Study of voice quality in IP networks

Resumo: Este trabalho descreve o estudo da qualidade de voz em redes IP a partir de uma revisão dos protocolos e mecanismos relativos a qualidade de serviço (QoS) e os aspectos do impacto sistêmico na presença ou ausência destes; revisão dos diversos métodos de avaliação da qualidade da voz com ênfase nos métodos automáticos (objetivos e repetitivos) para auxiliar na análise dos efeitos na voz dos diversos fatores presentes em uma rede de pacotes, tais como perda de pacote, atraso e jitter, bem como a própria codificação da voz em baixas taxas; revisão dos principais protocolos de sinalização utilizados para implementação de voz sobre IP (VoIP) ou telefonia sobre IP, evidenciando-se seus pontos fortes e fracos com relação a facilidade de implementação, extensibilidade e adequabilidade para várias aplicações de rede e qualidade de serviço (QoS) e realização de testes em redes IP simulada e experimental. O principal objetivo é a caracterização do serviço de voz em redes IP levando-se em consideração os efeitos dos fatores de rede e gateway no tempo de estabelecimento de uma chamada (conexão) e na qualidade da voz. Para simulação da rede IP foi utilizado o software Cloud da Shunra onde é possível tratar, de forma isolada, a influência da perda de pacote, do atraso fixo, do atraso variável (jitter), bem como do efeito conjunto da perda de pacote e jitter. Soluções a tais efeitos são investigadas em testes experimentais. Resultados de simulações sistêmicas são apresentados e discutidos. As degradações na voz devidas a tais efeitos são avaliadas e um método prático para solucionar é testado. Os resultados experimentais demonstram a viabilidade técnica da utilização da voz sobre IP (ou telefonia IP) pelos provedores de serviço, bem como pelas corporações privadas, podendo trafegar voz e dados em uma mesma rede convergente IP.Abstract: This work describes the study of voice quality in IP networks based on a revision of quality of service (QoS) protocols and mechanisms and aspects of the system impact associated with the presence or absence of them; revision of the diverse evaluation methods of voice quality with emphasis in the automatic methods (objective and repetitive) used to analyze the effects in the voice due to diverse factors presented in packet networks, such as packet loss, delay and jitter, as well as the proper voice coding at low rate; revision of the main protocols of signalling for implementation of voice over IP (VoIP) or IP telephony, considering its strong and weak points with regard to implementation facility, scalability and adequacy for some network applications and quality of service (QoS) and accomplishment of tests in simulated and experimental IP networks. The main objective is the characterization of voice service in IP networks taking into account the effect of the network factors in call set-up (connection) and in voice quality . For the simulation of the IP network the Shunra?s Cloud software was used where it is possible to deal with, in isolated form, the influence of packet loss, fixed delay, delay variation ( jitter), as well as the composed effect of packet loss and jitter. Solutions to such effects are investigated in experimental tests. Results of system simulations are presented and discussed. Degradations in voice due to such effects are evaluated and a practical method to solve them is considered. The experimental results demonstrate the technical feasibility of using voice over IP (or IP telephony) by service providers, as well as private corporations being able to forward voice and data over the same converged IP network