Kualitas Layanan IP Multimedia Subsystem

Transkripsi

1 Kualitas Layanan IP Multimedia Subsystem Henning T.C. 1 *, Supeno Djanali 2, M. Husni 3 Teknik Informatika, ITS, Surabaya, Indonesia 1* [email protected] Teknik Informatika, ITS, Surabaya, Indonesia 2,3 Abstrak IMS (IP multimedia subsystem) adalah teknologi komunikasi yang bisa menyatukan alat wireless dan wired dalam suatu jaringan yang real time, ekstensibel, dan mampu memberi layanan multimedia secara interaktif. IMS merupakan masa depan teknologi komunikasi karena IMS didesain mampu menyediakan layanan aplikasi streaming voice, video, gambar yang lebih kompetitif, mobilitas yang lebih besar, dan isi serta layanan yang lebih baik. IMS didesain untuk mampu bekerja tanpa dibatasi area maupun domain yang ada dan bisa menggunakan Ipv4 dan Ipv6. Penelitian ini bertujuan mensimulasikan jaringan IMS pada dua domain berbeda. Simulasi yang dijalankan pada network simulator OPNET akan dibandingkan dengan standar jaringan IMS yang dibuat oleh IETF, IEEE, dan 3GPP. Dari simulasi tersebut juga akan dihitung delay, jitter, performa dan keamanan jaringan IMS secara keseluruhan pada aplikasi streaming voice. Perbandingan standar dan simulasi jaringan IMS pada network simulator menghasilkan beberapa perbedaan yang cukup signifikan, diantaranya adalah ketiadaan HSS, MGCF, BGCF, dan kemampuan jaringan IMS dalam menangani sejumlah pengguna secara bersamaan. Namun perbedaan itu sendiri diakibatkan adanya keterbatasan simulator karena tiadanya koneksi database dan jaringan pada simulator. Uji coba aplikasi streaming voice pada jaringan IMS dengan domain yang berbeda menunjukkan bahwa nilai utilisasi server dan komponen yang disimulasikan menghasilkan nilai yang memadai untuk percakapan. Katakunci: IP multimedia Subsystem, Kualitas Layanan, SIP. 1. Pendahuluan IMS (IP multimedia subsystem) adalah teknologi komunikasi yang bisa menyatukan alat wireless dan wired dalam suatu jaringan yang real time, ekstensibel, dan mampu memberi layanan multimedia secara interaktif. IMS didesain mampu menyediakan layanan aplikasi streaming (suara, video, gambar) yang lebih kompetitif, mobilitas yang lebih besar, dan isi serta layanan yang lebih baik. IMS juga didesain untuk mampu bekerja tanpa dibatasi area maupun domain yang ada. Prinsip kerja jaringan IMS adalah menggunakan session untuk menangani setiap layanan yang diminta masing-masing pengguna. Desain jaringan IMS bisa dilihat pada gambar 1. Lapisan jaringan IMS terbagi menjadi 3, yaitu Layer Server Aplikasi (menyediakan end user logic), Layer Session Control (terdapat Call Session Control Function yang mengatur sesi registrasi hingga komunikasi data), Layer Transport dan Endpoint (untuk menginisiasi dan mengakhiri pensinyalan SIP-Session Initiation Protocol). IMS mampu menanggulangi inefisiensi softswitch dengan cara membangkitkan multi layanan dalam satu session. Yang berperan sentral dalam hal ini adalah protokol SIP dengan 3 server berbeda : S-CSCF, P-CSCF, dan I- CSCF. Fungsi ketiga server tersebut bisa dilihat pada tabel 1. Layer Server Aplikasi Layer Session Control HSS Layer Transport & Endpoint Layanan Telephony Push To Talk(PTT), VoIP CSCF I-CSCF S-CSCF P-CSCF DSL, GPRS, CDMA, 3G VoIP Layanan Non Telephony PTT, VoIP Gambar 1. Arsitektur IP Multimedia Subsistem Simulasi ini dibuat dengan menggunakan simulator jaringan OPNET (Optimized Network Engineering Tool) versi edukasional karena simulator ini mampu mendukung implementasi IMS, mudah digunakan, dan waktu eksekusi simulasi relatif lebih cepat dibanding yang lain.

