SIMULASI DAN ANALISIS SOFTSWITCH DENGAN PENDEKATAN INTERAKSI ELEMEN FUNGSIONAL DALAM PENANGANAN TRAFIK PANGGILAN TELEPON

Transkripsi

1 SIMULASI DAN ANALISIS SOFTSWITCH DENGAN PENDEKATAN INTERAKSI ELEMEN FUNGSIONAL DALAM PENANGANAN TRAFIK PANGGILAN TELEPON TESIS Karya tulis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister dari Institut Teknologi Bandung Oleh ASEP MULYANA NIM : Program Studi Teknik Elektro INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2008

2 SIMULASI DAN ANALISIS SOFTSWITCH DENGAN PENDEKATAN INTERAKSI ELEMEN FUNGSIONAL DALAM PENANGANAN TRAFIK PANGGILAN TELEPON Oleh Asep Mulyana Menyetujui Pembimbing I, Pembimbing II, Dr. Kuspriyanto Dr. Aciek Ida W.D.

3 ABSTRAK SIMULASI DAN ANALISIS SOFTSWITCH DENGAN PENDEKATAN INTERAKSI ELEMEN FUNGSIONAL DALAM PENANGANAN TRAFIK PANGGILAN TELEPON Oleh Asep Mulyana NIM : PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO Softswitch merupakan arsitektur sistem switching yang menyediakan fungsi kontrol panggilan pada jaringan IP. Softswitch dirancang sebagai perbaikan sistem circuit switch yang ada saat ini yaitu SPC digital switch pada PSTN/PLMN dan sekaligus sebagai jembatan dalam evolusinya menuju NGN. Elemen kontrol, transpor dan aplikasi pada Softswitch dirancang terpisah (independen) dan lebih bersifat terbuka. Dalam implementasinya pada jaringan IP masing-masing elemen fungsional dapat berada pada lokasi yang berbeda (terpisah secara geografis) dengan area layanan yang ebih luas dimana pengontrolan dilakukan secara terpusat sehingga berpotensi terjadinya kemacetan yang dapat mengakibatkan peningkatan kelambatan (delay) dalam pelayanan. Maka dalam perencanaan (rekayasa jaringan) diperlukan suatu metoda untuk menjaga agar beroperasi dalam batas-batas kualitas yang telah distandarkan. Dalam tesis ini dirancang pemodelan dan simulasi interaksi antar elemen fungsional Softswitch dalam penanganan panggilan (aspek kontrol/signaling) dengan mengambil tiga skenario, yaitu panggilan pada Softswitch Class 5, pada Softswitch Class 4 dan IP Phone (pada LAN). Dari masing-masing skenario dibangkitkan trafik panggilan secara simultan dan independen serta pemrosesan pada tiap elemen fungsional (Access Gateway, Signaling Gateway, Trunk Gateway) dimana Softswitch sebagai pusat kontrol melalui mekanisme protokol komunikasi. Dalam pengujian/verifikasi, Softswitch dipandang sebagai suatu sistem antrian dimana pengamatan difokuskan pada karakteristik lama waktu pemrosesan (delay) pada Softswitch sebagai fungsi dari variabel beban masukan (laju kedatangan). Akurasi hasil pengujian/verifikasi diukur berdasarkan deviasi karakteristik delay terhadap model acuan sistem antrian M/G/1. Hasil pengujian menunjukkan akurasi call stup delay dengan deviasi rata-rata sebesar 4 %. Kata kunci : softswitch, media gateway controller, signaling gateway, access gateway, trunk gateway, ss7, sigtran, megaco, SIP, delay, packet loss i

