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Gateways and Components for Supplementary IP Telephony Services in Heterogeneous Environments

Ackermann, Ralf :
Gateways and Components for Supplementary IP Telephony Services in Heterogeneous Environments.
[Online-Edition]
TU Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2003)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Gateways and Components for Supplementary IP Telephony Services in Heterogeneous Environments
Language: English
Abstract:

IP Telephony is a demanding interactive real-time service that already supplements the traditional telephony system to a considerable extent. It is expected to become a genuine alternative with a variety of new attractive services in the future. The recent situation and developments in the IP Telephony area are characterized by a variety of different usage environments, signaling approaches, protocols, devices and applications. We show that this situation, that is typically referred to as heterogeneity, has a number of inherent reasons and is not going to vanish within the near future. In many cases the different telephony components are not directly interoperable or their interaction is restricted to just a subset of the full capabilities. These circumstances make gateways that provide adequate interworking significant. Our central tenet is that gateways are appropriate and powerful means for dealing with heterogeneity. They are not restricted to the connection of legacy systems but play a significant constructive role for future setups as well. Their efficient design and realization is a challenging task. It is typically solved in a process that incorporates multiple steps. We investigate abstraction mechanisms that support this process. This investigation results in a model that facilitates the identification of general gateway structures and mechanisms that are appropriate for specific interworking requirements and scenarios. Our model fits between very high-level gateway descriptions and existing, but isolated best practice methods for particular gateway design problems. Our approach holistically covers multiple individual gateway aspects and tasks in the analysis and design process. We have chosen the interworking between the IP Telephony protocol suites H.323 and SIP for practical application of our methodology. Our efforts target large-scale IP Telephony deployment in real-world scenarios and the comprehensive and protocol-independent provisioning of supplementary services. The successful design and implementation of scalable interworking functionality for these services is the resulting practical contribution of this thesis. Our work combines the investigation of a novel signaling gateway and infrastructure components for its integration with the design and realization of end-system with unique functionality. Further, we categorize different types of media gateways and practically implement and investigate examples in this context. This activity and its outcome demonstrate the universality and power of our design and realization methodology. Additionally, we show that the combined and coordinated usage ofsignaling and media gateways is a powerful mechanism for future system designs. A practical example that uses this approach integrates low-resource decomposed wireless end-systems within our heterogeneous H.323 and SIP scenario. In the context of the presentation of general signaling gateways we show our contribution in the area of IP Telephony security. This includes the discussion of an IP Telephony enabled firewall that makes services usable in typical protected environments. The internal structure and the mechanisms of such a firewall are closely related to those of the investigated gateways. A practical IP Telephony vulnerability case study raises security problem awareness and motivates future activities with their implications on signaling gateways in this domain. Our contribution is practical as well as methodical. We have designed and realized new gateways and end-systems. These provide a novel quality for interworking in heterogeneous IP Telephony environments. It is not restricted to just basic call functionality but covers the very important and steadily extending range of supplementary services. Our gateway model and the problem analysis, design and realization methodology are general. The proof of concept implementations supplement it with instantiated templates for particular tasks. Model and templates together represent a framework that is applicable to solve various comparable interworking problems for IP-based communication systems efficiently.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
