QoS para VoIP

Objetivo

Evaluar el comportamiento de tráfico VoIP transportado en diferentes calidades de servicio.

Justificación

El escenario diseñado para esta prueba contempla el uso de diferentes tipos de usuarios y tráfico, tratando de simular, con los recursos disponibles, un escenario en el cual se manejan de forma convergente diversos servicios de telecomunicaciones. Con base en lo anterior se ofrecieron servicios a 9 usuarios con las calidades de servicio y tipos de tráfico que se muestran en la Tabla 5.6, en todos los casos se trabajó con una latencia de 30ms (valor por defecto de la BS).

Tabla 5.6. Perfiles de transmisión prueba VoIP.

Usuario Trafico QoS (Scheduling _type) Parámetros SS

1 WEB BE  MaxSustRate 128 kbps

SS1 2 _Streaming Video UGS  MaxSustRate UL 512 kbps _{ MaxSustRate DL 1.5 Mbps}

3 FTP rtPS  MaxSustRate UL 512 kbps  Min SusRate UL 256 kbps  MaxSustRate DL 1.3 Mbps  Min SusRate DL 1.2 Mbps 4 WEB BE  MaxSustRate 128 kbps SS2 5 _Streaming Video nrtPS  MaxSustRate UL 256 kbps  Min SusRate UL 128 kbps  MaxSustRate DL 256 kbps  Min SusRate DL 512 kbps 6 _Streaming Video rtPS  MaxSustRate UL 512 kbps  Min SusRate UL 256 kbps  MaxSustRate DL 1.3 Mbps  Min SusRate DL 1.2 Mbps 7 _Streaming Video nrtPS  MaxSustRate UL 256 kbps  Min SusRate UL 128 kbps  MaxSustRate DL 256 kbps  Min SusRate DL 512 kbps SS3 8 _Streaming Video UGS  MaxSustRate UL 512 kbps _{ MaxSustRate DL 1.5 Mbps}

Prueba VoIP Variable (0-30

circuitos de voz) Variable SS4

Una vez establecido el escenario, al usuario SS4 se le asigna una cierta calidad de servicio para cada prueba, la cual puede verse en la Tabla 5.7, y transmite únicamente tráfico VoIP.

La cantidad de tráfico generada por dicho usuario es función del número de pares de circuitos, asociando cada par a una llamada telefónica, utilizando un códec G.711. Se eligió dicho códec por ser el que ofrece la mayor calidad para la transmisión de voz.

Se evaluó primero para una conexión bidireccional (1 canal de 64 kbps en cada sentido) y se fue aumentando reiteradamente el número de pares, en cada caso se realizaron mediciones de jitter, retardo y pérdida de los paquetes, así como el MOS promedio de todos los pares.

Tabla 5.7. Perfil de tráfico usuario Prueba en prueba VoIP

Prueba QoS Parámetros

1 BE  MaxSustRate 1 Mbps 2 nrtPS  MaxSustRate UL 1 Mbps  Min SusRate UL 900 kbps  MaxSustRate DL 1 Mbps  Min SusRate DL 900 kbps 3 rtPS  MaxSustRate UL 1 Mbps  Min SusRate UL 900 kbps  MaxSustRate DL 1 Mbps  Min SusRate DL 900 kbps 4 UGS _ MaxSustRate UL 1 Mbps _{MaxSustRate DL 1 Mbps}

El jitter y el retardo nos permiten realizar una comparación con los resultados obtenidos en las pruebas realizadas anteriormente, asimismo son dos parámetros que se asocian directamente a la calidad de una llamada sobre una red de paquetes. Por otro lado, el MOS (Mean Opinion Score) es un parámetro estandarizado que mide la calidad de una llamada telefónica simulando la opinión de un grupo de personas evaluando dicha llamada. Este parámetro, definido en la recomendación G.107 de la ITU, permite que se puedan comparar los resultados obtenidos con los obtenidos mediante cualquier otro sistema para transmitir voz. La prueba se realiza para distintos perfiles de QoS, de esta forma se pueden comparar los resultados obtenidos en cada uno de ellos para determinar si éstos tienen algún efecto sobre la calidad obtenida en las llamadas, la cual es reflejada en el MOS.