4 ABSTRACT SIMULATION AND ANALYSIS OF THE SOFTSWITCH BASED ON LOGICAL FUNCTIONAL ENTITIES TO HANDLE TELEPHONE CALL By Asep Mulyana NIM : ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM Softswitch is an architecture comprises of entities that provided call control in IP networks. Sofswitch designed to improve the weakness of trditional switch (SPC digital circuit switch) in PSTN/PLMN. Softswitch also as intermediate to bring evolution of PSTN/NGN towards NGN. Softswitch architecture separate among control part, application and transport part. By this way, softswitch architecture can be developed independently among it s element (parts). Softswitch elements may be placed far away each other geographically over IP networks to cover the large area networks with high traffic intensity of subscribers activity. Softswitch element (or known as Media Gateway Controller / MGC) is a central control part of the architecture, controls the other parts or elements (i.e one or more Access Gateway(s)/AG, Signaling Gateway(s)/SG, Trunk Gaway(s)/TG) over IP networks. This situation potentially increase of Softswitch delay that could be decrease it s performance and it means decrease of subscriber Quality of Service (QoS). This thesis simulate how the softswitch handels the call in three scenarios. The first one is to handle the call request between two Access Gateway s subscriber (known as, the Class 5 Softswitch architecture), the second, is call request between two PSTN subscribers that connected to a Signaling Gateway and a Trunk Gateway respectively (known as, the Class 4 Softswitch architecture), and the third scenario is the call between two SIP phone that connected to the Local Area Networks. Each scenario generate call request independently to achieve multi threading level. Each call consits two steps, i.e. call setup and clear down, each simulate processing of protocol communication between Softswitch and other elements (simulate standard protocols : SS7, Sigtran, Megaco and SIP) and also simulate internal processing of each element (Access Gateway, Signaling Gateway, Trunk Gateway and Softswitch itself). The output of simulator examine and verify using M/G/1 queueing model. Simulation show that call setup delay characteristic has almost the same with the queueing model M/G/1 with deviation 4% (the standard is below 5%). Mean of call setup delay is 187 ms, it means the simulator has equivalent with BHCA of Softswitch capacity. Keywords : softswitch, media gateway controller, signaling gateway, access gateway, trunk gateway, ss7, sigtran, megaco, SIP, delay. ii

5 PEDOMAN PENGGUNAAN TESIS Tesis S2 yang tidak dipublikasikan, terdaftar dan tersedia di Perpustakaan Institut Teknologi Bandung, dan terbuka untuk umum dengan ketentuan bahwa hak cipta ada pada pengarang. Referensi kepustakaan diperkenankan dicatat, tetapi pengutipan atau peringkasan hanya dapat dilakukan seizin pengarang dan harus disertai dengan kebiasaan ilmiah untuk menyebutkan sumbernya. Memperbanyak atau menerbitkan sebagian atau seluruh tesis haruslah seizin Direktur Program Pascasarjana, Institut Teknologi Bandung. Perpustakaan yang meminjam tesis ini untuk keperluan anggotanya harus mengisi nama dan tanda tangan peminjam dan tanggal pinjam. iii

6 KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT, yang atas rahmat dan karunia Nya penulis dapat menyelesaikan tesis ini. Shalawat dan salam semoga tercurah kepada Rasulullah Muhammad SAW beserta keluarganya. Selama melaksanakan tesis ini, penulis mendapat bantuan dan dukungan dari berbagai pihak. Untuk itu, penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada : 1. Bapak Kuspriyanto, selaku pembimbing I, yang telah mencurahkan perhatian dan waktunya dalam penyelesaian tesis ini; 2. Ibu Aciek Ida W, selaku pembimbing II, yang telah banyak memberikan bimbingan dan semangat dalam menyelesaikan tesis ini; 3. Dolly Septika (IT TELKOM) yang telah banyak memberikan bantuan dalam diskusi materi bahan tulisan sehingga dapat tersusunnya tesis ini; 4. Jaka Ritonga (IT TELKOM) yang telah banyak memberikan bantuan dalam penyusunan program simulasi sehingga dapat tersusunnya tesis ini; 5. Sholekan (IT TELKOM) yang telah memberikan bantuan dalam pengolahan data hasil simulasi; 6. Semua pihak yang tidak mungkin dapat penulis sebutkan satu persatu yang telah memberikan bantuan berupa dorongan semangat/spirit serta doanya. Penulis menyadari bahwa tesis ini bukanlah tanpa kelemahan, untuk itu kritik dan saran sangat diharapkan. Akhir kata, semoga tesis ini dapat bermanfaat bagi para pembacanya. Bandung, September 2008 Penulis iv

