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

Эта работа была частично поддержана европейским проектом H2020 5GRANGE (грантовое соглашение 777137) и проектом 5GCIty (TEC2016-76795-C6-3-R), финансируемым испанским министерством экономики и конкурентоспособности. Работа Луиса Ф. Гонсалеса была частично поддержана европейским проектом H2020 5GinFIRE (грантовое соглашение 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>

Авторам нечего раскрывать.

Одним из наиболее важных аспектов этого эксперимента является использование технологий виртуализации и стандартов NFV с платформами БПЛА. NFV представляет новую парадигму, направленную на разъединение аппаратной зависимости от функций сети, тем самым позволяя предоставлять эти функциональные возможности через softwarization. Соответственно, эксперимент не зависит от использования оборудования, указанного в протоколе. Кроме того, могут быть выбраны различные модели однобортных компьютеров, если они соответствуют габаритам и транспортной емкости БПЛА и поддерживают контейнеры Linux.
Несмотря на такую гибкость с точки зрения выбора оборудования, весь контент, предусмотренный для воспроизводимости эксперимента, ориентирован на использование технологий с открытым исходным кодом. В этом контексте аспекты конфигурации и программные средства обусловлены использованием Linux в качестве операционной системы.
С другой стороны, эксперимент предусматривает взаимодействие двух различных вычислительных платформ (наоборот, облачной платформы БПЛА и основной облачной платформы) для обеспечения умеренно сложного сетевого сервиса. Однако в этом нет необходимости, и протокол может быть продолжен для поддержки сценариев, в которых участвует только облачная платформа БПЛА.
Кроме того, представленное решение потенциально может быть использовано в других средах, где аппаратные платформы с ограниченными ресурсами могут быть доступны с необходимым потенциалом для выполнения контейнеров виртуализации (например, Интернет вещей или IoT, среды). В любом случае применимость этого решения к различным средам и его потенциальная адаптация потребует тщательного изучения на индивидуальной основе.
Наконец, следует отметить, что представленные результаты были получены в лабораторных условиях и с помощью устройств БПЛА, заземленных или следующих ограниченному и четко определенному плану полета. Другие сценарии, связанные с развертыванием на открытом воздухе, могут вводить условия, влияющие на стабильность полета БПЛА и, следовательно, на производительность службы IP-телефонии.