2 Tabel 1. Nama dan deskripsi Server IMS Nama Server Deskripsi Proxy-CSCF (P-CSCF) Proxy SIP tempat kontak pertama pada terminal IMS. Letaknya bisa berada di visited network (pada jaringan yang sepenuhnya IMS) atau di home network (jika visited network belum sepenuhnya IMS). UE bisa mengetahui alamat P-CSCF sesudah mendapat akses ke jaringan. Serving-CSCF (S-CSCF) Bertanggung jawab terutama untuk call service dan session control Interrogating-CSCF (I-CSCF) Point koneksi pertama, ketika request masuk ke layanan jaringan, I-CSCF bertanggung jawab untuk melakukan inquiry dengan HSS tentang informasi user dan lokasi yang relevan. Penelitian ini bertujuan mensimulasikan jaringan IMS pada dua domain berbeda. Simulasi yang dijalankan pada network simulator OPNET akan dibandingkan dengan standar jaringan IMS yang dibuat oleh 3GPP dan IETF. Dari simulasi tersebut juga akan dihitung delay, jitter, performa dan keamanan jaringan IMS secara keseluruhan pada aplikasi streaming voice. Tiap router mempunyai 1 security gateway yang terhubung pada node yang bertindak sebagai workstation client. Antar 2 domain IMS tersebut terhubung secara langsung dengan internet. Desain jaringan IMS model B bisa dilihat pada gambar Metode Penelitian Metode yang digunakan dalam penelitian ini meliputi 4 tahap penting, yaitu : a. Desain sistem : desain sistem IMS yang akan diimplementasikan pada simulator jaringan OPNET. b. Implementasi : implementasi simulasi jaringan IMS pada OPNET. c. Perbandingan : perbandingan implementasi IMS dengan standar yang dibuat oleh konsorsium telekomunikasi dan badan standarisasi seperti 3GPP dan IETF. d. Evaluasi Kualitas Layanan IMS : tahap evaluasi parameter dalam dalam simulasi. Termasuk diantaranya adalah parameter untuk aplikasi pengiriman suara (yang meliputi Active Call hingga Call Duration) serta perhitungan kualitas layanan IP multimedia subsystem (yang meliputi Bit Error Rate hingga Jitter). Evaluasi ini diperlukan untuk mengetahui standar kualitas layanan aplikasi pengiriman suara secara keseluruhan. 3. Desain dan Implementasi Sistem IMS 3.1 Desain sistem IMS model A Desain jaringan ini membutuhkan 2 domain IMS yang berbeda. Masing-masing domain IMS mempunyai 3 server SIP hasil modifikasi yang berperan sebagai I-CSCF, P- CSCF, dan S-CSCF. Ketiga server SIP tersebut dihubungkan ke satu router. Tiap router mempunyai 1 node yang bertindak sebagai workstation client. Antar 2 domain IMS tersebut terhubung secara langsung dengan internet. Desain jaringan IMS model A bisa dilihat pada gambar Desain Sistem IMS model B Desain jaringan ini membutuhkan 2 domain IMS yang berbeda. Masing-masing domain IMS mempunyai 3 server SIP hasil modifikasi yang berperan sebagai I-CSCF, P- CSCF, dan S-CSCF. Ketiga server SIP tersebut dihubungkan ke satu router. Gambar 2. Desain jaringan IMS model A Gambar 3. Desain jaringan IMS model B 3.3 Implementasi sistem IMS model A Implementasi sistem IMS model A seperti pada gambar 4 membutuhkan Application Definition, Profile Definition, Internet cloud, dan masing-masing domain harus mempunyai : S- CSCF, I-CSCF, P-CSCF, Router, Node User Equipment. Gambar 4. Implementasi jaringan IMS model A Parameter yang digunakan dalam simulasi model A dan model Bsecara umum bisa

