Capacidad de la Red Inalámbrica Unificada

Los valores del MOS y R-value permiten estimar la opinión de los clientes sobre la calidad de una llamada telefónica para propósitos de planificación de transmisión, como plantea la recomendación G.107 [12] y P.800 de la UIT [14]. A través de estos parámetros se puede cuantificar el efecto de diversos parámetros sobre la red (tales como latencia, tasa de pérdidas de paquetes, ruido y códec utilizado) y apreciar directamente el efecto del desempeño, retardo de extremo a extremo y jitter.

En las figuras V.8 y V.9 se muestran los valores reales del MOS promedio, medidos según el número de llamadas simultáneas en la red inalámbrica bajo estándar 802.11b y 802,11g, respectivamente. Las figuras V.10 y V.11 señalan los retardos de extremo a extremo de un flujo UDP con códec G.729 y con G.711, obtenidos bajo las mismas condiciones anteriores.

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Figura V.8: MOS de la red 802.11b en función del número de llamadas

Figura V.9: MOS de la red 802.11g en función del número de llamadas

Figura V.10: RTT de la red 802.11b en función del número de llamadas

Figura V.11: RTT de la red 802.11b en función del número de llamadas

Las características del códec G.729 inciden directamente en la escala de medición de MOS, ya que introducen un daño inherente y por ende, el valor máximo del MOS es menor que para el códec G.711. En las figuras V.8 y V.9 se puede observar claramente esta diferencia, ya que las curvas obtenidas para el códec G.711 parten de un valor máximo mayor. Se representa también, cómo la calidad de las llamadas con códec G.711 es levemente menor a las realizadas con códec G.729, particularmente para la red inalámbrica con estándar 802.11b. Esto se debe a que el códec G.729 hace uso más eficiente del ancho de banda de la red inalámbrica, permitiendo un número mayor de llamadas simultáneas para un mismo ancho de banda, pero aun así ambos códecs proveen similar Calidad de Servicio.

Para la red inalámbrica operando bajo el estándar 802.11g, la diferencia entre los códecs es mucho menor, ya que el enlace posee un ancho de banda considerablemente mayor al utilizado por cada llamada.

En ambos gráficos queda demostrado cómo el tráfico de bajada se ve más afectado por las características del medio y por ende, presenta un deterioro más rápido de la calidad de las llamadas para ambos códecs. En base a lo anterior, el comportamiento de este tipo de tráfico es el que se utiliza para

2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 M O S Número de llamadas

MOS Red 802.11b vs Número de

llamadas MOS G.729 subida

MOS G.729 bajada MOS G.711 bajada MOS G.711 subida 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 35 40 45 50 51 52 53 54 55 58 60 M O S Número de llamadas

MOS Red 802.11g vs Número de

llamadas MOS G.729 subida MOS G.729 bajada MOS G.711 bajada 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 R TT [ m s] Número de llamadas

RTT red 802.11b vs Número de llamadas

RTT avg. G.729 subida RTT avg. G.711 subida RTT avg. G.729 bajada RTT avg. G.711 bajada

0 50 100 150 200 250 35 40 45 50 51 52 53 54 55 58 60 R TT [ m s] Número de llamadas

RTT Red 802.11g vs Número de llamadas

RTT avg. G.729 subida RTT avg. G.729 bajada RTT avg. G.711 bajada

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determinar la capacidad máxima de la red, que queda delimitada por la caída brusca de la calificación MOS. Esta caída se explica por la sensibilidad del tráfico de voz, que al sufrir un leve retardo o pérdidas por la incorporación de un nuevo cliente de voz a la red inalámbrica, se ve severamente afectado en la calidad percibida de la llamada. El límite mínimo considerado de la calificación MOS es de 4,07 en casi todos los casos (3,8 para G.729 en red 802.11g), de modo de mantener la calidad de las llamadas por sobre el nivel aceptable, pero aumentando al máximo el número de clientes posibles. Bajo esta condición prácticamente todos los usuarios están satisfechos con la calidad de la llamada.

Si se considera la recomendación de Cisco Systems de utilización de la red para tráfico mixto, se acepta solamente un 60% del ancho de banda para servicios VoIP y por ende la capacidad práctica máxima de la red disminuye. En la Tabla V.1 se representan los valores de la capacidad medida para ambas consideraciones y los valores teóricos esperados. Las capacidades máximas obtenidas son naturalmente inferiores a las teóricas esperadas. Para la red bajo estándar 802.11b la diferencia es leve, pero resulta mucho más notoria para el estándar 802.11g, que presenta un ancho de banda considerablemente más elevado.

Debe tenerse en consideración los valores prácticos de las capacidades de los enlaces inalámbricos cuando se realiza un diseño de plataforma inalámbrica para servicios VoIP sin implementar Calidad de Servicio, ya que hay que tener bastante cuidado en no introducir latencia y pérdidas extras a los flujos de voz por una sobre carga del enlace.

Estándar Códec G.711 G.711 al _{60% 60% teórico} G.711 al G.729 G.729 al _{60% 60% teórico} G.729 al

802.11b 15 9 10 16 10 12

802.11a/g 45 27 34 50 30 39

Tabla V.1: Capacidades medidas en red inalámbrica sin Calidad de Servicio

La calificación MOS es afectada directamente por el retardo de extremo a extremo, por el jitter y por el comportamiento de la pérdida de paquetes, de manera que su valor puede ser usado como medidor representativo de Calidad de Servicio para aplicaciones VoIP.

Los valores del retardo de extremo a extremo se mantienen dentro de los límites aceptables (< a 150 [ms]) para las capacidades máximas antes determinadas (sin considerar el 60% de utilización del enlace). Para el caso del códec G.711 en la red 802.11b y el códec G.729 en la red 802.11g, los retardos son cercanos a 100 [ms], pero considerando el retardo extra máximo incorporado por conceptos de codificación/decodificación (alrededor de 35 [ms]), esos retardos siguen siendo inferiores al límite aceptable para comunicaciones nacionales.

