NGN GSI

NGN-GSI

Next Generation Networks –
Global Standardization Initiative

Prof. Antônio M. Alberti
antonioalberti@gmail.com

© Antônio M. Alberti – 2008

Arquitetura ITU-T NGN GSI
Arquitetura de Redes NGN

 Introdução
 Definição e Características
 Separação entre Serviços e Transporte
 Modelo de Referência Básico
 Modelo Funcional Geral
 Arquitetura Funcional
 Arquitetura Funcional Generalizada
 Pré-Requisitos de Serviços e Capacidades
 Qualidade de Serviço


Introdução
Arquitetura ITU-T NGN

 O ITU-T começou a preparar o caminho para a padronização
da NGN através do Projeto GII (Global Information
Infrastructure).
 Este projeto começou em 1995, e já produziu um grande
número de Recomendações da chamada Série Y.

 No intuito de padronizar a NGN, O ITU-T decidiu iniciar um
processo de padronização no âmbito do Grupo de Estudos 13.

 O ITU-T quer que as NGNs sejam vistas como uma realização
concreta dos conceitos do GII.

 Portanto, para o ITU-T a NGN é a plataforma oficial de
convergência de redes.


Introdução

 Durante o ano de 2003, o Grupo de Estudos 13 produziu
algumas Recomendações iniciais sobre NGN.
 Entretanto, em Maio de 2005 os trabalhos em NGN no ITU-T
passaram a ser desenvolvido por um novo grupo chamado FG
NGN (Focus Group NGN).

 Este trabalho continua
sobre o guarda-chuva
da iniciativa NGN-GSI
(NGN – Global
Standardization
Initiative).


Introdução

Fonte: ITU-T NGN Presentation Slides


Definição e Características

 De acordo com a Recomendação Y.2001:

Fonte: MORITA



 A principal característica da ITU-T NGN é a separação de
serviços de transporte, permitindo serem oferecidos
separadamente e desenvolvidos independentemente,
como descrito na Y.2001.

 Um segundo foco é a relação da NGN com as
Recomendações G.805 (Generic Functional Architecture of
Transport), G.809 (Functional Architecture of
Connectionless Layer Networks) e Y.110 (Global
Information Infrastructure Principles and Framework
Architecture).

Fonte: HEINISCH



 As funções de transporte são realizadas por redes de
comutação de pacotes IP.

 O protocolo SIP deve ser usado no controle de sessões.

 A separação entre serviços e transporte é representada
por dois blocos distintos ou estratos de funcionalidade.


Separação entre Serviços e Transporte

 As funções de transporte residem no Estrato de Transporte
e as funções relacionadas a aplicações residem no Estrato
Serviço.
Fonte: MORITA



 O estrato de serviço pode envolver um conjunto complexo
de plataformas de serviços distribuídas geograficamente
ou em um caso simples, funções de serviço em dois sites
de usuários finais.

 Há um conjunto de funções de aplicações relacionadas
aos serviços a serem invocados.

 Neste estrato de serviços pode estar, por exemplo,
serviços de voz, serviços de dados, ou serviços de vídeo,
ou alguma combinação destes (serviços multimídia).

Fonte: HEINISCH


 Cada estrato compreende uma ou mais camadas, onde
cada camada é conceitualmente
composta de
um Plano de Usuário,
um Plano de Controle,
e um Plano de Gerência.

 Cada estrato é possui funções de transferência de dados,
funções de controle de operação das entidades envolvidas
na transferência, e funções para gerenciar as entidades
dentro do estrato.

Fonte: HEINISCH © Antônio M. Alberti – 2008


 No contexto de gerenciamento NGN e controle NGN, é
importante considerar e definir:
 Plano de Gerência NGN como a união do plano de gerência
do estrato de serviço com o plano de gerência do estrato de
transporte;

 Plano de Controle NGN como a união do plano de controle
do estrato de serviço com o plano de controle do estrato de
transporte.

 Desde que essa união aceita sobreposição, as definições
cobrem funções comuns de controle e/ou gerência.

Fonte: HEINISCH © Antônio M. Alberti – 2008

Modelo de Referência Básico

 Qual a relação entre o Modelo de Referência Básico OSI
(Recomendação X.200) e a NGN?
 Arquiteturas NGN requerem flexibilidade, que na época da
X.200, não se tinha necessidade.

 A Y.2011 identifica algumas áreas da X.200 que são
restritivas demais e/ou insuficientes para acomodar
tecnologia recente, emergente e futura.