Одна из самых желанных целей в новую эру мобильной связи (наиболее известная как5-е мобильное поколение или 5G) заключается в том, чтобы иметь возможность предоставлять надежные услуги в области информационных технологий в ситуациях, когда первичная телекоммуникационная инфраструктура может быть недоступна (например, в связи с чрезвычайной ситуацией). В этом контексте БПЛА все большее внимание уделяется научному сообществу в связи с присущей им универсальностью. Существует множество работ, которые используют эти устройства в качестве краеугольного камня для предоставления широкого спектра услуг. Например, в литературе проанализирована способность этих устройств для создания инфраструктуры воздушной связи для размещения мультимедийных услуг1,2,3. Кроме того, предыдущие исследования показали, как сотрудничество между несколькими БПЛА может расширить функциональность различных услуг связи, таких как наблюдение4, совместный поиск и спасение5,6,7,8, или агробизнеса9.
С другой стороны, технология NFV приобрела большое значение в операторах связи как один из ключевых возможностей 5G. NFV представляет собой парадигматическое изменение в отношении телекоммуникационной инфраструктуры путем облегчения нынешней зависимости сетевой техники от специализированного оборудования за счет софтваризации сетевых функций. Это позволяет гибко и гибко развертывать новые типы коммуникационных служб. С этой целью Европейский институт стандартов телекоммуникаций (ETSI) сформировал группу спецификаций для определения архитектурной структуры NFV10. Кроме того, ETSI в настоящее время хостов с открытым исходным кодом Mano (OSM) группа11, которая отвечает за разработку NFV управления и оркестровки (MANO) программного обеспечения стек в соответствие с определением архитектурной основы ETSI NFV.
С учетом всех вышеупомянутых соображений в настоящее время изучается синергическая конвергенция бПЛА и технологий NFV при разработке новых сетевых приложений и услуг. Это иллюстрируется несколькими научно-исследовательскими работами в литературе, которые указывают на преимущества этих типов систем14,15,16, определить проблемы этой конвергенции и ее недостающие аспекты, выделить будущие исследования линий по этой теме17, и настоящее пионером решений, основанных на технологиях с открытым исходным кодом.
В частности, интеграция технологий NFV в арену БПЛА позволяет быстро и гибко развертывать сетевые услуги и приложения в разграниченных географических районах (например, услуга IP-телефонии). Следуя этому подходу, ряд БПЛА может быть развернут в определенном месте, перевозя вычислительные платформы в виде полезной нагрузки (например, малогабаритные одноместные компьютеры). Эти вычислительные платформы обеспечат программируемую сетевую инфраструктуру (т.е. инфраструктуру NFV) над областью развертывания, поддерживая мгновенное воспроизведение сетевых служб и приложений под контролем платформы MANO.
Несмотря на преимущества, реализация этой точки зрения представляет собой набор фундаментальных проблем, которые необходимо тщательно решать, таких как соответствующая интеграция этих вычислительных платформ в качестве инфраструктуры NFV, используя существующий стек программного обеспечения NFV, так что служба оркестровки NFV может развертывать виртуальные функции на БПЛА; ограничения с точки зрения вычислительных ресурсов, предоставляемых вычислительными платформами, поскольку беспилотные летательные аппараты, перевозящие их, обычно могут представлять ограничения с точки зрения размера, веса и вычислительной мощности оборудования полезной нагрузки; правильное размещение виртуальных функций на БПЛА (т.е. выбор лучшего кандидата Накра для развертывания конкретной виртуальной функции); поддержание контрольной связи с БПЛА в целях управления жизненным циклом ВНФ, несмотря на потенциально прерывистую доступность сетевых коммуникаций с ними (например, вызванных ограничениями подвижности и аккумуляторов); ограниченное время работы БПЛА из-за их потребления батареи; и миграция виртуальных функций, когда БПЛА необходимо заменить из-за усталости батареи. Эти преимущества и проблемы подробно описаны в предыдущей работе18,19, которая включает в себя разработку системы NFV, способной поддерживать автоматизированное развертывание сетевых функций и услуг на платформах БПЛА, а также проверку практической осуществимости этой конструкции.
В этом контексте в настоящем документе основное внимание уделяется описанию протокола, позволяющего автоматизированно развертывать умеренно сложные сетевые службы по сети БПЛА с использованием стандартов NFV и технологий с открытым исходным кодом. Для иллюстрации различных этапов протокола представлена перепланировка эксперимента, представленного в Nogales et al.19, состоящего из развертывания службы IP-телефонии. Для воспроизводимости этой работы реальный полет считается факультативным в представленной процедуре, а результаты работы получены с помощью БПЛА на земле. Заинтересованные читатели должны иметь возможность реплицировать и проверять выполнение протокола, даже в контролируемой лабораторной среде.
На рисунке 1 иллюстрируется сетевой сервис, предназначенный для этой процедуры. Эта сетевая служба построена как состав конкретных единиц softwarization (классифицируется в парадигме NFV как виртуальные сетевые функции, или VNFs) и обеспечивает функциональность службы IP-телефонии для пользователей в непосредственной близости от БПЛА. ВНФ, составляющий услугу, определяется следующим образом:
<ul><li>Точка доступа VNF (AP-VNF): Этот VNF предоставляет точку доступа Wi-Fi к оборудованию конечных пользователей (т.е. IP-телефонам в этом эксперименте).</li>
	<li>IP-телефонии сервер VNF (IP-телефония-сервер-VNF): Он отвечает за управление вызова сигнальных сообщений, которые обмениваются между IP-телефонов для установления и прекращения голосового вызова.</li>
	<li>Система доменных имен VNF (DNS-VNF): Этот VNF предоставляет услугу разрешения имен, которая обычно необходима в услугах IP-телефонии.</li>
	<li>Маршрутизатор доступа VNF (AR-VNF): обеспечивает функции маршрутирования сети, поддерживая обмен трафиком (т.е. сигнализация вызова в этом эксперименте) между IP-телефонами и доменом оператора связи.</li>
	<li>Основной маршрутизатор VNF (CR-VNF): обеспечивает функции маршрутирования сети в домене оператора связи, предлагая доступ к услугам оператора (т.е. серверу IP-телефонии) и внешним сетям передачи данных.</li>
</ul>Кроме того, на рисунке 1 представлены физические устройства, используемые для эксперимента, как они взаимосвязаны, и конкретное распределение VNF для устройств.