3 dilihat pada tabel 2. Simulasi secara umum dilakukan selama 30 menit. Setelah simulasi berjalan 5 menit, maka workstation UAC (node 1) akan menghubungi workstation lain (node 2) yang berada pada domain yang berbeda. Tabel 2. Parameter Simulasi IMS Parameter Simulasi Durasi Percobaan 30 menit Seed 128 Values per statistic 100 Update interval events Simulation Kernel Optimized Profil Start Time 300 detik (5 menit) Profil Duration 1200 detik (20 menit) Koneksi yang terjadi adalah implementasi aplikasi suara (berbicara) dengan protokol SIP dimana pihak pemanggil (Suara Calling Party) adalah node 1 dan yang dipanggil (Suara Called Party) adalah node 2. Koneksi ini terus dijalankan selama 20 menit dan diakhiri 5 menit sebelum simulasi berakhir. Data uji coba untuk aplikasi suara di jaringan IMS dengan domain yang berbeda adalah pengiriman paket suara berkualitas PCM. Paket ini dikirim secara terus-menerus selama uji coba. Untuk inisialisasi dan mengakhiri sesi pada jaringan IMS, paket yang digunakan adalah paket SIP yang sudah dimodifikasi ukuran messagenya sehingga bisa menampung karakter yang diperlukan untuk mendukung jaringan IMS. 3.4 Implementasi sistem IMS model B Gambaran umumnya sama dengan jaringan IMS model A, namun Node workstation tidak bisa langsung mengakses jaringan IMS, node tersebut (yang berada dalam subnet) hanya bisa mengakses setelah melewati Security Gateway (SEG) yang ada pada domain seperti terlihat pada gambar 5. keamanan disebut model A1, jika menggunakan fitur keamanan maka disebut model A2. Begitupun untuk model B, tanpa fitur keamanan disebut model B1, dengan fitur kemanan disebut model B2. 4. Pembahasan Hasil 4.1 Perbandingan simulasi dan standar IMS Standar jaringan IMS yang dirujuk adalah standar yang ditetapkan oleh badan standar dunia : 3GPP dan IETF. Pada tabel 5 tampak jelas perbedaan antara Spesifikasi Standar IMS dan Simulasi Jaringan IMS pada OPNET. Pada arsitektur jaringan IMS, yang sesuai dengan standar adalah I-CSCF dan S- CSCF yang berfungsi sebagai SIP-server, fungsi roaming panggilan dari 2 domain yang berbeda, mampu berjalan di IPv4, mampu mengakses home domain dari foreign domain. Yang tidak terpenuhi adalah fungsi BGCF, MRFC, MRFP, tidak mendukung fungsi registrasi karena tidak ada mobilitas (hanya 1 pengguna IMS pada tiap area / domain), HSS tidak tersedia sehingga message langsung diteruskan I-CSCF ke S- CSCF pertama yang ditemukan, tidak mendukung multiple I-CSCF dan multiple P- CSCF, tidak ada layer aplikasi karena sudah disetting pada Applications Definitions. Yang kurang terpenuhi dengan sempurna adalah Service Identity hanya mendukung 1 profil, tidak memodelkan multiple user, URI untuk CSCF digantikan dengan nama domain dan nama area. Banyak hal yang bisa dijalankan dengan baik di simulator, diantaranya memodelkan server IMS dengan 3 fungsi : I- CSCF, P-CSCF, dan S-CSCF, serta mampu mengakses panggilan suara pada domain yang berbeda. Namun untuk mengimplementasikan jaringan IMS yang mendekati kenyataan, dibutuhkan banyak perbaikan pada fungsi mobilitas dan dukungan IMS pada multiple user. 4.2 Kualitas Layanan Jaringan IMS Gambar 5. Implementasi jaringan IMS model B 3.5 Fitur Keamanan IMS. Fitur keamanan IMS diatur pada device router dalam parameter IPSec Parameters.IPSec Information. IKE Parameters.IKE Proposals. Global Properties. Yang diatur disini adalah Algoritma autentikasi MD5, metode autentikasi RSA, dan algoritma enkripsi DES yang digunakan dalam simulasi. Untuk masing-masing model, diukur performa pada saat sebelum dan sesudah diberi fitur keamanan. Implementasi model A tanpa fitur Dari model A, maka didapatkan data seperti tabel 3. Untuk Ethernet delay, tidak ada perubahan antara yang diberi fitur keamanan dan tidak. Untuk TCP delay dan Voice packet End-to- End, delay yang ada masih dalam batas yang wajar. Secara umum delay untuk model A, baik yang diberi fitur keamanan dan tidak masih dalam ambang batas wajar sesuai standar ITU-T. Dari model B, maka didapatkan data seperti tabel 4. Untuk Ethernet delay, tidak ada perubahan signifikan antara yang diberi fitur keamanan dan tidak. Untuk Voice packet End-to- End, perbedaan delay yang ada masih dalam batas yang wajar. Secara umum delay untuk model B, baik yang diberi fitur keamanan dan tidak masih dalam ambang batas wajar sesuai standar ITU-T.