IP-Telefonie, mit deren Mechanismen und Komponenten sich die vorliegende Arbeit befasst, stellt einen speziellen und besonders anspruchsvollen interaktiven Echtzeitdienst dar. Sie hat sich bereits zu einer weithin beachteten Ergänzung zum bestehenden konventionellen Telefonsystem entwickelt. Für die Zukunft besitzen IP-basierte Telefonie-Losungen das Potenzial, traditionelle Telefone in immer weiteren Bereichen und letztlich vollständig zu ersetzen. Das untersuchte Gebiet ist bereits zum derzeitigen Zeitpunkt von einer Vielfalt von unterschiedlichen Signalisierungsansätzen, Protokollen, Geraten und Anwendungen geprägt. In der Arbeit wird dargestellt, dass diese Situation, die typischerweise als heterogen charakterisiert wird, inhärente und fortbestehende Ursachen hat und daher auch in Zukunft zu behandeln sein wird. In vielen Fallen sind die eingesetzten Telefoniekomponenten nicht unmittelbar interoperabel oder ihre Interaktion ist unnötigerweise auf einen Teil der jeweiligen Einzelfunktionalität beschränkt. Diese Bedingungen machen Gateways, die das möglichst umfassende Zusammenwirken der unterschiedlichen Systeme erlauben, zu einem notwendigen und wichtigen technischen Mittel. Die zentrale Annahme der Arbeit ist, dass Gateways unter den Bedingungen fortbestehender Heterogenität ein adäquates und mächtiges generelles Werkzeug darstellen. Ihre Bedeutung geht uber die Verbindung von bereits vorhandenen, zumachst nicht interagierenden Komponenten hinaus. Sie bilden zusätzlich auch ein wichtiges konstruktives Element für zukünftige Lösungsentwürfe. Effizientes Gateway-Design und eine adäquate Implementierung stellen sehr anspruchsvolle Aufgaben dar. Diese werden in der Regel in einem Prozess, der mehrere Analyse-, Design- und Implementierungs-Schritte umfasst, realisiert. Die Arbeit stellt eine Methodik vor, die die Identifizierung und Losung der dabei auftretenden Aufgaben unterstützt und erleichtert. Diese Methodik umfasst ein Gateway-Modell, das die Zuordnung allgemeiner Gateway-Funktionsblöcke und Mechanismen zu speziellen Interaktionsszenarien ermöglicht. Das Modell fügt sich zwischen sehr stark abstrahierenden Gateway-Beschreibungen und den existierenden, jedoch in der Regel isoliert angewandten Methoden zur Losung von speziellen Entwurfsaufgaben für individuelle Gateway-Funktionen ein. Es ermöglicht eine integrierte Betrachtung der verschiedenen Aspekte und Entwurfs- sowie Realisierungsphasen. Auf der Basis der Resultate der durchgeführten theoretischen Untersuchungen und unter Anwendung der dabei entwickelten Methodik wurde das spezielle Problem der effizienten Verbindung von IP-Telefonie-Systemen, die die beiden unterschiedlichen Signalisierungsprotokolle H.323 und SIP nutzen, detailliert betrachtet. Der Fokus liegt dabei auf der Unterstützung großer, administrativ gegliederter Einsatzumgebungen und der durchgängigen, systemübergreifenden und transparenten Bereitstellung von Mehrwertdiensten. Die im Rahmen der Untersuchung entstandene erfolgreiche Gateway-Implementierung mit ihren neuen und hinsichtlich des Funktionsumfanges allein stehenden Eigenschaften bildet den Kern der praktischen Ergebnisse der Arbeit. Gateway-Design und -Implementierung werden durch die Neu- und Weiterentwicklung von für den Test und die Nutzung von Telefonie-Mehrwertdiensten unverzichtbaren innovativen Endgeräten ergänzt. Weiterhin kategorisiert die Arbeit unterschiedliche Typen von Gateways für Medienströme und untersucht eigene praktische Entwurfs- und Implementierungsbeispiele für diese. Die Ergebnisse dieser Aktivitäten unterstreichen die generelle Anwendbarkeit der vorgestellten Entwurfs- und Implementierungs-Methodik. Am Beispiel der Integration eines im Rahmen der Arbeit entwickelten modularen, drahtlos angebundenen Endgerätes, das sich nahtlos in ein heterogenes H.323- oder SIP-Szenario einfügt, wird die Eignung des kombinierten Einsatzes von Signalisierungs- und Medien-Gateways für zukünftige Szenarien demonstriert. Im Kontext der Untersuchung von allgemeinen Signalisierungs-Gateways beleuchtet die Arbeit die Wichtigkeit der Beachtung von Sicherheitsfragen für den erfolgreichen praktischen Einsatz von IP-Telefonie-Systemen und zeigt den eigenen Beitrag zur Entwicklung von Firewalls für Multimedia-Anwendungen. Diese Firewalls sind hinsichtlich ihrer internen Struktur und ihrer Mechanismen mit den vorgestellten Gateways eng verwandt. Eine praktische Untersuchung der Verletzbarkeit von IP-Telefonie-Systemen macht die Sicherheitsproblematik bewusst und motiviert zukünftige Aktivitäten mit Implikationen für Gateways in diesem Bereich. Der wissenschaftliche Beitrag der Arbeit ist sowohl praktischer als auch methodischer Natur. Die Arbeit stellt bisher nicht vorhandene Gateways und Endgeräte zur Verfügung, die die transparente und systemübergreifende Nutzung von Mehrwertdiensten in heterogenen IP-Telefonie-Szenarien in einer neuartigen Qualität ermöglichen. Die Interaktion zwischen unterschiedlichen Systemen ist dadurch nicht mehr, wie dies ohne die untersuchten Erweiterungen der Fall war, auf einfache Anrufe ohne Zusatzfunktionen beschränkt. Die Ergebnisse der theoretischen Arbeiten stellen zusammen mit den praktischen Beispielen, die den Charakter von instantiierten Templates haben, eine generalisierte Methodik für die effiziente Losung einer Vielzahl weiterer ähnlicher Gateway-Problemstellungen in IP-basierten Kommunikationsszenarien zur Verfügung.German
Classification DDC: 000 Allgemeines, Informatik, Informationswissenschaft > 004 Informatik
Divisions: Fachbereich Informatik
Date Deposited: 17 Oct 2008 09:21
Last Modified: 07 Dec 2012 11:49
Official URL: http://elib.tu-darmstadt.de/diss/000359
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-3591
License: Simple publication rights for ULB
Referees: Steinmetz, Prof. Dr.- Ralf and Schulzrinne, Prof. PhD Henning
Advisors: Steinmetz, Prof. Dr.- Ralf
Refereed: 10 July 2003
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/359
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