Improving VoIP Quality Through Path Switching 总结

【文章引用】

Tao S, Xu K, Estepa A, et al. Improving VoIP quality through path switching[C]//INFOCOM 2005. 24th Annual Joint Conference of the IEEE Computer and Communications Societies. Proceedings IEEE. IEEE, 2005, 4: 2268-2278.

【下载链接】

http://repository.upenn.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=1139&context=ese_papers

【文章简介】

文章利用Internet上End-to-end可能存在不同路径，可以通过选择最优路径优化VoIP语音质量的问题。通过网络仿真和真实网络测试，文章验证了该算法的有效性，但是也存在这ASP部署等问题。

为了提高VoIP通话质量，可以考虑给VoIP数据包添加标记并对该数据包进行特殊处理。但是该方法需设计到数据包的格式以及路由器的部署等问题，并不具有可行性。为此文章提出一种不需要对现有网络结构进行大规模改动的方法：考虑到End-to-End可以有不同的路径，只要能一条路径的网络质量有保证，通话质量就能得到保证。但是目前End-to-End路径的选择方法并不多，有一些商业实现方式。而文章通过ASP gateway，即application-driven path switching gateway实现。ASP同时连接不同ISP，ASP可以自动选择ISP出口，自动选择End-to-End路径。ASP系统的整体实现包括：

1.     网络路径参数的测量

2.     网络参数和通话质量的映射

3.     网络路径的选择

4.     ASP的部署方式

下面对上述操作依次进行简单介绍。

注：

文章提到Skype采用了类似的做法，但是并没有提到具体的方法

ASP包括三部分，path probe/Application Path Quality Estimator/Packet Forward而，分别用于网络状况监测，网络参数-通话质量的映射方式以及数据包的转发单元。

【网络路径的测量】

在ASP通过不同ISP中以每隔20ms发送大小为50Byte的数据包，并在接收端ASP接收并计算丢包率、延时等参数。

【网络参数-通话质量的映射】

通过E-Model实现，根据Path Probe进行测量得到的丢包率和延时，通过E-Model即可求出每条路径的质量。

E-Mode的质量计算公式如下：

R = R0 - Is - Ie - Id + A

在简化状态下可以简化为

R = 94.2 - Ie - Id

其中

Ie  = gama1 + gama2×ln(1+gama3*e)

e 为丢包率，包括网络丢包率和buffer的丢包；

上述的gama1，gama2，gama3在不同的语音编码下取值不同。

Id = 0.024d+0.11×max(d-177.3, 0)

d 为延时，包括网络延时，编码延时以及buffer延时；

可以看出，对于Path Prober发出的数据包，实际并不能完全计算出丢包和延时（Path Prober并不能模拟buffer部分），所以假设buffer长度为

L_{buffer} = argmax_{l}(R)

最终求出网络质量R

【网络路径的选择】

ASP实时测量不同路径的质，计算每个时间片内的质量，并根据链路质量进行路径选择。如果当前存在链路质量超出当前链路质量一定阈值，则选择切换链路。

切换链路有可能带来通话质量的波动，包括：新链路/旧链路延时的改变可能会导致缓冲区underflow或者overflow。但是这些在具有自适应机制的buffer下影响会小很多。

【实验结果】

经过对模拟网络状况和实际网络进行测试，表明链路选择算法具有逼近理想结果的质量。

 

【 总结】

虽然通过不同ISP进行的ASP可以实现路径的选择，但是实际上只有在不同ASP下的中断才能够进行上述操作，如果要覆盖全网，则需要在靠近终端的位置部署很多ASP，这个在实际操作中同样有很大难度。