Para todas las pruebas se configuró un jitter buffer de 2 paquetes, valor que se recomienda para mantener una alta interactividad en las conversaciones. Asimismo, no se considera supresión de silencios.

Procedimiento

1. Crear 16 SFs (8 DL y 8 UL) con las características descritas en la columna 3 de la Tabla 5.6 y asociarlos como se muestra en la Tabla 5.6 de forma correspondiente

2. Crear 2 SFs (1 UL y 1 DL) y configurarlos con los parámetros de QoS descritos en el renglón correspondiente al número de prueba de la Tabla 5.7. Asociar dichos SF a una PC (PCprueba) conectada detrás del SS 4.

el tiempo de ejecución de la prueba todos los usuarios se encuentren transmitiendo de forma constante.

4. Conectar una PC (PC2) a la BS. Verificar que esta cuenta con el software de Punto Terminal de IxChariot.

5. Ejecutar IxChariot en PCprueba y seguir los siguientes pasos: a) Abrir un nuevo Test.

b) Entrar al menú Edit y seleccionar Add VoIP Pair.

c) En la ventana emergente escribir en el campo Endpoint 1 network address la dirección IP de PCprueba. Escribir la dirección IP de PC2 en Endpoint 2 network address. Seleccionar el códec G.711. Dar click en OK.

d) En la pestaña Test Setup aparece el flujo de datos creado. Dar click derecho sobre éste y seleccionar Replicate.

e) Un nuevo flujo aparecerá en la ventana, dar click derecho sobre éste y seleccionar la opción Swap Endpoint 1 and Endpoint 2. Con estos dos flujos se tiene un par bidireccional.

f) Seleccionar ambos flujos y dentro del menú Run dar click sobre Set Run Options.

g) En la ventana emergente seleccionar la opción Run for a fix duration y escrcibir el valor de 2min. Dar click en OK.

h) En el menú Run dar click sobre Run para comenzar la prueba. El programa puede tardar unos segundos en inicializar los flujos y posteriormente enviará tráfico de forma continua durante 2 minutos. i) Al haber transcurrido los 2 minutos, un mensaje de Ran to

completion debe aparecer en la parte inferior de la pantalla.

j) Dar click en la pestaña VoIP y registrar los valores promedio de RFC 1889 Jitter, Percent Bytes Lost, One-Way-Delay y MOS.

k) Una vez registrados los valores, añadir un par bidireccional y repetir la prueba. Repetir este procedimiento hasta tener los resultados de 30 circuitos de voz.

6. Repetir el paso 5 para las 4 clases de servicio descritas en la Tabla 5.7. Resultados

En la Tabla 5.8 se muestran los resultados obtenidos a lo largo de toda la prueba. En la Figura 5.22 se muestran las gráficas para cada uno de los parámetros observados.

Jitter [ms] One-Way-Delay [ms] Packet-Loss [%] MOS #

Circuitos BE nrtPS rtPS UGS BE nrtPS rtPS UGS BE nrtPS rtPS UGS BE nrtPS rtPS UGS