 A Y.2011 apresenta uma lista detalhada de itens mantidos
da X.200 que se aplicam a NGN e uma lista de itens da
X.200 que não se aplicam a NGN.

Fonte: ITU-T Y.2011 e HEINISCH © Antônio M. Alberti – 2008

Modelo Funcional Geral

Fonte: ITU-T Y.2011



 Os serviços e funções estão inter-relacionados, uma vez
que as funções são usadas para construir serviços.

 Entretanto, não existe uma relação direta de um para um,
entre serviços e funções.

 Esta é uma das razões do porque elas devem permanecer
separadas.

 Uma mesma função, como por exemplo autenticação de
usuários, pode ser usada para ofertar serviços diferentes.



 A Recomendação Y.110 mostra várias funções relativas
aos seguintes serviços:
 Infra-estruturais e de aplicativos;
 De middleware;
 De baseware, incluindo serviços de telecomunicações;
 De recursos, tais como componentes de serviços de
armazenamento e processamento;

 É conveniente juntar estas funções em dois grupos
distintos, ou planos, um que compreende todas as funções
de controle e outro que compreende todas as funções de
gerência.



 O agrupamento de funções do mesmo tipo permite o inter-
relacionamento funcional dentro de um dado grupo e entre
os dois grupos.

 Os recursos fornecem componentes físicos e lógicos que
são usados para prover serviços e redes.

 As funções de gerência interagem com os recursos e são
usadas para construir serviços.

 Enquanto a gerência do plano de transporte é bem
entendida, a gerência do plano de serviços está prevista
para estudos futuros.



 O suporte de serviços multimídia e outros tipos de
serviços, bem como da mobilidade generalizada requer
funções de controle muito bem projetadas, uma vez que os
serviços dependem de alocações cuidadosas de recursos
através destas funções ou de funções de gerenciamento.

 Um estudo completo da invocação de serviço por um
usuário final é um aspecto chave no projeto da arquitetura
de NGN.



 As funções de controle envolvidas no processo de
invocação podem ser classificadas em dois conjuntos
gerais:
 Funções Relacionadas ao Controle de Serviços
 Autenticação de Usuário, Identificação de Usuário, Controle de
Admissão de Serviço, Controle de Servidor de Aplicação.

 Funções Relacionadas ao Controle de Redes de Transporte
 Controle de Admissão de Rede, Controle de Recurso, Privacidade da
Rede, Provisão Dinâmica de Conectividade.

 As Funções de Transferência devem ser mantidas
separadas das funções de controle e gerência
correspondentes.


Arquitetura Funcional

Visão 1

Fonte: ITU-T NGN FG Proceedings.


 As interfaces UNI/NNI/ANI devem ser entendidas como
pontos de referência gerais NGN, podendo ser mapeadas
para interfaces físicas dependendo das tecnologias
utilizadas na implementação.

 As Funções de Transporte fornecem conectividade para
todos os componentes e funções fisicamente separadas na
NGN. Ou seja, transferência de mídia, bem como
transferência de informações de controle e gerência.

 As Funções de Transporte são divididas em quatro tipos:
Funções de Acesso à Rede, Funções de Borda, Funções
de Núcleo e Funções de Gateway.


 As Funções de Acesso à Rede preocupam-se com o
acesso dos usuários à rede, bem como com a agregação
de tráfego, controle de QoS, gerenciamento de buffer,
armazenamento, escalonamento, filtragem de pacotes,
classificação de tráfego, marcação, policiamento e
formatação.

 As Funções de Borda são usadas para o processamento
de tráfego agregado vindo de diferentes redes de acesso,
e incluem funções relativas ao controle de QoS e controle
de tráfego. Também podem ser usadas entre redes de
núcleo.



 As Funções de Núcleo são responsáveis por assegurar o
transporte de longa distância, oferecendo os meios para
diferenciar a qualidade do transporte oferecido.

 Estas funções fornecem mecanismos de QoS que lidam
diretamente com o tráfego do usuários, incluindo
gerenciamento de buffer, armazenamento, escalonamento,
filtragem de pacotes, classificação de tráfego, marcação,
policiamento, formatação, controle de portas e firewall.

 As Funções de Gateway permitem a interconexão com
funções de usuário final e de outras redes, incluindo outros
tipos de NGNs, PSTN/ISDN, Internet Pública, etc.



 São controladas diretamente pelas Funções de Controle
de Serviço.