4 Tabel 3. Hasil Percobaan Jaringan IMS Model A Statistik global Rata-rata Maksimum Minimum (ms) (ms) (ms) A.1 A.2 A.1 A.2 A.1 A.2 Ethernet Delay 0,014 0,014 0,014 0,015 0,006 0,006 TCP Delay 32,040 29,505 48,961 49,333 15,118 9,677 TCP Segment Delay 25,141 32,98 48,624 46,884 11,262 10,969 Voice Packet End-to-End Delay 170, ,25 188, ,96 151, ,31 Tabel 4. Hasil Percobaan Jaringan IMS Model B Statistik global Rata-rata Maksimum Minimum (ms) (ms) (ms) B.1 B.2 B.1 B.2 B.1 B.2 Ethernet Delay 0,203 0,204 0,231 0,234 0,042 0,000 TCP Delay 17,006 36,495 27,741 66,721 6,270 0,000 TCP Segment Delay 15,976 28,954 27,105 62,731 5,786 0,000 Voice Packet End-to-End Delay 170, , , , ,940 0, Kesimpulan Simulasi jaringan IMS untuk layanan pengiriman suara pada network simulator OPNET dapat dijalankan dengan beberapa batasan tertentu. Perbandingan standar dan simulasi jaringan IMS pada network simulator menghasilkan beberapa perbedaan yang cukup signifikan, diantaranya adalah ketiadaan HSS, MGCF, BGCF, dan kemampuan jaringan IMS dalam menangani sejumlah pengguna secara bersamaan. Uji coba aplikasi pengiriman suara pada jaringan IMS dengan domain yang berbeda menunjukkan bahwa nilai utilisasi dan komponen yang disimulasikan menghasilkan nilai yang memadai untuk aplikasi pengiriman suara. Yeh, H.T. and Sun, H.M. (2005), "Password authenticated key exchange protocols among diverse network domains", Computers and Electrical Engineering: hal Penghargaan Rasa hormat saya haturkan untuk pak supeno dan pak husni sebagai mentor dan pembimbing yang sangat sabar. Rasa terimakasih yang tak terhingga saya sampaikan kepada dosen S2 Teknik Informatika ITS yang telah dengan sabar mengajari ilmu yang sangat bermanfaat. Untuk semua pihak yang membantu dalam penelitian ini : terimakasih! 7. Pustaka Alam, M.T. "Design And Analysis For The 3g Ip Multimedia Subsystem". Chen, C.Y., Wu, T.Y., Huang, Y.M, Chao, H.C. (2008) "An efficient end-to-end security mechanism for IP multimedia subsystem", Computer Communications, Vol. 31, hal Ismail, N., Yusep, R. dan Langi, A.Z.R. (2006) "Ip Multimedia Subsystem (Ims) Mendorong Munculnya Peluang Dan Model Bisnis Baru", Prosiding Konferensi Nasional Teknologi Informasi & Komunikasi untuk Indonesia. Toga, J. dan Ott, J. (1999) "ITU-T standardization activities for interactive multimedia communications on packet-based networks: H.323 and related recommendations", Computer Networks, hal

5 Tabel 5. Perbandingan Simulasi dan Standar IMS No Kategori Subkategori Spesifikasi Jaringan IMS Perbedaan 1 Arsitektur BGCF Menentukan hop selanjutnya untuk SIP routing. 2 Arsitektur HSS IMS menspesifikasikan Home Subscriber Service (HSS) untuk menyediakan subscriber data yang persisten dan layanan autentikasi atau autorisasi. 3 Arsitektur I-CSCF Server Interrogating CSCF (I-CSCF) berperan sebagai point-of-contact untuk domain operator atau service area dari luar domain operator. 4 Arsitektur Identifikasi CSCF, BGCF dan MGCF harus diidentifikasikan dengan SIP URI yang valid. Application Services diidentifikasikan oleh Public Service Identity dengan format sip:[email protected]. 5 Arsitektur MRFC Multimedia Resource Function Controller (MRFC) berfungsi mengkontrol aliran media 6 Arsitektur MRFP Multimedia Resource Function Processor (MRFP) berfungsi mengkontrol aliran media untuk processing, mixing dan sourcing. 7 Arsitektur Multi-Devices IMS mendukung kemampuan user untuk mengakses layanan melalui banyak device secara simultan. 