kontrollere, at status for de viste elementer er oppe. Hvis du vil konfigurere et eksperiment, skal du hente de VNF-billeder, der implementerer de forskellige komponenter i IP-telefonitjenesten, fra eksperimentlageret.Hvis du vil overføre VNF-billederne til deres korrespondent VIM, skal du klikke på Opret billede og oprette et billede ved hjælp af den viste formular. Når du har uploadet billederne for hver tilsvarende VIM, skal du hente VNF-beskrivelserne af eksperimentet fra eksperimentets lager og logge på den grafiske BRUGERgrænseflade i OSM med administratorlegitimationsoplysningerne. Træk og slip beskrivelserne til fanen VNF-pakker.Download derefter NSD fra eksperimentlageret, og træk og slip NSD'en i fanen NS-pakker i den grafiske brugergrænseflade i OSM. Hvis du vil tilføje en VIM-konto til UAV-cloudplatformEN VIM og til kerneskyplatformen VIM, skal du klikke på Plus Ny VIM under fanen VIM-konti og udfylde den viste formular med de ønskede oplysninger for begge VIM'er. Hvis du vil starte et eksperiment, skal du åbne osm-kommandolinjegrænsefladen og installere netværkstjeneste.Skriv den kommando, der skal udføres af netværkstjeneste i kommandolinjegrænsefladen, der angiver den VIM, der skal bruges til at være vært for hver VNF. Når den grafiske brugergrænseflade i OSM angiver en vellykket installation af netværkstjeneste, skal du tænde for UAV'erne og logge på UAV-flykontrolprogrammet. Kontroller derefter flyvningen af hver UAV for at holde køretøjet stabilt i en mellemliggende højde og for at undgå turbulens forårsaget af rotation af motorer tæt på en overflade.Hvis du vil forberede en IP-telefon til at foretage et opkald, skal du tilslutte en trådløs tale via IP-telefon til et af de adgangspunkter, der tilbydes af netværkstjeneste. Klik derefter på Avanceret og TCP/IP, og kontroller, at IP- og routeradresserne er konfigureret korrekt. Hvis du vil aktivere den relevante udveksling af signalmeddelelser med IP-telefoniserveren, skal du åbne appen og klikke på Assistent og bruge en SIP-konto til at oprette en brugerkonto.Angiv derefter værtsnavnet på IP-telefoniserveren, VNF. Hvis du bruger en håndholdt stemme over IP-telefon, tage lignende skridt til, hvad der lige er blevet vist. Hvis du vil oprette en post i et IP-telefonbog, skal du klikke på Indstillinger og angive adressen eller telefonnummeret i vinduet.Når eksperimentet præsenterer opkaldsdeltagerne på deres respektive placeringer, kan en af brugerne starte et IP-telefoniopkald. Hvis du vil starte opkaldet til den anden part, skal du trykke på knappen Ring. Når den anden IP-telefon begynder at ringe, skal du bruge knappen Ring til at acceptere det indgående opkald.For at indsamle de eksperimentelle resultater, skal du tilslutte en råvare laptop til en af de trådløse adgangspunkter og køre ping kommandolinje værktøj til IP-adresse, at telefonen tilsluttet det andet adgangspunkt over 180 sekunder. Når forbindelsen er oprettet med adgangspunktet, skal du kontrollere IP-forbindelsen med IP-telefonen og gemme målingerne af returflyvningstid. Hvis du vil hente den trafik, der udveksles under IP-opkaldet, skal du udføre kommandolinjeværktøjet TCP-dump i et af de kørende adgangspunkts-VNF'er og gemme denne trafik i en fil, så kommandolinjeværktøjets skriveflag aktiveres på kørselstidspunktet og angive navnet på filen.Udfør derefter et nyt IP-telefoniopkald, og vedligehold opkaldet i en bestemt periode, før opkaldet afsluttes. Her viser data fra et reelt voice over IP-kald den kumulative fordelingsfunktion for end-to-end-forsinkelsen målt mellem to slutbrugerudstyrselementer. Mere end 80 % af end-to-end-forsinkelsesmålingerne var under 60 millisekunder i denne analyse, og ingen af målingerne var højere end 140 millisekunder, hvilket garanterede de relevante forsinkelsesmålinger for udførelsen af et taleopkald.Her illustreres en udveksling af DNS- og SIP-signalmeddelelserne med de meddelelser, der svarer til registreringen af en af brugerne i IP-telefoniserveren og til etableringen af taleopkaldet. I denne repræsentative graf over datatrafik, der er registreret under et opkald, vises en konstant strøm af talepakker, der sendes og modtages af en af de trådløse telefoner under opkaldet. I denne graf kan rysten i datatrafikkens fremadrettede retning med en gennemsnitsværdi på under 1 millisekund observeres.Når du gengiver denne protokol, er det vigtigt at overveje udnyttelsen af enkeltportcomputere til at udføre virtualiseringsbeholderne. Denne protokol kan potentielt bruges i andre miljøer, hvor ressourcebegrænsede enheder kan være tilgængelige, f.eks. Hvis protokollen indeholder en flyveprocedure eksperimentator, så sørg for at følge de relevante sikkerhedsforanstaltninger og den tilsvarende lovgivningsmæssige erklæring.

