IP電信研發成果 與未來研究方向

1. IP電信研發成果與未來研究方向 陳懷恩 博士 國立交通大學資訊工程學系 Email: wechen@cs.nctu.edu.tw TEL: +886-3-5731924 FAX: +886-3-5716929 http://alan.ipv6.club.tw

2. 陳懷恩 (Whai-En Chen) • 現職：國立交通大學資訊工程學系 研究助理教授 • 學歷：國立清華大學資訊工程學系博士, 1997~2002 • 工作經驗 • 電信國家型計畫- NTP VoIP整合測試平台計畫博士後研究員, 2003~2004 • 電信國家型計畫- 台法雙邊合作計畫博士後研究員, 2005~現今 • 研究計畫 • 行政院NICI IPv6推動工作小組研發分組子計畫負責人, 2003~2006 • 2003 IPv6第四層以上相關協定分析 • 2004整合行動式 IPv6 與 SIP-based 應用之All-IPv6 平臺 • 2005 IPv6 SIP網路電話在WinCE上之研製 • 2006 IPv6 虛擬私有網路之閘道器與客戶端程式之研發 • 行政院NICI IPv6推動工作小組應用推廣分組協同主持人, 2005~2006 • 2005 IPv6 SIP Showroom建置與推廣 • 2006 IPv6 SIP VoIP建置與推廣 • 行政院NICI IPv6推動工作小組標準測試分組諮詢委員, 2003~2005 • 交通大學/工研院聯合研發中心子計畫共同主持人, 2003~2006 • 國家高速網路與計算中心 TWAREN VoIP計畫共同主持人, 2003 • 教育部通訊教育改進計畫- IPv6課程子計畫編撰教材, 2004~2006 • 教育部通訊教育改進計畫- Wireless VoIP課程編撰教材, 2004~2005

3. 演講大綱 • IP電信研究簡介 • 有效率的VoIP電話路由 • 應用程式之IPv6自動轉換 • IPv4與IPv6網路電話互通 • 網路電話監聽系統 • 網路電話分析器 • SIP網路遊戲 • 未來研究方向與結論

4. IP電信研究簡介 • 使用者設備部分 • 802.11 WiFi、WiFi/GSM雙模以及3G/GPRS手機 • 影像電話 • 研發成果 • 網路電話平台建置(電信國家型計畫成果) • VoIP網路電話喚醒機制 (電信國家型計畫成果) • 應用程式之IPv6自動轉換機制 (NICI IPv6計畫成果)

5. IP電信研究簡介 • 無線存取網路與核心網路部分 • 802.1X Wireless LAN (WLAN) AP • HSS/HLR與AAA (Authentication, Authorization, and Accounting) Server • Packet Data Gateway (PDG) • 研發成果 • SIM-based認證 (成果發表於The Computer Journal. 2004 47(4):405-417.) • 移動性管理 (成果發表於ACM/KluwerMobile Networking and Applications (MONET) 2003 8(6): 625 –634.)

6. IP電信研究簡介 • IP多媒體子系統CSCF與應用服務部分 • Proxy-CSCF, Serving-CSCF and Interrogating-CSCF • Instant Message and Presence Service (IMPS), Game, Download and Digital Right Management (DRM) Services • 研發成果 • IMPS服務 (成果發表於：Mobile Computing Workshop與2006通訊科技專題競賽) • 與Nokia合作SIP互動式遊戲開發 (電信國家型計畫成果) • 與工研院合作開發Download與DRM測試工具 (成果發表於Open Mobile Alliance會議)

7. IP電信研究簡介 • IP多媒體子系統與其他網路連接部分 • IMS Gateway (包含IMS-ALG and Translation Gateway) • Breakout Gateway Control Function (BGCF), Charging Gateway (CGW) and Public Switch Telephone Network (PSTN) Gateway • 研發成果 • 與二類電信業者金葉科技合作連接至PSTN網路(電信國家型計畫成果) • IPv4與IPv6網路電話互通機制 (NICI IPv6計畫成果)

8. IP電信研究簡介 • 封包資料網路PDN部分 • SIP Server, RTP Proxy and CSP (Call Server with Push) • SIP User Agent (UA) and SIP Analyzer • 研發成果 • WinXP與WinCE上IPv6網路電話 (NICI IPv6計畫成果) • 網路電話分析器 (NICI IPv6計畫成果) • 網路電話監聽系統 (電信國家型計畫成果)