7 DAFTAR ISI Halaman ABSTRAK... i ABSTRACT... ii PEDOMAN PENGGUNAAN TESIS... iii KATA PENGANTAR... iv DAFTAR ISI... v DAFTAR GAMBAR... DAFTAR TABEL... DAFTAR SINGKATAN... viii DAFTAR LAMPIRAN... xii BAB I. PENDAHULUAN... 1 I.1 Latar Belakang Masalah... 1 I.2 Rumusan Masalah... 2 I.3 Tujuan Penelitian... 3 I.4 Batasan Masalah... 3 I.5 Metodologi Penelitian... 5 I.6 Sistematikan Pembahasan... 5 BAB II. TINJAUAN PUSTAKA... 7 II.1 Softswitch... 7 II.1.1 Arsitektur Softswitch... 7 II Bidang Kontrol dan Pensinyalan (Call Control & Signaling Plane) II Bidang Layanan dan Aplikasi (Service & Application Plane) II Bidang Manajemen II.1.2 Entitas Fungsional (Functional Entities) II.1.3 Pemetaan Elemen Fungsional dan Protokol dalam Jaringan Softswitch.. 13 II Elemen Jaaringan Softswitch dalam Implementasi II Protokol Dalam Jaringan Softswitch II Proses Komunikasi v

8 Halaman II.2. Protokol Komunikasi II.2.1 Signaling System No. 7 (SS7) II Protockol Stack II Struktur Pesan ISUP II.2.2 Signaling Transport (Sigtran) II.2,2.1 Protocol Stack II MTP3 User Adaptation (M3UA) II.2.3 Media Gateway Control Protocol II Protocol Stack II.2.4 Session Initial Protocol (SIP) II Message Pada SIP II.3 Teori Trafik II.3.1 Pola Kedatangan II.3.2. Pola Pelayanan II.3.3 Sistem Tunggu (Delay System) II Sistem Antrian Model M/M/ II.4. Quality of Service (QoS) dan Standarisasi Post Dialling Delay (PDD) BAB III. PEMODELAN DAN SIMULASI III.1 Tahap-tahap Perancangan III.2 Diskripsi Permasalahan III.2.1 DelayBudget Untuk Softswitch III.2.2 Komponen Delay Pada Softswitch III.3 Batasan (ruang lingkup) Simulasi dan Metodologi III.3.1 Konfigurasi Jaringan yang Disimulasikan III.3.2 Bagian-bagian yang Disimulasikan dan Pemodelan III Pembangkitan Sumber Panggilan (Traffic Generator) III Pembuatan Basis Data III Pemodelan dan Simulasi Proses Panggilan III Proses Komunikasi Antar Elemen Jaringan vi

9 Halaman III Skenario Panggilan Jika Pelanggan Yang Dituju Bebas III Skenario Panggilan Jika Pelanggan Yang Dituju Sibuk III Proses Internal Tiap elemen Jaringan III Access Gateway III Signaling Gateway III Softswitch III.3.3 Pemodelan Dengan Unified Modeling Language (UML) BAB IV. PENGUJIAN DAN ANALISIS IV.1 Skenario Pengujian IV.2 Pengujian IV.3 Analisis dan Verifikasi IV.3.1 Analisis Urutan Proses Panggilan IV.3.2 Analisis Karakteristik Masukan (Traffic Generator) IV.3.3. Analisis Karakteristik Keluaran (delay) pada Softswitch IV.3.4 Analisis Perbandingan Delay Hasil Simulasi dan Model Antrian M/G/1 85 BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN V.1 Kesimpulan V.2 Saran DAFTAR PUSTAKA vii

10 DAFTAR SINGKATAN Pemakaian Singkatan Nama pertama kali pada halaman 3G Third Generation 3GPP 3G Partnership Project (UMTS) AAA Authentication, Authorization and Accounting (IETF) ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line A-F (Call) Accounting Function (e.g. AAA) (ISC) 2 AG Access Gateway 2 AGS-F Access Gateway Signaling Function (ISC) AIN Advanced Intelligent Network AN Access Network API Application Programming Interface AS Application Server 2 AS-F Application Server Function (ISC) ATM Asynchronous Transfer Mode ATU-R ADSL Terminal Unit-Remote AuC Authentication Center (GSM) BG Border Gateway BICC Bearer Independent Call Control (ITU Q.1901) BSSAP Base Station Subsystem Application Part (GSM, 3GPP) CA Call Agent CA-F Call Agent Function (ISC) CAMEL Customized Applications for Mobile Network Enhanced Logic (GSM) CAP CAMEL Application Part (GSM, 3GPP) CLI Common Language Infrastructure CM Cable Modem CMTS Cable Modem Termination System (DOCSIS, PacketCable) COPS Common Open Policy Protocol (IEFT RFC 2748) CPL Call Processing Language DiffServ Differentiated Services DOCSIS Data Over Cable System Interface Specification DQoS Dynamic Quality of Service DSL Digital Subscriber Line DSLAM DSL Access Multiplexer DTMF Dual Tone/Multiple Frequency viii

