[论文解读] 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 11

一句话总结

本论文通过OPNET仿真分析了在异构网络（WiFi、WiMAX）中语音通信（VoIP）的QoS参数——抖动、端到端延迟和MOS。结果表明，与独立的WiFi网络相比，WiFi-WiMAX切换场景下的抖动和延迟更高，MOS下降表明语音质量明显下降，凸显了在多网络VoIP部署中进行QoS优化的必要性。

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.

研究动机与目标

• 识别并分析影响异构网络中VoIP性能的关键QoS参数。
• 评估网络切换（如从WiFi切换到WiMAX）对VoIP质量度量的影响。
• 研究在系统内和系统间VoIP通信过程中抖动、端到端延迟和MOS的退化情况。
• 提出优化策略，以减轻多网络VoIP环境中QoS的劣化。
• 基于仿真评估混合网络基础设施中实时语音质量。

提出的方法

• 使用OPNET仿真工具构建包含WiFi和WiMAX的异构网络环境。
• 生成VoIP流量并将其通过各种网络配置进行路由，包括单网络和双网络场景。
• 在仿真过程中监控并记录关键QoS指标——抖动、端到端延迟和平均意见得分（MOS）。
• 模拟WiFi与WiMAX之间的网络切换场景，以评估性能劣化情况。
• 在不同流量负载和网络条件下评估性能，以检验QoS的一致性。
• 对仿真输出进行统计分析，比较不同网络拓扑下的QoS参数。

实验结果

研究问题

• RQ1 与独立的WiFi网络相比，VoIP在WiFi-WiMAX异构网络中性能如何变化？
• RQ2 网络切换对VoIP流量中抖动和端到端延迟有何影响？
• RQ3 在多网络VoIP场景中，平均意见得分（MOS）的劣化程度如何？
• RQ4 带宽和网络类型如何影响异构VoIP部署中的QoS参数？
• RQ5 哪些优化策略能有效缓解异构VoIP网络中的QoS劣化？

主要发现

• 在WiFi-WiMAX网络中，VoIP流量的平均抖动高于独立WiFi网络，表明数据包到达时间不稳定。
• 端到端延迟值显著高于预期，尤其是在网络间切换期间。
• 平均意见得分（MOS）明显降低，表明感知语音质量显著下降。
• 尽管WiMAX带宽更高，但WiFi-WiMAX组合场景并未带来更好的QoS，表明切换或资源分配存在效率问题。
• 仿真结果证实，网络异构性导致可测量的QoS劣化，尤其体现在抖动和延迟方面。
• 本研究指出，需要采用主动的QoS优化机制，以在异构网络环境中维持可接受的语音质量。