9. 有效率的VoIP電話路由Effective VoIP Call Routing in WLAN and Cellular Integration

10. WLAN/Cellular 雙模手機 • 雙模手機同時具有以下模組 • 802.11無線網路模組 • GSM 模組 • 使用者可以利用雙模手機上的VoIP軟體撥打話費較為便宜的電話 • 然而當手機進入省電模式時，無線網路模組將會被關閉(GSM模組仍然開啟) • 此時將無法接聽網路電話 • 相關研究提出可經由GSM模組來喚醒802.11無線網路模組與VoIP軟體

11. Call Server with Push (CSP)機制 • 問題：手機(MS)被喚醒後無法快速連接至正確的網路 • 貢獻： • 提出Call Server with Push (CSP)機制，利用Caller ID讓MS快速連至正確網路 • 不需要改變現有協定且有利於實作 • 成果發表於IEEE Comm. Letters，並與工研院合作提出專利申請

12. 應用程式之IPv6自動轉換NCTU SLT: A Socket-layer Translator for IPv4-IPv6 Translation

13. NCTU Socket-layer Translator (SLT) • 問題：目前IPv4程式無法存取IPv6資源，而移植程式至IPv6的工作很繁雜且沒有效率 • 貢獻： • NCTU SLT可將IPv4軟體自動轉換為IPv4/IPv6都支援的軟體 • 使用者完全不需要改變原有使用習慣與使用者介面即可存取IPv6網路資源 • 在下載2GB檔案時共花費219秒，只比IPv6 (215秒)多4秒，比IPv4 (204秒)多15秒 • 成果發表於IEEE Comm. Letters，並獲得教育部通訊專題競賽冠軍

14. IPv4與IPv6網路電話互通An IPv4-IPv6 Translation Mechanism for SIP Overlay Network in UMTS All-IP Environment

15. SIPv6 Translator • 問題：第三代行動通訊之IPv6網路電話無法與現存的IPv4網路電話互通 • 貢獻： • 提出利用IMS-ALG (Application Layer Gateway)提供IPv4/IPv6 SIP信令轉換機制 • 利用多台閘道器來減低轉換語音封包(Real-time Transport Protocol Packets)時的負擔 • 研究提升轉換器之可靠度，使之達到電信等級 (99.999%) • 成果發表於IEEE J-SAC，並獲得NICI IPv6程式競賽亞軍 • 於NICI IPv6計畫中，協助金葉科技建立全世界第一個支援IPv6 Tunnel網路電話系統 • 藉由電信國家型計畫與法國電信研究所INT進行VoIP互通測試

16. IPv4與IPv6網路電話互通平台 • IPv4 SIP Network是在電信國家型計畫中建立 • IPv6 SIP Network是在NICI IPv6計畫中建立 • 我們利用電話號碼建立IPv4與IPv6網路電話之轉接規則

17. SIPv6 Translator功能展示 影片展示

18. 網路電話監聽系統VoIP Monitoring System

19. VoIP Monitoring System • 問題：網路電話具有高移動性(可攜性)，監聽較為不易 • 貢獻： • 研發出VoIP Monitoring System，在核心網路端提供網路電話之監聽與通聯紀錄 • 獲得2005全國計算機會議最佳論文獎與教育部通訊專題製作競賽冠軍 • 本成果與工研院合作整合進入3GPP IMS系統中

20. 網路電話監聽系統展示 影片展示

21. 網路電話分析器SIPv6 Analyzer: An Analysis Tool for 3GPP IMS Services

22. SIPv6 Analyzer • 問題：一般網路分析器沒有針對VoIP通話分析之功能 • 貢獻： • 以圖形方式顯示SIP訊息流程，協助使用者快速分析SIP網路中所有的節點 • 配合Jitter Buffer的設定，播放已儲存之RTP封包 • 成果發表於Wireless Communication and Mobile Computing 期刊 • 獲得國網盃軟體設計比賽冠軍與日本IPv6 Appli-Contest 2004冠軍

23. SIP Viewer Call-ID To From (a) SIP Dialog Collection (b) • SIP訊息流程由以下資訊繪出 • 來源與目的IP位址 • SIP標頭欄位 (e.g., Via and Route) SIP Message Flow

24. RTP Spy RTP Session List Yueh-Hsin Sung Video Playback Video and Voice Control Panel Jitter Buffer and Number of Dropped Packets