11 ENUM E.164 Numbering (IETF RFC 2916) Pemakaian Singkatan Nama pertama kali pada halaman FRF 7 FS Feature Server GGSN Gateway GPRS System Node (GPRS, 3GPP) GK Gatekeeper GMSC Gateway Mobile Services Switching Center (GSM, 3GPP) GPRS General Packet Radio Service GSM Global System for Mobility HFC Hybrid Fiber/Cable HLR Home Location Register (GSM, 3GPP) HSS Home Subscriber System (3GPP) HTTP Hyper Text Transport Protocol (IETF) IAD Integrated Access Device IETF Internet Engineering Task Force IN Intelligent Network INAP Intelligent Network Application Protocol IP Internet Protocol 1 IPCC International Packet Communication Consortium 7 ISC International Softswitch Consortium 1 ISDN Integrated Services Digital Network ISUP Integrated Services Digital Network User Part (SS7) ITU-T International Telecommunications Union 4 IUA ISDN User Adaptation IVR Interactive Voice Response IW-F Inter-working Function (ISC) JAIN Java Application Interface Network LAN LOcal Area Networks 4 LDAP Lightweight Directory Access Protocol (IEFT) M3UA MTP3 User Adaptation (IETF SIGTRAN) MAP Mobile Application Part (GSM, 3GPP) MEGACO MEdia GAteway COntrol (IETF RFC 3015 or ITU H.248) MG Media Gateway i MGC Media Gateway Controller i MGC-F Media Gateway Controller Function (ISC) 7 MGCP MGCP Media Gateway Control Protocol (IETF RFC 2705) ix

12 Singkatan Nama Pemakaian pertama kali pada halaman MG-F Media Gateway Function (ISC) MMAS Mobile Multimedia Application Server (3GPP) MMCS Mobile Multimedia Call Server (3GPP) MPLS Multi-Protocol Label Switching 7 MS Media Server MSC Mobile Services Switching Center (GSM, 3GPP) MSF Multiservice Switching Forum 1 MS-F Media Server Function (ISC) MTA Multimedia Terminal Adaptor (PacketCable) NCS Network Call/Control Signaling (PacketCable) NGN Next Generation Networks 1 OEM Original Equipment Manufacturer OSA Open Service Access (3GPP) OSS Operational Support System PBX Private Branch exchange PLMN Public Land Mobile Network (3GPP, UMTS) i POTS Plain Old Telephone Service PSE Personal Service Environment (3GPP) PSTN Public Switch Telephone Networks i QoS Quality of Service 1 RAN Radio Access Network RANAP Radio Access Network Application Part (3GPP) R-F (Call) Routing Function (ISC) RFC Request For Comment (IETF) RG Residential Gateway RSVP RSVP Resource ReSerVation Protocol (IETF) 7 RTCP RTCP Real Time Transport Control Protocol (IETF) 7 RTP RTP Real Time Transport Protocol (IETF RFC 1889) 7 SC-F Service Control Function (ISC) SCP Service Control Point SCTP Stream Control Transmission Protocol SDP Session Description Protocol SG Signaling Gateway i SG-F Signaling Gateway Function (ISC) SGSN SGSN Serving GPRS System Node (GPRS, 3GPP) SIP SIP Session Initiation Protocol (IETF) i SIGTRAN SIGTRAN SIGnaling TRANsport (IETF M3UA, IUA, x