2 9,25 2,85 0,90 0,90 410 19 0 41 0,00 0,00 0,00 0,00 1,46 4,18 4,38 4,38 4 7,98 2,50 0,77 0,77 398 19 0 41 0,00 0,00 0,00 0,00 1,79 4,21 4,37 4,38 6 7,86 2,91 0,70 0,70 392 22 0 41 0,00 0,00 0,01 0,00 1,49 4,21 4,35 4,38 8 7,29 3,63 0,62 0,62 385 24 375 41 0,00 0,00 0,00 0,00 1,92 3,95 3,27 4,38 10 6,92 1,87 0,45 0,45 380 475 372 41 0,00 0,00 0,00 0,00 1,93 3,09 3,29 4,38 12 8,80 2,05 0,57 0,57 370 468 367 41 0,06 0,00 0,00 0,00 2,08 3,07 3,31 4,38 14 6,46 2,79 0,49 0,49 186 462 363 41 0,01 0,04 0,01 0,00 2,62 2,89 3,30 4,38 16 4,62 2,29 0,64 0,64 178 456 357 41 0,00 0,00 0,00 0,00 2,89 2,93 3,31 4,38 18 10,76 4,10 0,49 0,49 173 448 353 41 0,55 0,01 0,00 0,00 2,10 2,79 3,32 4,38 20 10,25 4,17 2,13 2,13 167 442 351 41 1,38 0,00 0,01 0,00 2,21 2,73 3,32 4,37 22 10,95 3,32 2,66 2,66 161 451 348 41 1,36 0,01 0,06 0,00 2,13 2,71 3,29 4,38 24 11,06 9,23 7,44 7,44 156 448 347 50 5,38 5,20 5,13 4,19 1,01 1,02 1,04 3,13 26 12,99 11,74 10,83 10,83 152 445 346 55 12,36 12,32 12,35 12,29 1,01 1,01 1,02 2,80 28 17,48 16,46 13,61 13,61 145 440 346 70 18,28 18,16 18,67 18,61 1,00 1,00 1,00 2,34 30 21,92 19,49 14,67 14,67 142 434 343 85 23,59 23,97 23,45 23,53 1,01 1,01 1,00 2,25

FI – UNAM 97

Conclusiones

En la Figura 5.22, en la gráfica correspondiente al jitter, se observa una clara diferencia del valor que tiene éste dependiendo de la clase de servicio asociada a la conexión. Durante todo el intervalo de medición, BE muestra el jitter más grande, con un valor ligeramente inferior a BE se ubican nrtPS y rtPS, mientras que UGS muestra un comportamiento que se mantiene con un valor muy cercano al cero durante todo el intervalo, incluso cuando alrededor de 22 circuitos las otras tres clases de servicio experimentan un fuerte aumento en el valor del jitter.

Hablando del retardo obtenido (One-Way-Delay), el comportamiento observado es un poco más complejo. Si bien UGS sigue mostrando el mejor desempeño al mantenerse hasta 33 circuitos alrededor de los 50ms y posteriormente subir gradualmente cerca de los 100ms, las otras clases de servicio se comportan de forma irregular. nrtPS y rtPS tienen la misma tendencia al iniciar con valores pequeños de retardo y, alrededor de 8 y 6 circuitos respectivamente, experimentan un fuerte incremento que llega hasta 500ms en el caso de nrtPS. El comportamiento más complejo lo muestra BE, el cual comienza con un valor cercano a los 400ms y después baja hasta 180ms en 14 circuitos y continúa bajando para terminar con un valor cercano a los 140ms en 30 circuitos.

En el caso de Packet-Loss se presenta el mismo comportamiento para todas las clases de servicio, un valor constante de cero hasta 22 circuitos y a partir de este punto un rápido crecimiento hasta alcanzar casi un 25% de pérdida de paquetes para 30 circuitos.

Se debe distinguir la diferencia entre ésta pérdida de paquetes y aquella reportada en la sección 5.1.5, mientras que la primera se debe principalmente a pérdidas por buffer, la segunda reportó únicamente las pérdidas por errores en la interfaz WiMAX.

Finalmente, en la gráfica del MOS se observa un mejor comportamiento de la clase UGS durante todo el intervalo de medición, ya que se mantiene un valor de MOS de 4.38 hasta 22 circuitos, para después caer hasta 2.25 en 30 circuitos. El resto de las clases tienen un comportamiento más pobre, sobresaliendo rtPS, el cual tiene un valor de MOS cercano a 3.3 en la mayor parte del intervalo de medición.