 As Funções de Controle de Transporte dividem-se em
Funções de Controle de Recursos e Admissão (RACFs –
Resource and Admission Control Functions) e Funções de
Controle de Ligação à Rede (NACFs – Network
Attachment Control Functions).

 As RACFs fornecem controle de QoS (incluindo reserva de
recursos, controle de admissão e controle de portas),
Funções de Controle de Translação de Endereço de Porta
(NAPT – Network Address and Port Translation) e Funções
de Controle de Firewall (FW).



 O controle de admissão envolve a verificação de
autorização baseada no perfil do usuário, SLA, regras
especificas do operador, prioridade de serviço e
disponibilidade de recursos nas redes de núcleo e acesso.

 A RACF atua como um arbitro na negociação e alocação
de recursos entre as Funções de Controle de Serviço e
Funções de Transporte.

 Ela interage com estas funções dando o suporte
necessário às aplicações baseadas em sessões (SIP) e às
aplicações que não são baseadas em sessões que
necessitem de controle de recursos de transmissão, tais
como controle de QoS e controle NAPT/FW.



 A RACF interage com as Funções de Transporte visando
controlar uma ou mais das seguintes funções de
transporte: filtragem de pacotes, classificação de tráfego,
marcação, policiamento, gerenciamento de prioridade,
reserva e alocação de banda, endereços de rede,
translação de portas, e firewall.

 Ela ainda interage com a NACF para verificar perfis de
usuários e SLAs.



 A NACF fornece registro no nível de acesso à rede e
inicialização das funções dos usuários finais necessárias
para acessar a NGN.

 As NACFs fornecem autenticação e identificação no nível
de rede, gerenciamento do espaço de endereços IP nas
redes de acesso, e autenticação de sessões de acesso.

 Elas também anunciam para os usuários finais os pontos
de contato de Serviços e Aplicações NGN.



 Além destas funções as NACFs também fornecem:
 Provisionamento dinâmico de endereços IP e de outros
parâmetros de configuração de equipamentos de rede.

 Autenticação na camada IP e outras camadas.

 Autorização e configuração do acesso à rede, baseada nos
perfis dos usuários.

 Gerenciamento de localização na camada IP.



 Os Perfis de Usuário de Transporte (Transport User
Profiles) formam um banco de dados funcional que
representa um combinação de informações dos usuários e
outros dados de controle em uma única função de perfil de
usuário no Estrato de Transporte.

 O banco de dados funcional é especificado e
implementado com um conjunto de bancos de dados
cooperativos com funcionalidades residindo em qualquer
parte da NGN.



 O Estrato de Serviço é composto de Funções de Controle
de Serviço (SCF – Service Control Function), Funções de
Suporte à Aplicações e Serviços e Perfis de Usuário de
Serviço.

 As Funções de Controle de Serviço incluem controle de
serviços baseados em sessão (session based services) e
de serviços não baseados em sessão (non-session based
services), registro, autorização e autenticação no nível de
serviço.

 As Funções de Suporte à Aplicações e Serviços incluem
funções como gateway, registro, autenticação e
autorização, só que no nível de aplicações.



 Elas são disponibilizadas à aplicações de terceiros e
funcionam em conjunto com as Funções de Controle de
Serviços para fornecer serviços de valor agregado sob
demanda para usuários finais e provedores de aplicações
terceirizados.

 Na UNI, elas fornecem pontos de referência para as
funções de usuário final, enquanto na ANI elas fornecem
pontos de referência para aplicações de terceiros.

 Os Perfis de Usuário de Serviço funcionam da mesma
forma que no Estrato de Transporte.



Visão 2

Fonte: ITU-T NGN FG Proceedings. Página 220. © Antônio M. Alberti – 2008

Arquitetura Funcional Generalizada Visão 3


Arquitetura Funcional Generalizada

 Entidades Funcionais de Suporte à Aplicações e Serviços
(1)
 Fornecem controle para acesso aos serviços através da
interação com as entidades funcionais S-1, S-15 ou
diretamente com os usuários finais.

 Podem residir ou na rede final dos usuários ou em redes de
terceiros.

 Podem possuir as seguintes Entidades Funcionais:
 A-1: Application Server FE (AS-FE) – Suporta funções genéricas de
servidores de aplicações, incluindo:
• SIP application server,
• Open Service Architecture (OSA) application server,
• OMA Service Environment (OSE) service enabler.