En las figuras V.12 y V.13 se muestra el MOS obtenido para tráfico mixto y para un número de llamadas por sobre la capacidad máxima de la red, detallada en la Tabla V.1. Se representan los valores del MOS tanto para la red inalámbrica, operando sin Calidad de Servicio, como para la red implementando el estándar 802.11e. En las figuras V.14 y V.15 se representa el retardo de extremo a extremo percibido bajo esas mismas condiciones.

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Figura V.12: MOS de la red 802.11b para tráfico mixto y número de llamadas sobre capacidad

Figura V.13: MOS de la red 802.11g para tráfico mixto y número de llamadas sobre capacidad

Figura V.14: RTT de la red 802.11b para tráfico mixto y número de llamadas sobre capacidad

Figura V.15: RTT de la red 802.11g para tráfico mixto y número de llamadas sobre capacidad

La incorporación del tráfico TCP al número de tráficos VoIP de la red, afecta notablemente la calidad de las llamadas, produciendo una disminución del MOS promedio percibido en comparación del MOS cuando se opera a la capacidad máxima. Además, se percibe una disminución del retardo de extremo a extremo cuando aumenta el número de terminales de voz, producto de que los paquetes de voz son más pequeños y por ende, se transmiten con mayor facilidad a través de la red, considerando el menor uso del ancho de banda por parte de los tráficos de datos y menos competencia por el uso de los recursos disponibles en la red.

Para la red operando con el estándar 802.11g se produce un efecto contrario para el tráfico mixto, ya que al aumentar el número de flujos de voz se produce una mejora de la calidad de las llamadas. Esto puede ser explicado porque el aumento considerable en el ancho de banda proporciona más recursos a los terminales de la red, entonces, un aumento de los terminales VoIP genera una mejor utilización de esos recursos y cuando existen tráficos de datos, éstos consumen la mayoría de esos recursos. Para la red 802.11b los recursos son más restringidos y por consiguiente, un aumento en los tráficos de voz satura más rápido la red.

1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 6 voz/10 TCP 10 voz/6 TCP 16 voz/1 TCP

18 Voz 19 voz 20 Voz 21 Voz 22 Voz

M

O

S

Tipo de tráfico mixto

MOS red 802.11b con tráfico mixto

MOS G.729 MOS G.729 con EDCA MOS G.711 MOS G.711 con EDCA

2,5 2,7 2,9 3,1 3,3 3,5 3,7 3,9 4,1 4,3 16 voz/34 TCP 34 voz/16 TCP 50 voz/1 TCP

50 voz 51 voz 52 voz 55 voz 58 Voz 60 Voz

M

O

S

Tipo de tráfico mixto

MOS G.729 red 802.11g con tráfico mixto

MOS MOS con EDCA

0 100 200 300 400 500 6 voz/10 TCP 10 voz/6 TCP 16 voz/1 TCP

18 Voz 19 voz 20 Voz 21 Voz 22 Voz

R

TT

[

m

s]

Tipo de tráfico mixto

RTT red 802.11b con tráfico mixto

RTT avg. G.729 RTT avg. G.729 con EDCA RTT avg. G711 RTT avg. G711 con EDCA

50 70 90 110 130 150 170 190 16 voz/34 TCP 34 voz/16 TCP 50 voz/1 TCP

51 voz 52 voz 55 voz 58 Voz 60 Voz

R

TT

[

m

s]

Tipo de tráfico mixto

RTT G.729 red 802.11g con tráfico mixto

RTT promedio RTT promedio con EDCA voice

MOS G.729 EDCA voice MOS G.711 EDCA voice

MOS EDCA voice

RTT avg. G.729 EDCA voice RTT avg. G.711 EDCA voice

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Con la incorporación de los parámetros EDCA propuestos por Cisco Systems, se observa una mejora de la calidad percibida de las llamadas, representada por un aumento del MOS, tanto para la red operando con tráfico mixto, como para la red sólo con flujos de voz. Se observa un aumento de la calificación MOS cuando se produce un aumento del número de clientes VoIP en un ambiente de tráfico mixto. Para un ambiente únicamente con flujos de Voz, se incurre también en un aumento de la capacidad obteniéndose nuevos límites máximos, representados en la Tabla V.2.

Estándar Códec G.711 G.711 al _60% G.729 G.729 al _60%

802.11b 18 11 18 11

802.11a/g -- -- 55 33

Tabla V.2: Capacidades medidas en la red inalámbrica con Calidad de Servicio

Estos límites máximos superan levemente a la cantidad máxima de usuarios determinada para la red sin implementación del estándar 802.11e, entonces, para mantener un diseño conservador de la estructura de red para telefonía VoIP, se establecen como valores limites para la capacidad, los datos de la Tabla V.1, aun cuando se incorpore Calidad de Servicio al sistema.

El retardo se ve notablemente afectado por la incorporación de los parámetros EDCA modificados. En el caso de la red 802.11g, esta incorporación beneficia a los flujos de voz, disminuyendo su retardo. Para la red operando con estándar 802.11b, ocurre el efecto contrario, y la implementación de Calidad de Servicio aumenta el retardo de los paquetes de voz, aunque mejora la calidad percibida de las llamadas, con un aumento del MOS. Un valor menor de la ventana de contienda (CW) implica una espera menor para realizar la transmisión y un aumento también del Throughput de la red y, en el caso de experimentar colisiones, lograr un acceso más frecuente al canal compartido, reduciéndose el retardo que experimentan los paquetes de voz.