<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

Парадигма виртуализации сетевых функций (NFV) является одной из ключевых благоприятных технологий в развитии мобильных сетей5-го поколения. Эта технология направлена на снижение зависимости от оборудования в предоставлении сетевых функций и услуг с помощью методов виртуализации, которые позволяют софтваризации этих функций по сравнению с слоем абстракции. В этом контексте растет интерес к изучению потенциала беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) для создания гибкой платформы, способной обеспечить рентабельное управление НФВ в разграниченных географических районах.
Чтобы продемонстрировать практическую целесообразность использования технологий NFV на платформах БПЛА, представлен протокол для создания функциональной среды NFV на основе технологий с открытым исходным кодом, в которой набор небольших БПЛА поставляют вычислительные ресурсы, поддерживающие развертывание умеренно сложных сетевых служб. Затем в протоколе подробно описаны различные шаги, необходимые для поддержки автоматизированного развертывания службы телефонии интернет-протокола (IP) по сети взаимосвязанных БПЛА, используя возможности настроенной среды NFV. Результаты экспериментов свидетельствуют о надлежащей работе службы после ее развертывания. Хотя в протоколе основное внимание уделяется определенному типу сетевого обслуживания (т.е. IP-телефонии), описанные шаги могут служить общим руководством для развертывания других типов сетевых служб. С другой стороны, в описании протокола рассматривается конкретное оборудование и программное обеспечение для настройки среды NFV (например, конкретные однобортные компьютеры и программное обеспечение с открытым исходным кодом). Использование других аппаратных и программных платформ может быть осуществимо, хотя конкретный аспект конфигурации среды NFV и развертывание службы могут представлять различия в отношении тех, которые описаны в протоколе.

На основе данных, полученных в ходе выполнения эксперимента, в котором выполняется реальный voIP-звонок и следует за шагами, указанными протоколом для сбора этой информации, на рисунке 2 изображена совокупная функция распределения сквозной задержки, измеряемой между двумя элементами оборудования для конечных пользователей (т.е. товарным ноутбуком и IP-телефоном). Это пользовательское оборудование представляет собой два устройства, которые взаимосвязаны через AP VNF развернутой сетевой службы. Более 80% сквозных измерений задержки были ниже 60 мс, и ни один из них не превышал 150 мс, что гарантирует соответствующие метрики задержки для выполнения голосового вызова.
Рисунок 3 иллюстрирует обмен dNS и SIP сигнальными сообщениями. Эти сообщения соответствуют регистрации одного из пользователей на сервере IP-телефонии (т.е. пользователю, чей IP-телефон подключен к AP VNF, где работает инструмент«tcpdump»)и созданию голосового вызова.
Наконец, на рисунке 4 и рисунке 5 показан трафик данных, захваченный во время вызова. В частности, первый представляет собой постоянный поток голосовых пакетов, передаваемых и полученных одним из беспроводных телефонов во время вызова, в то время как последний иллюстрирует испуг в прямом направлении со средним значением ниже 1 мс.
Результаты, полученные в ходе эксперимента по показателям задержек (сквозная задержка и дрожь), удовлетворяют рекомендациям, указанным Международным союзом электросвязи - Сектором стандартизации электросвязи (ItU-T)35. Соответственно, голосовой вызов прогрессировал без сбоев и хорошего качества звука. Этот эксперимент подтвердил практическую целесообразность использования технологий NFV и БПЛА для развертывания функциональной службы IP-телефонии.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60425/60425fig01.jpg"> Рисунок 1: Обзор сетевого сервиса, изображающий VNF, объекты, в которых они выполняются, и виртуальные сети, необходимые для предоставления услуг IP-телефонии. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60425/60425fig01large.jpg" target="_blank">Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60425/60425fig02.jpg"> Рисунок 2: Сквозная задержка. Представление о сквозной задержке, предлагаемой конечному оборудованию, подключенномке к НПФ AP. Для этого из измеренных образцов RTT, полученных с помощью командной линии"ping"была вычислена совокупная функция распределения сквозной задержки. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60425/60425fig2large.jpg" target="_blank">Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60425/60425fig03.jpg"> Рисунок 3: Регистрация пользователей и сигнальные сообщения. Иллюстрация сигнального трафика (DNS и SIP), обмениваемого для регистрации пользователя на сервере IP-телефонии и создания и прекращения мультимедийного сеанса, поддерживающего выполнение голосового вызова. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60425/60425fig3large.jpg" target="_blank">Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60425/60425fig04.jpg"> Рисунок 4: Поток голосовых пакетов. Представление голосового трафика, обмениваемого во время вызова, измеренного в одном из AP VNF. (Аббревиативы: RX и получить, RX й передать, RTP и в режиме реального времени транспортный протокол). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60425/60425fig4large.jpg" target="_blank">Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60425/60425fig05.jpg"> Рисунок 5: Эволюция сети дрожать во время вызова. Представление испуга, испытываемого передаваемыми голосовыми пакетами в направлении вперед от одного телефона к другому. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60425/60425fig5large.jpg" target="_blank">Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.</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

