[論文レビュー] Simulation and Analysis of Quality of Service (QoS) Parameters of Voice over IP (VoIP) Traffic through Heterogeneous Networks

Mahdi H. Miraz, Suhail A. Molvi+3 more|SSRN Electronic Journal|Aug 1, 2017

Advanced Wireless Network Optimization被引用数 11

ひとこと要約

この論文では、OPNETを用いて、WiFiおよびWiMAXを含む異種ネットワークにおけるVoIPトラフィックのQoSパラメータ（ジッタ、エンドツーエンド遅延、MOS）をシミュレーションおよび分析している。結果として、スタンドアロンWiFiに比べ、WiFi-WiMAXハンドオーバー環境ではジッタと遅延が高くなることが示され、MOSの低下は音声品質の著しい損失を示唆しており、マルチネットワークVoIP展開におけるQoS最適化の必要性が浮き彫りになった。

ABSTRACT

Identifying those causes and parameters that affect the Quality of Service (QoS) of Voice-over-Internet Protocol (VoIP) through heterogeneous networks such as WiFi, WiMAX and between them are carried out using the OPNET simulation tool. Optimization of the network for both intra- and intersystem traffic to mitigate the deterioration of the QoS are discussed. The average value of the jitter of the VoIP traffic traversing through the WiFi-WiMAX network was observed to be higher than that of utilizing WiFi alone at some points in time. It is routinely surmised to be less than that of transiting across the WiFi network only and obviously higher than passing through the increased bandwidth network of WiMAX. Moreover, both the values of the packet end-to-end delay and the Mean Opinion Score (MOS) were considerably higher than expected. The consequences of this optimization, leading to a solution, which can ameliorate the QoS over these networks are analyzed and offered as the conclusion of this ongoing research.

研究の動機と目的

• 異種ネットワークにおけるVoIPパフォーマンスに影響を与える主要なQoSパラメータを特定・分析すること。
• ネットワーク遷移（例：WiFiからWiMAXへの切り替え）がVoIP品質指標に与える影響を評価すること。
• イントラおよびインターネットワークVoIPトラフィック中のジッタ、エンドツーエンド遅延、およびMOSの劣化を調査すること。
• マルチネットワークVoIP環境におけるQoS劣化を緩和する最適化戦略を提案すること。
• 混合ネットワークインfraストラクチャを介したリアルタイム音声品質のシミュレーションベースの評価を提供すること。

提案手法

• OPNETシミュレーションツールを用いて、WiFiおよびWiMAXを含む異種ネットワーク環境をモデル化する。
• VoIPトラフィックを生成し、単一および二重ネットワークのシナリオを含むさまざまなネットワーク構成にルーティングする。
• シミュレーション中に監視・記録する主要なQoS指標として、ジッタ、エンドツーエンド遅延、および平均意見スコア（MOS）を設定する。
• WiFiとWiMAX間のネットワークハンドオーバー状況をシミュレートし、パフォーマンス劣化を評価する。
• さまざまなトラフィック負荷およびネットワーク状態下でパフォーマンスを評価し、QoSの一貫性を検証する。
• 異なるネットワークトポロジにおけるQoSパラメータの比較を目的とした、シミュレーション出力の統計的分析を実施する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 スタンドアロンWiFiに比べ、WiFi-WiMAX異種ネットワークを通過するVoIPパフォーマンスはどのように変化するか？
• RQ2 ネットワークハンドオーバーがVoIPトラフィックのジッタおよびエンドツーエンド遅延に与える影響は何か？
• RQ3 マルチネットワークVoIPシナリオにおいて、平均意見スコア（MOS）はどの程度劣化するか？
• RQ4 帯域幅およびネットワークタイプは、異種VoIP展開におけるQoSパラメータにどのように影響を与えるか？
• RQ5 異種VoIPネットワークにおけるQoS劣化を効果的に緩和する最適化戦略は何か？

主な発見

• WiFi-WiMAXネットワークを通過するVoIPトラフィックにおける平均ジッタは、スタンドアロンWiFiよりも高かった。これはパケットタイミングの不安定性を示唆している。
• エンドツーエンド遅延値は予想よりも顕著に高く、特にネットワーク間のハンドオーバー時において顕著であった。
• 平均意見スコア（MOS）は著しく低下しており、認識される音声品質の著しい低下を示唆している。
• WiMAXの高い帯域幅にもかかわらず、WiFi-WiMAXの統合シナリオはより良いQoSをもたらさなかった。これは、ハンドオーバーやリソース割り当てに非効率な点があることを示唆している。
• シミュレーション結果から、ネットワークの異種性がジッタおよび遅延において測定可能なQoS劣化を引き起こすことが確認された。
• 本研究では、異種ネットワーク環境における許容可能な音声品質を維持するための能動的QoS最適化メカニズムの必要性が特定された。