Publication: İnternet protokolü üzerinden ses iletiminde ses kodlayıcılarının servis kalitesine etkisinin simulatör ile analizi ve değerlendirilmesi
Abstract
İNTERNET PROTOKOLÜ ÜZERİNDEN SES İLETİMİNDE SES KODLAYICILARININ SERVİS KALİTESİNE ETKİSİNİN SİMULATÖR İLE ANALİZİ ve DEĞERLENDİRİLMESİ Günümüzde, veri ağlarındaki teknolojik yenilikler ve veri aktarım hızlarındaki artış ile mevcut ağ alt yapısında yeni teknolojiler ve uygulamalar ile hizmet verilmektedir. Bu yeni uygulamalardan biri olan İnternet Protokolü Üzerinden Ses Haberleşmesi, ses paketlerinin veri şebekeleri üzerinden iletimine izin veren ve hızla gelişmekte olan bir teknoloji halini almıştır. Mevcut devre anahtarlamalı ağlar üzerinden sunulan telefon haberleşmesi, verimsiz band genişliği kullanımı ve yüksek maliyetlerin getirdiği olumsuzluklar nedeniyle, veri ağları üzerinden sunulan İnternet Protokolü Üzerinden Ses Haberleşmesi uygulamasına geçilmektedir. İnternet protokolü üzerinden ses iletimi, ses iletiminin geleneksel devre anahtarlamalı haberleşme servislerinde kullanılan şebeke üzerinden iletilmesi yerine bilgi trafiğinin aktarılması için kullanılan paket anahtarlamalı ağlar üzerinden iletildiği bir teknolojidir. Sesin internet protokolü üzerinden iletilmesi, ses verisinin sayısallaştırılması ve kodlanması ile başlamaktadır. Kodlanan ses paketleri, paket anahtarlamalı ağlardan iletilebilmeleri için küçük ses paketlerine bölünürler. En temel seviyede VoIP teknolojileri, analog ses sinyallerini dijital formata dönüştürerek veri ağlarının üzerinden yönlendirilmesini sağlar. Bu sayede tek bir veri ağı üzerinden tümleşik olarak veri, ses ve video uygulamaları iletilebilir hale gelmiştir. Paketlerin iletiminde devre anahtarlamalı şebekelerde olduğu gibi bir yol kurulumu olmadığından her bir ağ noktasında paket, başlık bilgilerine göre yönlendirirler. Fakat bu ağ noktalarındaki yoğunluk veya tıkanıklık bazı ses paketlerinin hedefteki alıcıya gecikmeye maruz kalarak ulaşmasına neden olur. Ses iletişimi gibi gerçek-zamanlı uygulamalar, uçtan uca gecikme ve gecikmedeki varyasyona oldukça duyarlıdır ve garanti edilmiş bir servis kalitesi gerektirir. Bu tezin amacı, İnternet Protokolü üzerinden ses iletiminde sesin kaliteli ve kesintisiz bir şekilde iletilmesi için ses kodlayıcıların servis kalitesi üzerinde etkisinin simulatör ile gerçeklenerek analizidir. Bu çalışmada, servis kalitesine etki eden band genişliği, gecikme, gecikme varyasyonu gibi parametrelerin farklı ses kodlayıcı seçimi ile servis kalitesine etkisi incelenmiş, matematiksel yaklaşımlarla analiz edilmiştir. Bu analizler sonucunda arka plan trafiği bulunan bir ağda, farklı ses kodlayıcıları kullanıldığında desteklenebilecek çağrı sayıları belirlenmiştir. Bu tez çalışmasının ilk bölümünde İnternet Protokolü üzerinden ses haberleşmesi ile ilgili verilmiştir. Çalışmanın ikinci bölümünde İnternet Protokolü üzerinden ses haberleşme teknolojinin genel yapısı, kullanılan protokoller ve mimariler, senaryo örnekleri, ses kalitesine etki eden faktörler ve bu faktörlerin matematiksel analizi, kodlama teknikleri ve ses kodlayıcıları incelenmiştir. Çalışmanın üçüncü bölümünde, Opnet Modeler simülasyon kullanılarak gerçek bir yerel alan ağındaki mevcut veri ve ses trafiği üç farklı senaryo oluşturularak simule edilmiştir. İlk senaryoda gerçek bir kampus veri ağı trafiği simule edilmiştir. İkinci senaryoda bu veri trafiği ile eş zamanlı çalışan, G.711 ses kodlayıcı kullanılarak üretilen ses trafiği simule edilmiştir. Üçüncü senaryoda da G. 729 ses kodlayıcı kullanılarak ses ve veri trafikleri eş zamanlı olarak simule edilmiştir. Dördüncü bölümde, üçüncü bölümde oluşturulan simülasyon sonuçları üzerinde ayrıntılı olarak durulmuştur. Beşinci bölümde, simülasyon sonuçları ve farklı ses kodlayıcıları kullanımı ile servis kalitesine etki eden parametreler incelenmiş ve bu faktörleri iyileştirmek için öneriler sunulmuştur.