Цель описанного протокола двояка: настроить среду виртуализации сетевых функций с использованием беспилотных летательных аппаратов в качестве вычислительных объектов, обеспечивающих базовую структуру для выполнения виртуализированных сетевых функций и использования этой среде для поддержки автоматизированного развертывания функциональной службы телефонной связи интернет-протокола на воздушных транспортных средствах.

Автоматизированное развертывание службы телефонии Интернет-протокола на беспилотных летательных аппаратах с использованием виртуализации сетевых функций

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

Этот протокол может помочь в автоматизированном развертывании телекоммуникационных услуг над ограниченными устройствами, такими, как телефонная связь, предоставляемая через воздушную сеть беспилотных летательных аппаратов. Преимущество этого решения заключается в том, что оно облегчает быстрое развертывание служб в ограниченных географических районах, для которых инфраструктура связи может быть недоступна или недостаточна. Этот протокол был определен в области исследований на третьем поколении мобильных сетей и основан на современных технологиях нормального использования функций.Этот метод был продемонстрирован с использованием передовых прототипов, доступных здесь, в 5TONIC, европейской ведущей лаборатории в 5G, но это может быть продемонстрировано также без наших виртуальных систем 5G. Чтобы проверить правильную настройку облачной платформы БПЛА, обратитесь к вкладке Администратор, Система, Системная информация, используя соответствующую информацию входа и нажмите в разделе Вычислительная служба и сетевой агент, чтобы проверить, что состояние отображаемых элементов вверх. Чтобы настроить эксперимент, загрузите изображения VNF, которые реализуют различные компоненты службы IP-телефонии, из репозитория эксперимента.Чтобы загрузить изображения VNF корреспонденту VIM, нажмите Create Image и создайте изображение с помощью отображаемой формы. Загрузив изображения для каждого соответствующего VIM, загрузите дескрипторы эксперимента VNF из репозитория эксперимента и вопишитесь в графический пользовательский интерфейс OSM с учетными данными администратора. Перетащите и опустите дескрипторы во вкладку пакетов VNF.Затем загрузите NSD из репозитория эксперимента и перетащите и опустите NSD во вкладку NS Packages графического пользовательского интерфейса OSM. Чтобы добавить учетную запись VIM для облачной платформы БПЛА VIM и для основной облачной платформы VIM, во вкладке "Счета ВИМ-Авиа", нажмите плюс New VIM и заполните отображаемую форму с запрошенной информацией для обоих VIM. Чтобы инициировать эксперимент, доступ к интерфейсу командной строки OSM и развертывание сетевой службы.Ввените команду для выполнения сетевой службы в интерфейсе командной строки с указанием VIM, который будет использоваться для размещения каждого VNF. Когда графический пользовательский интерфейс OSM указывает на успешное развертывание сетевого сервиса, включите БПЛА и вовключитесь в приложение управления полетом БПЛА. Затем, контролировать полет каждого БПЛА, чтобы точно поддерживать транспортное средство на промежуточной высоте и избежать любой турбулентности, вызванной вращением двигателей близко к поверхности.Чтобы подготовить IP-телефон для совершения вызова, подключите беспроводной голос по IP-телефону к одной из точек доступа, предлагаемых сетевой службой. Затем нажмите Advanced и TCP/IP и убедитесь, что IP и адреса маршрутизатора правильно настроены. Для обеспечения надлежащего обмена сигнальными сообщениями с сервером IP-телефонии откройте приложение и нажмите Assistant, а также используйте учетную запись SIP для создания учетной записи пользователя.Затем укажите хост-имя сервера IP-телефонии VNF. При использовании портативного голоса по IP-телефону, принять аналогичные меры к тому, что только что было показано. Чтобы создать запись в телефонной книге IP, нажмите Options и введите адрес или номер телефона в окне.