25. SIP網路遊戲SIP Interactive Game on Nokia S60 Platform

26. Nokia S60開發平台與模擬器 Nokia S60 Emulator Nokia S60 Platform 與Nokia合作提供開發平台讓學生開發IP電信之應用服務

27. 遊戲連線控制流程

28. 踩地雷遊戲成果展示 影片展示

29. 未來研究方向與結論 • 未來IP電信研究需要進一步探討的是系統安全、系統效能、系統可靠度、服務品質，以及應用服務開發。以下列出一些可能的議題： • 網路電話的認證、加密以及惡意攻擊的防範(VoIP spam) • 網路電話特性(Call Arrival and Holding Time)分析 • 網路電話各項元件效能(Call Setup Delay, RTP Delay and Jitter)分析 • 網路電話語音品質(MOS)分析(PESQ and E-model) • IP電信網路服務品質保證機制 • SIP互動式遊戲平台研發 • Download, Browsing, DRM等應用服務研發 • 本次演講介紹了IP電信領域的基本架構，以及相關研發成果。歡迎有興趣的老師與同學，進一步與我討論。

30. 參考資料 • Whai-En Chen, Yi-Bing Lin and Ai-Chung Pang, “An IPv4-IPv6 Translation Mechanism for SIP Overlay Network in UMTS All-IP Environment”, IEEE Journal of Selected Areas in Communications (J-SAC), Volume 23, Issue 11, Nov. 2005, Page(s):2152 – 2160. (SCI/EI) • Whai-En Chen, Chai-Yung Su and Yi-Bing Lin, “NCTU SLT: A Socket-layer Translator for IPv4-IPv6 Translation”, IEEE Communications Letters, Volume 9, Issue 10, Oct. 2005, Page(s):865 – 867. (SCI/EI) • Yi-Bing Lin, Whai-En Chen and Chai-Hien Gan, “Effective VoIP Call Routing in WLAN and Cellular Integration”, IEEE Communications Letters, Volume 9, Issue 10, Oct. 2005, Page(s):874 – 876. (SCI/EI) • Whai-En Chen, Yueh-Hsin Sung, and Yi-Bing Lin, “SIPv6 Analyzer: An Analysis Tool for 3GPP IMS Services”, accepted and to appear in Wireless Communications and Mobile ComputingJournal. (SCI) • Whai-En Chen, “The Deployment of IPv6 SIP-based VoIP Applications”, International Journal of Internet Protocol Technology, Volume 1, Issue 4, 2006, Page(s) 205-213. • Vincent W.-S. Feng, Lin-Yi Wu, Yi-Bing Lin, and Whai-En Chen, “WGSN: WLAN-based GPRS Support Node with Push Mechanism”, The Computer Journal, Volume 47, Issue (4), 2004, Page(s):405-417. (SCI) • Whai-En Chen, Li-Wen Hsu, Pin-Jen Lin and Chai-Hien Gan. “Design and Implementation of SIP VoIP Monitoring System”. NCS 2005. Tainan. (Best Paper Award)

31. Q & A Thank You!

32. 附件：補充說明

33. 專有名詞縮寫(1) • AAA: Authentication, Authorization, and Accounting • BGCF: Border Gateway Control Function • BSS: Base Station Subsystem • CGW: Charging Gateway • CS Domain: Circuit Switched Domain • CSCF: Call Session Control Function • P-CSCF: Proxy-CSCF • S-CFCF: Serving-CSCF • I-CSCF: Interrogating-CSCF • DRM: Digital Right Management • GERAN: GPRS Edge Radio Access Network • GGSN: Gateway GPRS Support Node • GPRS: General Packet Radio Service • HLR: Home Location Register • HSS: Home Subscribe Server

34. 專有名詞縮寫(2) • IMPS: Instant Message and Presence Service • IM-MGW: IP Multimedia Media Gateway • MGCF: Media Gateway Control Function • MS: Mobile Station • MRF: Media Resource Function • PDG: Packet Data Gateway • PoC: Push-to-talk over Cellular • PSTN: Public Switch Telephone Network • SGW: Signaling Gateway • SIP: Session Initiation Protocol • UA: User Agent • UE: User Equipment • UTRAN: UMTS Terrestrial Radio Access Network • WAG: Wireless Access Gateway

35. 雙模手機接聽網路電話流程

36. IPv4主機與IPv6主機運作範例

37. SIP轉換訊息流程