A methodology for obtaining More Realistic Cross-Layer QoS Measurements in mobile networks: A VoIP over LTE Use Case

Los servicios de voz han sido durante mucho tiempo la primera fuente de ingresos para los operadores móviles. Incluso con el protagonismo creciente del tráfico de datos, los servicios de voz seguirán jugando un papel importante y no desaparecerán con la transición a redes basadas en el protocolo IP. Por otra parte, hace años que los principales actores en la industria móvil detectaron claramente que los usuarios no aceptarían una degradación en la calidad de los servicios de voz. Es por esto que resulta crítico garantizar la experiencia de usuario (QoE) en la transición a redes de nueva generación basadas en conmutación de paquetes. El trabajo realizado durante esta tesis ha buscado analizar el comportamiento y las dependencias de los diferentes servicios de Voz sobre IP (VoIP), así como identificar configuraciones óptimas, mejoras potenciales y metodologías que permitan asegurar niveles de calidad aceptables al mismo tiempo que se trate de minimizar los costes. La caracterización del rendimiento del tráfico de datos en redes móviles desde el punto de vista de los usuarios finales es un proceso costoso que implica la monitorización y análisis de un amplio rango de protocolos y parámetros con complejas dependencias. Para abordar desde la raíz este problema, se requiere realizar medidas que relacionen y correlen el comportamiento de las diferentes capas. La metodología de caracterización propuesta en esta tesis proporciona la posibilidad de recoger información clave para la resolución de problemas en las comunicaciones IP, relaciolándola con efectos asociados a la propagación radio, como cambios de celda o pérdida de enlaces, o con carga de la red y limitaciones de recursos en zonas geográficas específicas. Dicha metodología se sustenta en la utilización de herramientas nativas de monitorización y registro de información en smartphones, y la aplicación de cadenas de herramientas para la experimentación extensiva tanto en redes reales y como en entornos de prueba controlados. Con los resultados proporcionados por esta serie de herramientas, tanto operadores móviles y proveedores de servicio como desarrolladores móviles podrían ganar acceso a información sobre la experiencia real del usuario y sobre cómo mejorar la cobertura, optimizar los servicios y adaptar el funcionamiento de las aplicaciones y el uso de protocolos móviles basados en IP en este contexto. Las principales contribuciones de las herramientas y métodos introducidos en esta tesis son los siguientes: - Una herramienta de monitorización multicapa para smartphones Android, llamada TestelDroid, que permite la captura de indicadores clave de rendimiento desde el propio equipo de usuario. Asimismo proporciona la capacidad de generar tráfico de forma activa y de verificar el estado de alcanzabilidad del terminal, realizando pruebas de conectividad. - Una metodología de post-procesado para correlar la información presente en las diferentes capas de las medidas realizadas. De igual forma, se proporciona la opción a los usuarios de acceder directamente a la información sobre el tráfico IP y las medidas radio y de aplicar metodologías propias para la obtención de métricas. - Se ha realizado la aplicación de la metodología y de las herramientas usando como caso de uso el estudio y evaluación del rendimiento de las comunicaciones basadas en IP a bordo de trenes de alta velocidad. - Se ha contribuido a la creación de un entorno de prueba realista y altamente configurable para la realización de experimentos avanzados sobre LTE. - Se han detectado posibles sinergias en la utilización de instrumentación avanzada de I+D en el campo de las comunicaciones móviles, tanto para la enseñanza como para la investigación en un entorno universitario

VOIP WITH ADAPTIVE RATE IN MULTI- TRANSMISSION RATE WIRELESS LANS

“Voice over Internet Protocol (VoIP)” is a popular communication technology that plays a vital role in term of cost reduction and flexibility. However, like any emerging technology, there are still some issues with VoIP, namely providing good Quality of Service (QoS), capacity consideration and providing security. This study focuses on the QoS issue of VoIP, specifically in “Wireless Local Area Networks (WLAN)”. IEEE 802.11 is the most popular standard of wireless LANs and it offers different transmission rates for wireless channels. Different transmission rates are associated with varying available bandwidth that shall influence the transmission of VoIP traffic