После того, как в эксперименте будут представлены участники вызова в соответствующих местах, один из пользователей может инициировать вызов IP-телефонии. Чтобы инициировать вызов другой стороне, нажмите кнопку Вызова. Когда другой IP-телефон начинает звонить, используйте кнопку Вызова, чтобы принять входящий звонок.Чтобы собрать экспериментальные результаты, подключите товарный ноутбук к одной из точек беспроводного доступа и запустите инструмент командной строки пинг к IP-адресу, который телефон подключил к другой точке доступа в течение 180 секунд. После того, как соединение установлено с точкой доступа, проверить IP-соединение с IP-телефоном, и сохранить измерения времени в пути. Чтобы захватить трафик, обмениваемый во время IP-звонка, выполните инструмент командной строки TCP в одном из VNF-точки доступа и сохраните этот трафик в файле, что позволит написать флаг инструмента командной строки во время выполнения и указать имя файла.Затем выполните новый вызов IP-телефонии и поддерживайте вызов в течение определенного периода времени до прекращения вызова. Здесь данные с реального голоса по IP-вызову демонстрируют кумулятивную функцию распределения конечной задержки, измеряемой между двумя элементами оборудования конечного пользователя. Более 80% измерений конечной задержки были ниже 60 миллисекунд в этом анализе, и ни одно из измерений не было выше 140 миллисекунд, гарантируя соответствующие метрики задержки для выполнения голосового вызова.Здесь обмен сигнальных сообщений DNS и SIP иллюстрируется сообщениями, соответствующими регистрации одного из пользователей на сервере IP-телефонии и созданию голосового вызова. На этом репрезентативном графике трафика данных, полученном во время звонка, отображается постоянный поток голосовых пакетов, передаваемых и полученных одним из беспроводных телефонов во время звонка. На этом графике можно наблюдать дрожь в направлении движения данных со средним значением ниже 1 миллисекунды.При воспроизведении этого протокола важно учитывать использование одно портвейных компьютеров для выполнения контейнеров виртуализации. Этот протокол потенциально может использоваться в других средах, в которых устройства с ограниченными ресурсами могут быть доступны, например, в северо-восточных средах. Если протокол включает в себя экспериментатор процедуры полета, поэтому не забудьте следовать соответствующим мерам безопасности и соответствующему нормативному заявлению.

Research

JoVE Journal

Engineering

Setting Limits on Supersymmetry Using Simplified Models

Установка ограничений на суперсимметрии с помощью упрощенных моделей

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

Эксперименты по ультразвуковой смазки Использование пьезоэлектрически содействии Tribometer и оптических профилометром

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

Протокол сбора данных для определения встроенных функций чувствительности

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

Измерение Спрей Размер капли от сельскохозяйственных Насадки Использование лазерного дифракционного

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

Изготовление 1-D фотонного кристалла резонатором на нановолокна Использование фемтосекундного лазера абляции

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

Измерения почвенного углерода путем анализа нейтронного гамма в статических и режимы сканирования

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

Модульная конструкция и производство интеллектуальный робот на основе стратегии управления связью

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

Имеющаяся технология для подготовки новых MnCuNiFeZnAl сплава с превосходной демпферные емкости и высокой температуры

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

Изготовление магнитных наноструктур на мембраны нитрида кремния магнитный вихревой исследований с использованием методов передачи микроскопии

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