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M. Hirschbichler:
"A Traffic Generator and Performance Analysis Toolkit for the IP Multimedia Subsystem";
Supervisor: J. Fabini; Institut für Breitbandkommunikation, 2006.

During the last years we can observe a strong trend of the telecommunication industry towards unified services independent of the type of the user equipment. One of the reasons for this trend is the advance of broadband access technology. This broadband access, which is now available for mobile clients using UMTS/HSDPA and WLAN and for fixed clients using Cable and xDSL, and the pervasion of the Internet-usage in our daily life, requests new services from the operators and the manufacturers.
The operators have a strong interest in creating an uniform platform for all existing and forthcoming services independent of the used transport technology.
One approach for such a Next Generation Network (NGN) is the IP Multimedia Subsystem (IMS) standardised by the 3rd Generation Partnership Project, which is a partnership of various telecommunications companies.
The IMS is based on proven Internet protocols, like the Session Initiation Protocol (SIP) for signalling, Diameter for authorisation and accounting and the Real-time Transfer Protocol (RTP) for audio and video transport.
The goal of this diploma thesis is to create a comprehensive traffic
generator and a performance analysis toolkit for the IMS with special focus on the signalling
using SIP.
The first part of this thesis deals with the basics of the SIP signalling especially in the IMS context. The second part proposes a test platform using different tools: the first tool is SIPp, previously known as a tool for testing SIP-capable servers and user equipment. We extended SIPp to register in IMS networks and to create multiple calls in parallel. The enhanced SIPp is now used to test the correct configuration of the IMS infrastructure nodes and to check the scalability of these nodes at very high load.
To get consistent and reproducible test results, we build an additional dedicated time network for our IMS-nodes to synchronise the local clocks of these nodes down to an accuracy of tens of microseconds using the Network Time Protocol (NTP). Only with this synchronised clocks it is possible to compare and correlate the huge logdata stored during testruns at very high load. We also extended the routing software OpenSER to store logdata with a high time granularity.
In one chapter of this diploma thesis, we compare the results of testruns created using our toolkit at different loads. These results provide us with an indication about the bandwidth bottlenecks and the performance limitations of each node in the IMS testbed.
Using SIPp and the very precise logging data of each IMS-node, we developed a highly scalable toolkit which enables us to verify standard conformance and test performance of IMS networks of any size.

In den vergangenen Jahren konnte seitens der Telekommunikations-Industrie ein starker Trend in Richtung vereinheitlichter Dienstleistungen unabhängig von der Art der verwendeten Benutzerendgeräte festgestellt werden. Dies ist teilweise dadurch begründet, daÿ durch technische Fortschritte immer größere Bandbreiten den Endbenutzern zur Verfügung stehen. Die
Breitbandanbindungen, seien sie nun im Mobilfunkbereich mittels UMTS/HSDPA und WLAN oder im Festnetzbereich mittels Kabel und xDSL, in Kombination mit der Durchdringung des Alltags durch das Internet fordern neue Services seitens der Provider und der Hersteller.
So ist es für die Operatoren von Telekommunikationsnetzen naheliegend,
eine einheitliche Infrastruktur unabhängig des darunterliegenden
Transportmediums zu entwickeln, welche alle bisherigen und alle zukünftigen Services zusammenfasst.
Ein Ansatz für ein solches Netzwerk der nächsten Generation (Next Generation Network NGN) ist das IP Multimedia Subsystem (IMS) des 3rd Generation Partnership Project (3GPP), einer Partnerschaft verschiedener Telekommunikationunternehmen.
Das IMS verwendet als zugrundeliegende Technologie bewährte
Internetprotokolle für die Signalisierung (Session Initiation Protocol SIP), für die Benutzerverwaltung (Diameter) und für die Übertragung der Echtzeitdatenströme (Real-time Transfer Protocol RTP), um ein paar Beispiele zu nennen.
Das Ziel dieser Diplomarbeit ist es, eine umfangreiche Testplattform für ein IMS Netzwerk mit Schwerpunkt auf die Signalisierung mittels SIP zu entwickeln.
Der erste Teil dieser Arbeit behandelt die Grundzüge der SIP Signalisierung und im speziellen im Kontext des IMS.
Der zweite Teil der Diplomarbeit setzt die Testplattform aus mehreren
Komponenten zusammen: Das erste Element der Testplattform ist SIPp, bisher ein Tool zum Testen von SIP-tauglichen Serverdiensten und Endgeräten. SIPp wird von uns dahingehend erweitert, daÿ, über den einfachen Verbindungsaufbau hinausgehend, Registrierungen in IMS-Netzen in Kombination mit dem Aufbau von Sprachverbindungen zu anderen Endgeräten möglich werden.
SIPp in der neuen Form dient nun zum Testen von korrekten Kongurationen der einzelnen Knoten eines IMS-Netzes einerseits, andererseits zum Testen der Skalierbarkeit dieser einzelnen IMS-Knoten bei hoher Last.
Um die Testresultate konsistent vergleichen zu können, wird von uns
zusätzlich zu SIPp noch das Testnetz um eine genaue Zeitsynchronisation erweitert.
Wir verwenden das Network Time Protocol NTP zur mikrosekundengenauen
Synchronisation der im Testlauf beteiligten Knoten. Nur dadurch ist
es möglich, bei hohen Lasten die entstandenen groÿen Mengen an Logdaten aufzuzeichnen und zu vergleichen. OpenSER, die Routingsoftware der einzelnen IMS-Knoten, wird von uns erweitert, so daÿ auch dieses Programm in der Lage ist, Logdaten mit einer feinen zeitlichen Granularität auszugeben.
Den Meÿergebnissen unserer Testläufe ist ein Kapitel gewidmet, in dem die einzelnen Testläufe, welche unter verschiedenen Lasten entstanden sind, verglichen werden. Die dadurch gezogenen Rückschlüsse sind hilfreich beim Beseitigen von Engpässen der Bandbreiten der Verbindungen und der Leistungsfähigkeit der einzelnen Knoten dieses IMS-Netzes.
Mit SIPp und den äuÿerst präzisen Logging-Information der einzelnen Knoten des Testnetzes wurde ein Toolkit entwickelt, welches unabhängig von der Größe des Netzwerkes detailierte Testroutinen möglich macht.