Parallel task in Subjective Audio Quality and Speech Intelligibility Assessments

Tato disertační práce se zabývá subjektivním testováním jak kvality řeči, tak i srozumitelnosti řeči, prozkoumává existující metody, určuje jejich základní principy a podstaty a porovnává jejich výhody a nevýhody. Práce také porovnává testy z hlediska různých parametrů a poskytuje moderní řešení pro již existující metody testování. První část práce se zabývá opakovatelností subjektivních testování provedených v ideálních laboratorních podmínkách. Takové úlohy opakovatelnosti se provádí použitím Pearsonové korelace, porovnání po párech a jinými matematickými analýzami. Tyto úlohy dokazují správnost postupů provedených subjektivních testů. Z tohoto důvodu byly provedeny čtyři subjektivní testy kvality řeči ve třech různých laboratořích. Získané výsledky potvrzují, že provedené testy byly vysoce opakovatelné a testovací požadavky byly striktně dodrženy. Dále byl proveden výzkum pro ověření významnosti subjektivních testování kvality řeči a srozumitelnosti řeči v komunikačních systémech. Za tímto účelem bylo analyzováno více než 16 miliónů záznamů živých hovorů přes VoIP telekomunikační sítě. Výsledky potvrdily základní předpoklad, že lepší uživatelská zkušenost působí delší trvání hovorů. Kromě dosažených hlavních výsledků však byly učiněny další důležité závěry. Dalším krokem disertační práce bylo prozkoumat techniku paralelních zátěží, existující přístupy a jejich výhody a nevýhody. Ukázalo se, že většina paralelních zátěží používaných v testech byla buď fyzicky, nebo mentálně orientovaná. Jelikož subjekty ve většině případů nejsou stejně fyzicky nebo mentálně zdatní, jejich výkony během úkolů nejsou stejné, takže výsledky nelze správně porovnat. V této disertační práci je navržen nový přístup, kdy jsou podmínky pro všechny subjekty stejné. Tento přístup představuje celou řadu úkolů, které zahrnují kombinaci mentálních a fyzických zátěží (simulátor laserové střelby, simulátor řízení auta, třídění předmětů apod.). Tyto metody byly použity v několika subjektivních testech kvality řeči a srozumitelnosti řeči. Závěry naznačují, že testy s paralelními zátěží mají realističtější výsledky než ty, které jsou prováděny v laboratorních podmínkách. Na základě výzkumu, zkušeností a dosažených výsledků byl Evropskému institutu pro normalizaci v telekomunikacích předložen nový standard s přehledem, příklady a doporučeními pro zajištění subjektivních testování kvality řeči a srozumitelnosti řeči. Standard byl přijat a publikován pod číslem ETSI TR 103 503.This thesis deals with the subjective testing of both speech quality and speech intelligibility, investigates the existing methods, record their main features, as well as advantages and disadvantages. The work also compares different tests in terms of various parameters and provides a modern solution for existing subjective testing methods. The first part of the research deals with the repeatability of subjective speech quality tests provided in perfect laboratory conditions. Such repeatability tasks are performed using Pearson correlations, pairwise comparison, and other mathematical analyses, and are meant to prove the correctness of procedures of provided subjective tests. For that reason, four subjective speech quality tests were provided in three different laboratories. The obtained results confirmed that the provided tests were highly repeatable, and the test requirements were strictly followed. Another research was done to verify the significance of speech quality and speech intelligibility tests in communication systems. To this end, more than 16 million live call records over VoIP telecommunications networks were analyzed. The results confirmed the primary assumption that better user experience brings longer call durations. However, alongside the main results, other valuable conclusions were made. The next step of the thesis was to investigate the parallel task technique, existing approaches, their advantages, and disadvantages. It turned out that the majority of parallel tasks used in tests were either physically or mentally oriented. As the subjects in most cases are not equally trained or intelligent, their performances during the tasks are not equal either, so the results could not be compared correctly. In this thesis, a novel approach is proposed where the conditions for all subjects are equal. The approach presents a variety of tasks, which include a mix of mental and physical tasks (laser-shooting simulator, car driving simulator, objects sorting, and others.). Afterward, the methods were used in several subjective speech quality and speech intelligibility tests. The results indicate that the tests with parallel tasks have more realistic values than the ones provided in laboratory conditions. Based on the research, experience, and achieved results, a new standard was submitted to the European Telecommunications Standards Institute with an overview, examples, and recommendations for providing subjective speech quality and speech intelligibility tests. The standard was accepted and published under the number ETSI TR 103 503

