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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.3.2009.tde-30032010-153910
Document
Author
Full name
Demóstenes Zegarra Rodríguez
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2009
Supervisor
Committee
Arjona Ramírez, Miguel (President)
Minami, Mario
Violaro, Fábio
Title in Portuguese
Algoritmo para determinação da taxa de transmissão em uma rede IP.
Keywords in Portuguese
Algoritmos
Comunicações digitais
Processamento de voz
Redes de computadores
Redes de comunicações
Abstract in Portuguese
A comunicação de Voz sobre IP (VoIP) vem aumentando com o decorrer do tempo e as redes de comunicação estão se tornando cada vez mais congestionadas, ocasionando perda de pacotes e latência nas redes, prejudicando diretamente a qualidade das comunicações de voz. Neste trabalho, foi estudado em detalhe como a qualidade do sinal de voz transmitido em uma comunicação VoIP é afetada por parâmetros da rede e pelo tipo de codificador utilizado na comunicação. Uma contribuição importante deste trabalho é a apresentação de uma metodologia que serve para predizer o comportamento de um codificador de voz em diferentes cenários de redes. O estabelecimento de um mecanismo de controle que otimize a utilização da rede e ao mesmo tempo garanta a melhor qualidade possível do sinal de voz transmitido vem sendo motivo de pesquisa. O emprego de codificadores multitaxa nas comunicações de voz possibilita a implementação de algoritmos que controlem a comutação destas taxas de codificação baseados em diferentes fatores de decisão como as características do sinal de voz a ser transmitido ou empregando a informação dos parâmetros de rede. Este trabalho apresenta um algoritmo de determinação de taxa de codificação com fator de decisão baseado na qualidade do sinal avaliada no ponto da recepção ou em algum ponto intermediário. Para realização dos testes montou-se um cenário de emulação de rede IP para o estabelecimento de uma chamada VoIP, onde são utilizados codificadores multitaxa (ITU-T G.726 e Speex). Para avaliação da qualidade do sinal de voz foi utilizada a recomendação ITU-T P.563, sendo que o índice MOS obtido no ponto de recepção é transmitido utilizando um laço de transmissão, que forma parte da estrutura do mecanismo de controle apresentado neste trabalho. Este laço de transmissão é implementado via socket sobre uma comunicação UDP. Como as ferramentas utilizadas são todas freeware, o cenário de emulação pode ser facilmente implementado por demais pesquisadores. Os resultados obtidos são confiáveis, já que para cenários onde se mesclam diferentes taxas de codificação, o índice MOS obtido é um valor que está na faixa dos valores obtidos nos cenários onde se utilizou taxa de codificação única. O correto desempenho do mecanismo do RDA também foi verificado, sendo que a qualidade do sinal de voz decresce, o mecanismo de controle no RDA comuta a uma taxa de codificação menor, garantindo o melhor uso do canal de transmissão. Quando os parâmetros da rede passam a melhores condições, o índice MOS do sinal aumenta e o RDA comuta a uma taxa de codificação maior obtendo uma qualidade mais alta na comunicação.
Title in English
Algorithm to transmission rate determination in an IP network.
Keywords in English
Algorithms
Communication networks
Computer networks
Digital communications
Voice processing
Abstract in English
Voice over IP (VoIP) communications are becoming increasingly popular so that data communication networks are ever more prone to degradations like packet losses and rising latency. In this work, it was studied in detail how the quality of the speech signal transmitted in a VoIP communication is affected by parameters of the network and the type of codec used in the communication. An important contribution of this work is to predict the behavior of a speech codec in different network scenarios. The main goal of this research has been the development of an algorithm that constrains rate allocation to a speech communication for best quality according to current network resource availability. The use of multirate codecs in speech communications makes it possible to implement control algorithms for coding rate switching. They are based on speech signal features or network trafic parameters. This work presents an algorithm for the determination of coding rate with decision factor based on speech quality evaluated at the point of reception or intermediate points. For accomplishment of the tests, a scenario of emulation of an IP network for the establishment of a VoIP call was built, where multi-rate codecs are used (ITU-T G.726 and Speex). For evaluation of the quality of the speech signal the Recommendation ITU-T P.563 was used, where the MOS index obtained in the reception is transmitted using a transmission loop, as a part in the control mechanism in the proposed algorithm. This transmission loop consists of a UDP message sent on a socket. As the tools used are all freeware, the simulation scenarios can easily be implemented by other researchers. The results are trustworthy, because for multirate scenarios, the MOS index obtained is a value that is between the ones obtained in the single-rate scenarios. The correct performance of the mechanism of the RDA was also verified, so that when the quality of the signal decreases, the control mechanism in the RDA switches to a lower coding rate, ensuring the best use of the transmission canal. When the parameters of the network drive to best conditions, the MOS index of the signal increases and the RDA decides to switch to a higher coding rate achieving a higher communication quality.