(1)
 A-2: Intelligent Network Application Server FE (IN-AS-FE) – Fornece
programas que permitem suportar serviços de Redes de Inteligentes.

 A-3: Application Gateway FE (APL-GW-FE) – Funciona como uma
entidade de interconexão entre provedores de aplicações de terceiros e
a entidade S-1.

 A-4: Application Service Coordination Manager FE (APL-SCM-FE) –
Gerencia a interação entre múltiplos servidores de aplicações.



(1)




 Entidades Funcionais de Controle de Serviço (2)

Fonte: ITU-T NGN FG Proceedings. © Antônio M. Alberti – 2008


 Entidades Funcionais de Controle de Transporte (3)



 Entidades Funcionais de Transporte (4)


Pré-Requisitos de Serviços e Capacidades

 De acordo com Carugi, do FGNGN, o objetivo é criar uma
arquitetura avançada de serviços onde:
 Um conjunto amplo de serviços possa ser disponibilizado
sobre uma rede unificada IP.
 Os serviços são desacoplados da rede de transporte,
formando o chamado Service Stratum.
 A porção de transporte da rede (Transport Stratum) deve
suportar uma vasta gama de rede de acesso, fixa e móveis.
 Os serviços não estão limitados aos atuais serviços.
 Os serviços devem atravessar vários provedores de rede.



 O ambiente de desenvolvimento de serviços deverá ser
aberto, permitindo a definição de uma estrutura flexível para
a implementação de serviços de valor agregado via
capacidades.

 As capacidades são acessadas através Standard Application
Interfaces.
 Aplicações de terceiro são acessadas via Application
Network Interfaces.

 O trabalho do FGNGN está sendo alinhado com o trabalho
do ESTI TISPAN (European Telecommunications
Standards Institute – Telecoms & Internet converged
Services & Protocols for Advanced Networks).



 As seguintes classes de ambientes de serviços de valor
agregado estão sendo consideradas na Release 1 da
FGNGN:
 Ambiente de Serviços Baseado em Redes Inteligentes:
 INAP – Intelligent Network Application Part
 CAMEL – Customized Applications for Mobile networks Enhanced
Logic

 Ambiente de Serviços Baseado em IMS.

 Ambiente de Serviços Aberto:
 OSA/Parlay – Open Services Architecture Parlay
 Parlay X
 OMA – Open Mobile Alliance



 A Release 1 da FGNGN deverá suportar ainda:
 Emulação PSTN/ISDN
 Do ponto de vista do usuário final, a FGNGN se parece como uma rede
PSTN/ISDN convencional.
 Os terminais legados poderão continuar utilizando os serviços
existentes via NGN.
 Estão sendo cogitadas duas soluções de emulação: Baseada em
Agente de Chamadas e Baseada em IMS.

 Simulação PSTN/ISDN
 Os terminais NGN poderão utilizar funcionalidades das redes legadas.



Fonte: CARUGI.



 Mas o que é uma Capacidade de Serviço (Service
Capability)?
 É um grupo de funções ou operações reusáveis em tempo
de execução por mais de um serviço.
 É um bloco básico de construção de serviços reutilizável.
 Várias funções podem ser interconectadas para gerenciar
em executar serviços.

 As capacidades podem ser usadas em:
 Serviços dentro da rede do provedor via SIP, por exemplo.
 Serviços fora da rede do provedor via Parlay ou Web
Services, por exemplo.

A idéia é modularizar as funções de rede.


 Capacidades necessárias para alguns serviços.

Fonte: CARUGI.


Qualidade de Serviço

 Idéia Básica

Fonte: CHOI.



 Os principais documentos produzidos foram:
 IP QoS Signaling Requirements (TRQ.IP QoS.SIG.CS1)
 Define sinalização de parâmetros.
 Utiliza padrão Y.1541, que define classes de QoS.
 Define níveis de confiabilidade e prioridade.
 Mapeamento DSCP.
 Suporte a capacidades de troca Request-offer-answer.
 Inclui controle de fluxo para requisições de QoS e resolução de
contenções durante alocação de recursos.
 Define pré-requisitos de desempenho para requisições de QoS.



 Inter-Domain Performance Measurement and Management
(TR-pmm)
 Define os atributos a serem medidos.
 Define como os atributos serão medidos.

Fonte: CHOI.


 Inter-Domain Performance Measurement and Management
 O desempenho da rede será monitorado através de probes ativas.