Research

JoVE Journal

Engineering

Setting Limits on Supersymmetry Using Simplified Models

Fastsættelse af grænseværdier for Supersymmetri Brug simplificerede modeller

Experimental limits on supersymmetry and similar theories are difficult to set because of the enormous available parameter space and difficult to ...

Experiments on Ultrasonic Lubrication Using a Piezoelectrically-assisted Tribometer and Optical Profilometer

Forsøg med Ultrasonic Smøring Ved hjælp af en piezoelektrisk-assisteret Friktionsmåler og optisk profilometer

Friction and wear are detrimental to engineered systems. Ultrasonic lubrication is achieved when the interface between two sliding surfaces is vibrated at ...

Data Acquisition Protocol for Determining Embedded Sensitivity Functions

Data Acquisition Protokol til bestemmelse Embedded Følsomhed funktioner

The effectiveness of many structural health monitoring techniques depends on the placement of sensors and the location of input forces. Algorithms for ...

Measuring Spray Droplet Size from Agricultural Nozzles Using Laser Diffraction

Måling Spray Droplet Størrelse fra Jordbrugsvidenskabelige Dyser Brug Laser Diffraktion

When making an application of any crop protection material such as an herbicide or pesticide, the applicator uses a variety of skills and information to ...

Fabrication of 1-D Photonic Crystal Cavity on a Nanofiber Using Femtosecond Laser-induced Ablation

Fabrikation af 1-D Photonic Crystal Cavity på en Nanofiber Brug Femtosekund Laser-induceret Ablation

We present a protocol for fabricating 1-D Photonic Crystal (PhC) cavities on subwavelength-diameter tapered optical fibers, optical nanofibers, using ...

Measurements of Soil Carbon by Neutron-Gamma Analysis in Static and Scanning Modes

Målinger af kulstof i jorden af Neutron-Gamma analyse i statisk og Scanning tilstande

The herein described application of the inelastic neutron scattering (INS) method for soil carbon analysis is based on the registration and analysis of ...

The Modular Design and Production of an Intelligent Robot Based on a Closed-Loop Control Strategy

Modulært Design og produktion af en Intelligent Robot baseret på et lukket kredsløb kontrolstrategi

Intelligent robots are part of a new generation of robots that are able to sense the surrounding environment, plan their own actions and eventually reach ...

An Available Technique for Preparation of New Cast MnCuNiFeZnAl Alloy with Superior Damping Capacity and High Service Temperature

En tilgængelig teknik til udarbejdelse af nye støbt MnCuNiFeZnAl legering med overlegen dæmpning kapacitet og høj temperatur

Manganese (Mn)-copper (Cu)-based alloys have been found to have&#160;damping capacity and can be used to reduce harmful vibrations and noise effectively. ...

Fabrication of Magnetic Nanostructures on Silicon Nitride Membranes for Magnetic Vortex Studies Using Transmission Microscopy Techniques

Fabrikation af magnetiske nanostrukturer på Silicon Nitride membraner til magnetiske Vortex undersøgelser ved hjælp af Transmission mikroskopi-teknikker

Electron and x-ray magnetic microscopies allow for high-resolution magnetic imaging down to tens of nanometers. However, the samples need to be prepared ...