13 SIP-T SNMP Singkatan SUA, V5UA Drafts) SIP-T SIP For Telephony (IETF Draft) SNMP Simple Network Management Protocol Nama Pemakaian pertama kali pada halaman SPS-F SPS-F SIP Proxy Server Function (ISC) SS7 Signaling System No. 7 i SUA SUA SCCP User Adaptation (IETF SIGTRAN) TCAP TCAP Transaction Capability Application Part (SS7) TDM Time Division Multiplexing 1 TG Trunk or Trunking Gateway 4 TGCP Trunking Gateway Control Protocol TLA Three-Letter Acronym TRIP Telephony Routing over IP (IETF RFC 2871) TUA TCAP User Adaptation (IETF SIGTRAN) UMTS Universal Mobile Telecommunications System V5UA V5 User Adaptation (IETF SIGTRAN) VAD Voice Activity Detection VLR Visitor Location Register (GSM, 3GPP) VoDSL Voice over DSL VoIP Voice over IP WAP Wireless Application Protocol WCDMA Wideband Code Division Multiple Access XML Extensible Markup Language BCFE CC CCI CN CPN DiffServ FE GW IETF IN INI IP IPDV Bearer Control Functional Entity Connection Control Connection Control Interface Core Network Customer Premises Network Differentiated Services Functional Entity Gateway Internet Engineering Task Force Intelligent Network Inter-Network Interface Internet Protocol IP Packet Delay Variation xi

14 IPLR IPTD MCU MPLS NC NCI NNI NSIS QoS SC SCI SeCFE SFE SvCFE TE UDP UNI VOD VoIP IP Packet Loss Ratio IP Packet Transfer Delay Multipoint Control Unit Multi-Protocol Label Switching Network Control Network Control Interface Network-Network Interface Next Step in Signalling Quality of Service Switch Control Switching Control Interface Session Control Functional Entity Switching Functional Entity Service Control Functional Entity Terminal Equipment User Datagram Protocol User-Network Interface Video On Demand Voice over IP xii

15 DAFTAR LAMPIRAN Halaman LAMPIRAN A : Diagram Call Flow Skenario I, II, III (kondisi B bebas/sibuk) A.1 Call Flow Skenario I (Access Gateway), pelanggan B bebas A1 A.2 Call Flow Skenario I (Access Gateway), pelanggan B sibuk A2 A.3 Call Flow Skenario II (Signaling Gateway), pelanggan B bebas A3 A.4 Call Flow Skenario II (Signaling Gateway), pelanggan B sibuk A4 A.5 Call Flow Skenario III (SIP Phone), pelanggan B bebas. A5 A.6 Call Flow Skenario III (SIP Phone), pelanggan B sibuk.. A6 LAMPIRAN B : Diagram Alir Proses Internal Tiap Elemen B.1 Access Gateway (Skenario I). B1 B.2 Signaling Gateway (Skenario II). B2 B.3 SIP Phone (Skenario III). B3 LAMPIRAN C : Sampel hasil pencatatan (message capture), txt file call data record C.1 Skenario I : pelanggan B bebas C1 C.5 Skenario I : pelanggan B sibuk C5 C.6 Skenario II : pelanggan B bebas C6 C.10 Skenario II: pelanggan B sibuk C10 C.12 Skenario III : pelanggan B bebas C12 C.14 Skenario III : pelanggan B sibuk C14 LAMPIRAN D : D.1 Contoh Sampel Tabel hasil rekap (hasil parsing dari File txt). D1 LAMPIRAN E : E.1 Tabel Data Waktu Antar Kedatangant E1 LAMPIRAN F : Pemetaan Komponen Delay Softswitch pada Diagram Call Flow xii

16 F.1 Skenario I : pelanggan B bebas F1 F.2 Skenario I : pelanggan B sibuk F2 F.3 Skenario II : pelanggan B bebas F3 F.4 Skenario II: pelanggan B sibuk F4 F.5 Skenario III : pelanggan B bebas F5 F.6 Skenario III : pelanggan B sibuk F6 LAMPIRAN G : Tabel Analisis & Verifikasi Komponen Delay pada Softswitch G.1 Tabel Delay Hasil Simulasi dan Perhitungan Model M/G/1 G1 G.2 Tabel Perbandingan Hasil Simulasi dan Model M/G/1 G2 G3. Tabel Perbandingan Hasil Simulasi dan Model M/G/1 G3 xiii