[논문 리뷰] Simulation and Analysis of Quality of Service (QoS) Parameters of Voice over IP (VoIP) Traffic through Heterogeneous Networks

Mahdi H. Miraz, Suhail A. Molvi외 3명|SSRN Electronic Journal|2017. 08. 01.

Advanced Wireless Network Optimization인용 수 11

한 줄 요약

이 논문은 OPNET를 사용하여 이종 네트워크(WiFi, WiMAX)를 통해 VoIP 트래픽의 QoS 파라미터—지터, 엔드 투 엔드 지연, MOS—를 시뮬레이션하고 분석한다. 결과적으로 WiFi-WiMAX 핸드오버 시나리오에서는 독립형 WiFi보다 더 높은 지터와 지연이 발생하며, MOS 저하로 인해 음성 품질이 눈에 띄게 떨어지는 것으로 나타나, 다중 네트워크 기반 VoIP 구현에서 QoS 최적화의 필요성을 강조한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 이종 네트워크에서 VoIP 성능에 영향을 미치는 핵심 QoS 파라미터를 규명하고 분석하기.
• 예를 들어 WiFi에서 WiMAX로의 네트워크 전환과 같은 영향을 VoIP 품질 지표에 미치는 영향 평가하기.
• 내부 및 이종 네트워크 VoIP 트래픽 중 지터, 엔드 투 엔드 지연, MOS의 저하 정도 조사하기.
• 다중 네트워크 기반 VoIP 환경에서 QoS 열화를 완화하기 위한 최적화 전략 제안하기.
• 혼합 네트워크 인fra에서 실시간 음성 품질을 기반으로 한 시뮬레이션 기반 평가 제공하기.

제안 방법

• OPNET 시뮬레이션 도구를 사용하여 WiFi 및 WiMAX를 포함한 이종 네트워크 환경을 모델링한다.
• VoIP 트래픽을 생성하고 단일 및 이중 네트워크 시나리오를 포함한 다양한 네트워크 구성으로 라우팅한다.
• 시뮬레이션 동안 지터, 엔드 투 엔드 지연, 평균 의견 점수(MOS)와 같은 핵심 QoS 지표를 모니터링하고 기록한다.
• WiFi와 WiMAX 간의 네트워크 핸드오버 시나리오를 시뮬레이션하여 성능 열화를 평가한다.
• 다양한 트래픽 부하 및 네트워크 조건에서 성능을 평가하여 QoS 일관성 평가한다.
• 다양한 네트워크 토폴로지 간의 QoS 파라미터 비교를 위해 시뮬레이션 출력의 통계 분석을 수행한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 VoIP 성능은 독립형 WiFi와 비교해 이종 네트워크인 WiFi-WiMAX를 통과할 때 어떻게 달라지나?
• RQ2 네트워크 핸드오버가 VoIP 트래픽의 지터와 엔드 투 엔드 지연에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 다중 네트워크 기반 VoIP 시나리오에서 평균 의견 점수(MOS)는 어느 정도 저하되는가?
• RQ4 대역폭과 네트워크 유형은 이종 VoIP 배포 환경에서 QoS 파라미터에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 이종 VoIP 네트워크에서 QoS 열화를 효과적으로 완화할 수 있는 최적화 전략은 무엇인가?

주요 결과

• WiFi-WiMAX 네트워크를 통해 전달되는 VoIP 트래픽의 평균 지터는 독립형 WiFi보다 높았으며, 패킷 타이밍의 불안정성을 나타낸다.
• 엔드 투 엔드 지연 값은 기대치보다 뚜렷이 높았으며, 특히 네트워크 간 핸드오버 시점에서 두드러졌다.
• 평균 의견 점수(MOS)는 상당히 감소하여 인식되는 음성 품질의 눈에 띄는 저하를 시사한다.
• WiMAX의 높은 대역폭에도 불구하고, WiFi-WiMAX 병합 시나리오는 더 나은 QoS를 제공하지 못했으며, 이는 핸드오버 또는 자원 할당의 비효율성을 시사한다.
• 시뮬레이션 결과는 네트워크 이질성이 지터 및 지연 측면에서 측정 가능한 QoS 열화를 유발한다는 것을 확인한다.
• 본 연구는 이종 네트워크 환경에서 수용 가능한 음성 품질을 유지하기 위해 능동적인 QoS 최적화 메커니즘이 필요하다고 규명한다.