ANALYSES AND EVALUATION OF THE AFFECT OF VOICE CODECS ON QUALITY OF SERVICE OF VOICE OVER INTERNET PROTOCOL WITH AN SIMULATOR Nowadays, with the improvements in the data networks and increase in the data transfer rates, new technologies and applications are used to offer service on the current network infrastructure. One of these new applications, Voice over Internet Protocol, has become a technology which allows the voice packet to be transmitted over data networks and is rapidly improving. Due to the inefficient bandwidth usage and the negative impacts of the high cost, the telephone communication which is currently being served through the circuit switched networks is being transferred to the Voice Over Internet Protocol application. Voice Over Internet Protocol (VOIP), is a technology where the transfer of voice is performed over the packet switched networks which are used to conduct data traffic, instead of the networks which are used for traditional circuit switched communication platforms. VOIP technologies basically enables the forwarding of analog voice signals over data networks after and by converting them to digital format. Thus, data, voice and video applications have been able to be transferred over a single data network as unified packets. Since there is no physical path as in the circuit switched networks, the voice packets are directed at each network point according to their headers. However due to the heavy traffic and blockages at some of the network points, the voice packets reach to the far end with delay. The real time applications like voice communication are very sensitive to the end to end latency and the variation of the latency, therefore it requires a quaranteed service quality. Thereby, the purpose of this thesis is the analysis of the parameters required for the transmission of the voice data of high quality seamlessly over Internet Protocol (IP) for Voice communication. In this study, parameters like the bandwitdh affecting service quality, latency, packet loss and Voice codec choice were examined and analyzed via mathematical approaches. At the end of these analysis, the number of calls that would be supported when different voice codecs are used in a network with background traffic was identified. In the first chapter of this thesis, general information on Voice over Internet Protocol (IP) is provided. The second chapter examines the general structure of the Voice over IP technology, the protocols and architectures used, the call scenario examples, factors affecting voice quality and the mathematical analysis of these factors, encoding techniques and voice codecs. In the third chapter, the current voice and data traffic in a real Local Area Network were simulated by forming three different scenarios with the Opnet Modeler simulation program. In the first scenario, the simulation of a real campus data network traffic was performed. In the second scenario, the voice traffic which is produced by using G.711 voice codec working simultaenously with this data traffic was simulated. The third was formed by using G729 voice codec, respectively, and the simultaneous voice and data traffics were simulated. Chapter four analyzes the simulation results produced in Chapter three in details. In chapter five and six, the simulation results were analyzed in conjunction with the parameters affecting service quality and recommendations were proposed to improve these factors.
ANALYSES AND EVALUATION OF THE AFFECT OF VOICE CODECS ON QUALITY OF SERVICE OF VOICE OVER INTERNET PROTOCOL WITH AN SIMULATOR Nowadays, with the improvements in the data networks and increase in the data transfer rates, new technologies and applications are used to offer service on the current network infrastructure. One of these new applications, Voice over Internet Protocol, has become a technology which allows the voice packet to be transmitted over data networks and is rapidly improving. Due to the inefficient bandwidth usage and the negative impacts of the high cost, the telephone communication which is currently being served through the circuit switched networks is being transferred to the Voice Over Internet Protocol application. Voice Over Internet Protocol (VOIP), is a technology where the transfer of voice is performed over the packet switched networks which are used to conduct data traffic, instead of the networks which are used for traditional circuit switched communication platforms. VOIP technologies basically enables the forwarding of analog voice signals over data networks after and by converting them to digital format. Thus, data, voice and video applications have been able to be transferred over a single data network as unified packets. Since there is no physical path as in the circuit switched networks, the voice packets are directed at each network point according to their headers. However due to the heavy traffic and blockages at some of the network points, the voice packets reach to the far end with delay. The real time applications like voice communication are very sensitive to the end to end latency and the variation of the latency, therefore it requires a quaranteed service quality. Thereby, the purpose of this thesis is the analysis of the parameters required for the transmission of the voice data of high quality seamlessly over Internet Protocol (IP) for Voice communication. In this study, parameters like the bandwitdh affecting service quality, latency, packet loss and Voice codec choice were examined and analyzed via mathematical approaches. At the end of these analysis, the number of calls that would be supported when different voice codecs are used in a network with background traffic was identified. In the first chapter of this thesis, general information on Voice over Internet Protocol (IP) is provided. The second chapter examines the general structure of the Voice over IP technology, the protocols and architectures used, the call scenario examples, factors affecting voice quality and the mathematical analysis of these factors, encoding techniques and voice codecs. In the third chapter, the current voice and data traffic in a real Local Area Network were simulated by forming three different scenarios with the Opnet Modeler simulation program. In the first scenario, the simulation of a real campus data network traffic was performed. In the second scenario, the voice traffic which is produced by using G.711 voice codec working simultaenously with this data traffic was simulated. The third was formed by using G729 voice codec, respectively, and the simultaneous voice and data traffics were simulated. Chapter four analyzes the simulation results produced in Chapter three in details. In chapter five and six, the simulation results were analyzed in conjunction with the parameters affecting service quality and recommendations were proposed to improve these factors.