8 Arsitektur Multi-User IMS mampu mendukung banyak subscriber. 9 Arsitektur P-CSCF Server Proxy CSCF (P-CSCF) secara eksklusif berinteraksi dengan UE dan berlaku sebagai SIP proxy server 10 Arsitektur Roaming User bisa mengakses layanan IMS pada jaringan home atau jaringan luar 11 Arsitektur S-CSCF Server Serving CSCF (S-CSCF) menjalankan fungsi session control pada UE. pesan SIP mengalir antara UE dan fungsi CSCF. Ada delay untuk mensimulasikan interaksi antara I-CSCF dan HSS. SIP server yang didesain sebagai I- CSCF berperan sebagai point-of-contact untuk domain operator atau service area. CSCF bersifat unik dan diidentifikasikan dengan tipe pada domain operator dan area. Application diidentifikasikan dengan nama profil. Media mengalir langsung antara CSCF dan UE. Media mengalir langsung antara CSCF dan UE. Yang dimodelkan hanya device. Hanya satu user per IMS yang bisa menerima message. Server SIP yang dijadikan P-CSCF menerima message dari UE dan merelay ke S-CSCF / I-CSCF. User equipment (UE) bisa mengakses layanan IMS pada domain current/home. Server SIP yang dijadikan S-CSCF merelay pesan ke UE. Tidak mendukung BGCF. Tidak ada HSS. Delay antara S-CSCF dan HSS tidak dimodelkan. S-SCCF menggunakan HSS untuk menentukan lokasi Application Server, mengatur QoS, dan autorisasi / filter data. OK. Tidak menggunakan URI. Service Identity tidak didukung secara penuh. Tidak ada MRFC. Tidak ada MRFP. Tidak ada Users (tidak dimodelkan). Hanya ada satu subscriber tiap IMS. Fungsionalitas SIP proxy terbatas. OK Fungsionalitas session control terbatas.

6 No Kategori Subkategori Spesifikasi Jaringan IMS Perbedaan 12 Arsitektur Fungsi Server P-CSCF mem-forward pesan SIP ke S- CSCF yang disebutkan UE pada saat registrasi. S-CSCF harus di-assign ke UE pada saat registrasi. UE menspesifikasikan home domain dan hanya mendukung satu CSCF server per Area/Domain Tidak ada proses registrasi. Boleh ada banyak I-CSCF dalam satu domain. DNS digunakan untuk menspesifikasikan I-CSCF. I-CSCF mengalokasikan S-CSCF pada registrasi SIP (dengan bantuan HSS). S-CSCF mem-forward media request ke BGCF untuk di-routing ke PSTN. Boleh ada banyak I-CSCF dalam satu domain tapi harus unik pada suatu area geografis per domain. I-CSCF mengirimkan SIP request ke S- CSCF yang ditemukan pertamakali dalam Area/Domain. Hanya UE yang terhubung secara langsung ke sebuah domain router yang dilayani. S-CSCF stateless. Tidak mendukung multiple I-CSCF dalam satu domain area. Tidak ada HSS. I-CSCF mengirimkan semua message ke S-CSCF yang ada pada domain operator dan service area. Tidak ada BGCF atau interface ke Core Network / PSTN. S-CSCF bisa berfungsi sebagai SIP S-CSCF tidak mendukung registrasi pengguna. Registrar. S-CSCF berperilaku sebagai SIP Proxy. S-CSCF berperilaku sebagai SIP Proxy. OK S-CSCF berperilaku sebagai SIP User S-CSCF hanya mem-forward traffic. S-CSCF tidak mendukung transaksi originating SIP. Agent. 13 Arsitektur UE User Equipment (UE) bisa mendukung IPv4, IPv6, atau keduanya. 14 Arsitektur Visited Network Mampu mengakses layanan Home S- CSCF dari luar jaringan IMS. 15 Pesan De-Registrasi UE harus melakukan de-register dari IMS sebelum deactivating dari sebuah bearer. Menggunakan IPv4. User equipment bisa mengakses home domain dari domain luar. TCP Session timeout. OK OK Tidak ada deregistration. 