 As probes serão inseridas na rede em um determinado dispositivo e
retiradas da rede por dispositivos extratores, que retornarão ao
dispositivo injetor as informações de desempenho medidas.

 As probes serão:
• Baseadas em UDP.
• Utilizáveis para medir o desempenho em termos de atraso e perdas em
ambas as direções.
• Marcadas com o classe Diff-Serv adequada.
• Transmitidas em intervalos de tempo aleatórios exponenciais.
• Poderão utilizar labels MPLS caso esta tecnologia esteja sendo usada na
rede.



 RACF – Resource and Admission Control Functions (TR-
pmm)

Fonte: CHOI.



 Função de Decisão de Policiamento (PDF – Policy Decision
Function)
 É responsável pela decisão final sobre uma requisição de recursos de
QoS em termos de recursos de rede e de controle de admissão.

 A decisão é baseada em regras de policiamento do provedor,
informações sobre o serviço e disponibilidade de recursos.

 Ela controla os portões (gates ou filtros de pacotes) nos limites da rede
no nível de fluxo de mídia.

 É transparente a tecnologia de transporte e independente das Funções
de Controle de Serviço.

 As regras de policiamento são service-based.

 Um PDF pode servir para vários sistemas e provedores de serviços.



 Função de Controle de Recurso de Transmissão (TRCF –
Transport Resource Control Function)
 É uma entidade funcional que executa a verificação de disponibilidade
de recursos para uma requisição de recurso de QoS dentro de um
segmento de rede simples.

 A verificação é feita baseada na topologia da rede, utilização dos
recursos da rede e disponibilidade de recursos nos elementos de rede.

 Ela controla os recursos de transporte no nível agregado e por
elemento de rede.

 É independente do serviço mas dependente da tecnologia de transporte
utilizada.

 As regras de policiamento usadas são especificas para cada tecnologia
de transporte.



 A PDF consulta as TRCFs das redes de acesso e de
núcleo envolvidas em uma determinada transmissão, a fim
de verificar se existem recursos disponíveis ao longo do
caminho fim a fim de um determinado fluxo de mídia.

 O ponto de referência Rp é utilizado para estender a
verificação de disponibilidade de fora a fora na rede,
consultando diversas instâncias de TRCFs.

 Múltiplas instâncias de PDFs podem ser interconectadas
através dos pontos de referência Rd.



 Sumário das Funções Desempenhadas pela RACF (1)



 Sumário das Funções Desempenhadas pela RACF (2)



 Exemplo de Cenário de Aplicabilidade

Fonte: CHOI.


 Exemplo de Procedimento de Reserva de Recurso

Uma requisição de reserva de
recursos é tipicamente capturada
a partir de um evento de
estabelecimento de serviço ou
uma ação interna da SCF.


Referências Bibliográficas

 SOUSA, Wglastonio, “Abordagem sobre os Conceitos
Básicos, Arquitetura e Funcionamento do Protocolo
H.248/MEGACO”, Monografia de Especialização, Inatel,
2005.

 TAYLOR, Tom, “Megaco/H.248: A New Standard for
Media Gateway Control”, IEEE Communications
Magazine, October 2000.

 CARUGI, Marco, “Service Requirements and Capabilities
of NGN”, ITU-T Workshop on NGN, Hanoi, Vietnam, 15-16
May 2006.



 CHOI, Taesang, “Quality of Service in NGN”, ITU-T
Workshop on Next Generation Networks, May 2006.

 KOLEYNI, Ghassem, “PSTN/ISDN Emulation PSTN/ISDN
Emulation Architecture”, ITU-T Workshop on Next
Generation Networks, May 2006.

 MORITA, Naotaka, “Functional Architecture Model of
NGN”, ITU-T Workshop on Next Generation Networks,
May 2006.

 HEINISCH, Astrid Maria Carneiro, “NGN – Next
Generation Networks: Estado da Arte Tecnológico”,
Monografia de Estudos Especiais, INATEL, 2005.


 Y.2001, “Next Generation Networks – Frameworks and
Functional Architecture Models – General Overview of
NGN”, ITU-T Recommendation, 2004.

 ITU-T NGN FG Proceedings, ITU-T, 2005.

 PING, Steven Lim Shue, “Migration Scenarios to NGN”,
May 2006.

 RIBEIRO, Neila de Faria, NETO, Nelson Macchiaverni,
“Estudo e Análise Qualitativa das Redes de Nova
Geração (NGNs)”, Trabalho de Conclusão de Curso,
INATEL, Novembro 2006.


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