Chapter Evaluation of QoS and QoE in Mobile WIMAX – Systematic Approach

Space scienc

The Bits of Silence : Redundant Traffic in VoIP

Human conversation is characterized by brief pauses and so-called turn-taking behavior between the speakers. In the context of VoIP, this means that there are frequent periods where the microphone captures only background noise – or even silence whenever the microphone is muted. The bits transmitted from such silence periods introduce overhead in terms of data usage, energy consumption, and network infrastructure costs. In this paper, we contribute by shedding light on these costs for VoIP applications. We systematically measure the performance of six popular mobile VoIP applications with controlled human conversation and acoustic setup. Our analysis demonstrates that significant savings can indeed be achievable - with the best performing silence suppression technique being effective on 75% of silent pauses in the conversation in a quiet place. This results in 2-5 times data savings, and 50-90% lower energy consumption compared to the next better alternative. Even then, the effectiveness of silence suppression can be sensitive to the amount of background noise, underlying speech codec, and the device being used. The codec characteristics and performance do not depend on the network type. However, silence suppression makes VoIP traffic network friendly as much as VoLTE traffic. Our results provide new insights into VoIP performance and offer a motivation for further enhancements, such as performance-aware codec selection, that can significantly benefit a wide variety of voice assisted applications, as such intelligent home assistants and other speech codec enabled IoT devices.Peer reviewe

Evaluation of QoS and QoE in Mobile WIMAX – Systematic Approach

Space scienc

Analysing the characteristics of VoIP traffic

In this study, the characteristics of VoIP traffic in a deployed Cisco VoIP phone system and a SIP based soft phone system are analysed. Traffic was captured in a soft phone system, through which elementary understanding about a VoIP system was obtained and experimental setup was validated. An advanced experiment was performed in a deployed Cisco VoIP system in the department of Computer Science at the University of Saskatchewan. Three months of traffic trace was collected beginning October 2006, recording address and protocol information for every packet sent and received on the Cisco VoIP network. The trace was analysed to find out the features of Cisco VoIP system and the findings were presented.This work appears to be one of the first real deployment studies of VoIP that does not rely on artificial traffic. The experimental data provided in this study is useful for design and modeling of such systems, from which more useful predictive models can be generated. The analysis method used in this research can be used for developing synthetic workload models. A clear understanding of usage patterns in a real VoIP network is important for network deployment and potential network activities such as integration, optimizations or expansion. The major factors affecting VoIP quality such as delay, jitter and loss were also measured and simulated in this study, which will be helpful in an advanced VoIP quality study. A traffic generator was developed to generate various simulated VoIP traffic. The data used to provide the traffic model parameters was chosen from peak traffic periods in the captured data from University of Saskatchewan deployment. By utilizing the Traffic Trace function in ns2, the simulated VoIP traffic was fed into ns2, and delay, jitter and packet loss were calculated for different scenarios. Two simulation experiments were performed. The first experiment simulated the traffic of multiple calls running on a backbone link. The second experiment simulated a real network environment with different traffic load patterns. It is significant for network expansion and integration