16 Pesan Versi IP Penggunaan optimum dengan IPv6. Menggunakan IPv4. Tidak didukung secara penuh Elemen IMS bisa mendukung IPv4 / IPv6. Menggunakan IPv4. OK 17 Pesan Mobilitas Perubahan di IP address pengguna akan me-reset SIP session yang aktif dan mentrigger re-registration. 18 Pesan Pencarian P-CSCF UE harus bisa menemukan P-CSCF yang ditugaskan untuk UE tersebut. Melalui : 1. Network establishment 2. DHCP 3. Prekonfigurasi. IP address dialokasikan OPNET pada start-up dan tidak berubah. Proses menemukan P-CSCF melibatkan iterasi pada node yang ada hingga menemukan server P-CSCF pertama pada domain yang ditentukan user sebagai home. Tidak mendukung mobilitas. Menggunakan pilihan 3 (pre-konfigurasi). Proses Discovery tidak mendukung lebih dari 1 P-CSCF. 19 Pesan QoS Harus mendukung End-to-End Quality of Semua pesan dikirin secara best-effort. Tidak ada Service Level Agreements. Service. 20 Pesan Registrasi UE harus mendaftar pada IMS Sesi TCP. Tidak ada proses registrasi.

7 No Kategori Subkategori Spesifikasi Jaringan IMS Perbedaan SIP menggunakan Registration message antara client dan server. 21 Pesan Re-Registrasi UE harus melakukan re-registrar pada saat IP address berubah. Registrasi disimulasikan melalui TCP session antara client dan server. Entity IP address dialokasikan OPNET pada saat start-up dan tidak berubah. 22 Pesan Signalling Session control harus berdasarkan SIP. Sesi berdasarkan koneksi TCP. Messages di-relay antara CSCF server (SIP server) ke end user. 23 Pesan Pengalamatan SIP IMS menspesifikasikan subscriber mempunyai identitas user private dan public (IMPI dan IMPU ). IMS menggunakan kombinasi unik antara Public User Identity dan UE identifier untuk mengeliminasi forking. 24 Pesan SIP Forking IMS memperbolehkan banyak destinasi untuk sebuah Public User Identity. 26 Pesan SIP Re-Invite SIP menspesifikkan pesan Invite untuk mengupdate server dengan detail terbaru klien. 27 Layanan Delay Aplikasi Ada latency saat mengakses layanan dari layer aplikasi. IMS menggunakan interface ISC dan kontrol SIP untuk akses layanan. 28 Layanan Server Aplikasi IMS menggunakan 3 server dalam sebuah layer aplikasi logic untuk menyediakan service. 29 Layanan Identifikasi IMS Communication Service Identifier (ICSI) yang unik menyediakan identifikasi untuk layanan IMS. 30 Layanan Origination Application Servers bisa mengatur panggilan ke users. Contoh: Sebuah fungsi kalender yang mengingatkan pengguna untuk janjian. 31 Layanan Profil Profil pengguna diharapkan mempunyai banyak variasi. User yang ditemukan pertamakali pada area operator akan menerima message. User yang ditemukan pertamakali pada area operator akan menerima message. User yang ditemukan pertamakali pada area operator akan menerima message. Diabaikan. Service disediakan SIP server tanpa menggunakan message delay. Service disediakan SIP server. Aplikasi didefinisikan di node Applications and dan spesifikasi lebih lanjut ada di node Profiles, namun pada saat aplikasi dijalankan, konteksnya adalah UE. Aplikasi berasal dari UE. Menggunakan satu user profile. Tidak termasuk prosedur awal registrasi SIP. Tidak mendukung mobilitas. Definisi sesi SIP yang lemah. Subscriber tidak direferensikan secara langsung. Tidak menggunakan identitas user. Tidak mendukung multiple users dalam satu area. Tidak mendukung mobilitas. Tidak ada forced delay. Tidak ada application layer. Tidak ada application layer. Aplikasi didefinisikan sebelumnya dan dijalankan bersamaan dengan UE. Tidak ada layer aplikasi. Ruang lingkup user profiles terbatas.

8