Voix sur IP : Modèles et architectures pour l'évaluation et l'optimisation des performances
Institution:
Evry, Institut national des télécommunicationsDisciplines:
Directors:
Abstract EN:
There is a large consensus on the adoption of packetized media transmission in the near future. We can see that video broadcast has greatly benefited from these techniques (DVD, satellite and cable) and that audio is following. Voice is in our opinion the last medium to " resist " and this is due to the legacy circuit switched networks that have to be first replaced by packet switched ones. As voice is still occupying a large market share in telecommunications business, there is a serious concern from the operators' side as to offer at least the current " circuit switched " quality for future voice over IP communications. Also, " Despite huge efforts, the Internet (not IP) is incapable of carrying real-time or delaysensitive traffic ". So, before expecting a widespread deployment of Internet telephony, critical issues must be solved. The detailed analysis of the existing protocols and architectures models for voice over IP services, shows that performances optimization is necessary. For this, we propose several original contributions and prove that these propositions clearly improve global performances of the existing protocols and architectures for voice over IP, while assuring compatibility. These propositions are : -" Smart Profile ", a model and architecture for SIP performance optimization, particularly well adapted when network conditions are not satisfactory. Effectively, situations where bandwidth saving or availability is a constraint, the impact on the establishment delays can be significant. This is essentially due, to the textual format of SIP protocol but also, to the messages flow required for accessing to " complex " services. This model, minimizes establishment delays for a low level of complexity. " Smart Profile ", is an approach based on methods between " caching " and " compression " techniques. -" Packet-E-Model ", a model for the subjective and dynamic quality evaluation for voice over IP. This new model, extends and adapts the classical " E " model from the ITU-T G. 107 recommendation, to the particular context of IP networks, characterized by a high variability and complexity. It computes and provides a " MOS " type score, reflecting the subjective quality of the voice communication. " Packet-E-Model ", takes into account parameters such as delay or packet losses, " observed " on the IP path, for " MOS " calculation on a packet per packet basis. -" MOSQoS ", an architecture model for dynamically, controlling and adjusting Quality of Service (QoS), depending on the measurement and variability of voice quality. Classical QoS models are not much adapted to the particular characteristics of " VoIP ", for example in a mobility context, where voice quality perception can change dynamically during a session. So, this model, enables dynamic allocation of network resources, based on the " MOS " score variability which, represents the subjective quality (human perception) of the VoIP session. Feasibility and performance studies, resulting from simulation but also from implementation on different test-beds are very satisfactory and show that optimization is globally achieved. Results analysis shows the robustness of our contributions. Also, the models we proposed can be easily integrated in existing " VoIP " architectures.
Abstract FR:
Il existe un large consensus parmi les constructeurs, les opérateurs et les utilisateurs sur l'adoption de la technologie paquet " IP " pour le transport de la voix (" VoIP "). La " voix " peut être considérée comme une application ou service particulier, étant donné la place importante qu'elle occupe et les revenus qu'elle génère sur le marché des services télécoms. Néanmoins, et contrairement à d'autres types de média (ex. TV numérique, vidéo à la demande. . . ) il existe une certaine " réticence " dans le déploiement de la " voix sur IP ". Une des raisons principales est qu'au préalable les performances du réseau " IP " doivent être au moins équivalentes aux performances fournies par les réseaux classiques (" circuit "). La " VoIP " impose de lourdes contraintes aux réseaux " paquet ", en particulier dans les environnements critiques. Nous constatons aussi que le réseau Internet n'est pas adapté à ce type d'application. Ainsi, pour espérer un déploiement massif de la " VoIP " certains éléments critiques liés à l'utilisation de la technologie " IP " doivent être résolus. L'analyse détaillée des principaux modèles de protocoles et d'architectures réseaux sur lesquels s'appuient les services de téléphonie sur IP montre qu'une optimisation des performances est nécessaire. Pour cela, nous proposons plusieurs contributions et montrons qu'elles permettent d'optimiser les performances globales des modèles existants, tout en assurant une certaine compatibilité, ce sont : -Le " Smart Profil ", un modèle et une architecture pour l'optimisation des performances du protocole de signalisation SIP, particulièrement adapté aux environnements réseaux " critiques ". En effet, dans les situations où la bande passante disponible constitue une contrainte, l'impact sur les délais d'établissement de sessions peut être significatif. Cela est dû en particulier au format texte du protocole SIP, et aux flux de messages générés pour l'accès à certains services évolués ou relativement " complexes " par nature. Ce modèle minimise les délais d'établissement pour une complexité minimale. Il est basé sur une approche utilisant une technique intermédiaire entre les techniques classiques de " cache " et de " compression " -Le " Packet-E-Model ", un modèle pour l'évaluation subjective et dynamique de la qualité de la voix sur IP. Ce modèle adapte le modèle classique " E model " de l'ITU-T [rec. G. 107] aux caractéristiques particulières et à la forte dynamicité des réseaux " IP ". Il permet de calculer et de fournir un score " MOS ", reflétant la qualité subjective de la communication vocale. Le " P-E-Model " intègre des paramètres tels que le délai ou le taux de pertes " observés " sur la liaison, pour le calcul du " MOS " paquet par paquet. -Le " MOSQoS ", une approche générique pour une adaptation et un asservissement dynamique de la qualité de service (QdS), basé sur la " mesure " de la qualité de la voix. Les modèles de QdS classiques sont peu adaptés aux caractéristiques particulières de la " VoIP ", par exemple dans un contexte de mobilité où la qualité vocale perçue peut varier de manière très " aléatoire ". Ce modèle assure une allocation dynamique des ressources réseaux en fonction de la variation de la qualité subjective (score " MOS ") de la " voix ", telle que perçue par l'utilisateur à chaque extrémité de la liaison. Les études de faisabilité et de performance réalisées par simulation, mais aussi à partir de l'implantation sur différentes plates-formes de tests et mesures, sont tout à fait satisfaisant. L'analyse des résultats obtenus, démontre la pertinence des modèles proposés.