 
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Publishing Date
2010-05-11
 
WARNING: The material described below relates to works resulting from this thesis or dissertation. The contents of these works are the author's responsibility.
  • COAQUIRA BEGAZO, D, Zegarra Rodríguez, D., e ARJONA RAMÍREZ, M. Avaliação de qualidade de vídeo sobre uma rede IP usando métricas objetivas. Revista Iberoamericana de Sistemas, Cibernética e Informática [online], 2011, vol. 8, p. 25-29. Dispon?vel em: http://www.iiisci.org/journal/risci/Abstract.asp?var=&id=HCA940MZ.
  • COAQUIRA BEGAZO, D, Zegarra Rodríguez, D., e ARJONA RAMÍREZ, M. Avaliação de qualidade de vídeo sobre uma rede IP usando métricas objetivas. In Confererencia Iberoamericana en Sistema, Cibernética e Informática CISCI 2011, Orlando, USA, 2011. Memorias CISCI 2011 Décima Conferencia Iberoamericana en Sistemas, Cibernética e Informática.Winter Garden : International Institute of Informatics and Systemics, 2011. Dispon?vel em: http://www.lps.usp.br/~miguel/publica/cisci2011dante.pdf.
  • Zegarra Rodríguez, D., and ARJONA RAMÍREZ, M. VoIP Quality Improvement with a Rate-determination Algorithm. In INTERNATIONAL WORKSHOP ON TELECOMMUNICATIONS, São Paulo, 2009. Proceedings - International Workshop on Telecommunicatios.Santa Rita do Sapucaí : Instituto Nacional de Telecomunicações, 2009.
  • Zegarra Rodríguez, D., Correia, A. L. P., e ARJONA RAMÍREZ, M. Análise de performance dos protocolos WRP, ZRP, AODV e DSR em ambiente móvel sem fio com a implementação de um sistema de cache. In XXVII Simpósio Brasileiro de Telecomunicações SBrT 2009, Blumenau, SC, 2009. Anais do XXVII Simpósio Brasileiro de Telecomunicações.Rio de Janeiro : Sociedade Brasileira de Telecomunicações, 2009. Dispon?vel em: http://www.lps.usp.br/~miguel/publica/sbrt2009_2_57624.pdf.
  • Zegarra Rodríguez, D., e ARJONA RAMÍREZ, M. Avaliação de um Algoritmo de Determinação da Taxa de Codificação baseado na qualidade do sinal de voz em uma rede IP emulada. In XXVII Simpósio Brasileiro de Telecomunicações SBrT 2009, Blumenau, SC, 2009. Anais do XXVII Simpósio Brasileiro de Telecomunicações.Rio de Janeiro : Sociedade Brasileira de Telecomunicações, 2009. Dispon?vel em: http://www.lps.usp.br/~miguel/publica/sbrt2009_3_57596.pdf.
  • Zegarra Rodríguez, D., e ARJONA RAMÍREZ, M. Determinação do comportamento de codificadores em diferentes condições de rede em um cenário experimental. In XXVI Simpósio Brasileiro de Telecomunicações (SBrT''08), Rio de Janeiro, 2008. Anais do XXVI Simpósio Brasileiro de Telecomunicações (SBrT''08).Rio de Janeiro : Sociedade Brasileira de Telecomunicações, 2008. Dispon?vel em: http://www.lps.usp.br/~miguel/publica/sbrt2008_42576.pdf.
  • Zegarra Rodríguez, D., e ARJONA RAMÍREZ, M. Determinação do fator de degradação do codificador do E-model em um cenário de rede experimental. In Confererencia Iberoamericana en Sistema, Cibernética e Informática CISCI 2008, Orlando, USA, 2008. Ponencias CISCI 2008.Florida : International Institute of Informatics and Systemics, 2008. Dispon?vel em: http://www.iiis.org/CDs2008/CD2008CSC/CISCI2008/PapersPdf/C179NE.pdf.
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