Abstract-The nuvarande hest-ansträngning Internet kan inte lätt ge tjänsten garantier som V O W applikationer ofta kräver. Sökväg snitching kan potentiellt ta itu med detta problem utan att kräva nya nätverksmekanismer, helt enkelt hy utnyttja robustheten till prestandavariationer tillgängliga från konnektivitetsalternativ som multi-homing och overlays. I detta dokument utvärderar vi effektiviteten och fördelarna med att byta väg när det gäller att förbättra kvaliteten på VOW-tillämpningar, och visar sin flexibilitet genom att designa och implementera en prototypportway. Vi argumenterar för ett applikationsdrivet system för byte av sökväg som tar hänsyn till både nätverksbanans egenskaper och tillämpningsspecifika faktorer (t.ex. codec-algoritmer, playout buffring schemw)+ Vi utvecklar också en application path quality astimator baserad på ITU-T E-modellen för röstkvalitetsbedömning, och en applikationsdriven algoritm för byte av sökväg som dynamiskt anpassar de tidsskalor över vilka beslut om byte av sökväg fattas för att maximera röstkvaliteten. Genom nätverksemulering och experiment över en bred multi-homed testbädd, visar vi att, med tillräcklig vägmångfald, banbyte kan ge meningsfull förbättringmenb i röstkvalitet. Genom att utnyttja Internets inneboende mångfald är därför applikationsdrivna övergångar ett genomförbart alternativ när det gäller att tillhandahålla tjänster av hög kvalitet till tillämpningar. Konsolideringen av Internet som den faktiska kommunikationsinfrastrukturen, den ökande tillgången till bredband och framväxten av integrerade tillämpningar har alla bidragit till att slutligen driva röst över IP (VoIP) i framkant. VoIP som många andra applikationer i realtid kräver dock minimiservicegarantier som går utöver den bästa ansträngningsstrukturen i dagens IP-nätverk. I synnerhet, även om moderna codecs är kapabla till viss nivå av anpassning och fel döljning, VoIP-kvalitet förblir känslig för prestandanedbrytning i nätverket. Att säkerställa att nätverket kan uppfylla dessa tjänstekrav är. Därför är nyckeln till att VoIP accepteras som valteknik för röstöverföring. Det finns två möjliga tillvägagångssätt för att förverkliga detta mål som kompletterar men förkroppsligar olika perspektiv på hur man levererar servicegarantier. Den första möjligheten är att lägga till mekanismer för differentiering av tjänster i själva nätverket och konfigurera dem för att avsätta resurser och leverera servicegarantier till VoIP-trafiken. Den största nackdelen med detta tillvägagångssätt är den ökade komplexitet som det medför för nätet och, vilket är ännu viktigare, svårigheten att överallt använda det i ett nät av Intemets storlek. Följaktligen har differentieringen av nätbaserade tjänster hittills varit mest framgångsrik när det gäller bandbredd på en accesslänk för att säkerställa en tillräcklig andel av VoIP-trafiken. Problemet med att leverera robusta end-to-end-service-garantier kvarstår därför och har motiverat utvecklingen av andra, mer applikationsorienterade lösningar. I synnerhet och i överensstämmelse med den ursprungliga end-to-end principke of the Intemet [l] är ett annat altemativ att förlita sig på den mångfald av konnektivitetsalternativ som ofta finns tillgängliga, och låta program avgöra hur de ska användas på bästa sätt [ZI, I3It [41, [51]. I detta dokument undersöker vi i vilken utsträckning röstkvaliteten kan förbättras, när VoIP-trafiken dynamiskt kan välja bland flera olika vägar utifrån deras prestanda. Förväntningen är att om inte alla vägar samtidigt upplever dålig prestanda, en vägbytesmekanism som konsekvent väljer den bästa vägen bör erbjuda meningsfulla förbättringar i röstkvalitet. Uppenbarligen. Det finns många potentiella hinder för att förverkliga ett sådant mål. De sträcker sig från svårigheten att förutsäga framtida vägprestanda till utmaningen att kartlägga nätverksprestanda till röstkvalitet. till den ökade komplexiteten i genomförandet av den funktionalitet som krävs. I detta dokument genomför vi en omfattande undersökning som syftar till att visa och kvantifiera i vilken utsträckning olika vägar kan ge starka prestandagarantier till VoIP-trafiken. Att byta väg så som den introduceras i detta dokument är inte ett nytt koncept? och har tidigare undersökts i ett antal olika inställningar. Till exempel, kommersiella lösningar, såsom [6], [7], övervaka kvaliteten på de vägar som erbjuds av olika nätleverantörer och använda denna information för att välja den bästa leverantören. På samma sätt visade [SI, [9]] att man använde en liknande princip i samband med överlagringsnät, där upptäckten av prestandanedbrytning utlöser användningen av olika överlagringsvägar. Vårt tidigare arbete [lo] illustrerade fördelarna med att byta väg för att förbättra prestandan när både flera leverantörer och overlay-vägar var tillgängliga. På senare tid och förmodligen mest relevant för detta papper, Skype 11 11 introducerade en liknande idé i deras peer-to-peer VoIP-system, som upprätthåller flera anslutningar för en enda session och dynamiskt väljer den som passar bäst på den tiden. I detta dokument expanderar vi på dessa tidigare arbeten i två huvudriktningar. Först utforskar vi applikationen fpvef fördelar som dynamisk vägbyte ger till VOW trafik, och utveckla ett enkelt system för att förverkliga dessa fördelar. För det andra kvantifierar vi omfattningen av dessa fördelar i en mängd olika miljöer och demonstrerar feusibilirq. av vårt föreslagna system genom en operativ prototyp. Dokumentet visar att det är möjligt att tillhandahålla någorlunda stabila prestandagarantier för VoIP-trafiken, helt enkelt genom att utnyttja den mångfald av vägar som Internet erbjuder, och utan ändringar av antingen själva nätverket eller programklienterna. I kombination med en mekanism som uppskattar 2268 0-7803-8968-9/05~0.00 (C)ZOOS IEEE röstsamtal kvalitet stöds av varje väg, vår prototyp gateway befanns leverera meningsfulla förbättringar över ett brett spektrum av nätverksförhållanden. Detta visades med hjälp av både en nätverksemulator som gjorde det möjligt för oss att experimentera med en mängd olika nätstörningar på ett kontrollerat sätt, och en bred område testhed som omfattar tre platser som är anslutna av både flera leverantörer och flera overlay palhs. Prototypen gateway är lätt och kapabel att leverera röstkvalitet som nära approximerar dess optimala genomförbara värde h a t kan endast uppnås om man antar en priori yelledge av vägkvalitet variationer och alltid välja den bästa vägen i varje ögonblick. Vi anser att användningen av enkla tekniker som de som beskrivs i detta dokument kan hjälpa den nuvarande bäst-effon Intemet uppfyller de strängare kvalitetskraven för applikationer som VoIP. Resten av detta dokument är organiserat enligt följande. Avsnitt I1 ger en beskrivning på hög nivå av arkitekturen i vårt system för byte av väg, och förklarar våra designval. Avsnitt I11 ägnas åt en ingående diskussion om hur vägkvaliteten uppskattas. I avsnitt IV studerar vi de olika frågorna kring utformning av en mekanism för byte av väg och utveckling av ett praktiskt system som anpassar sig till förändringar i vägegenskaper. Prestandaresultat presenteras i avsnitt V som visar effektiviteten av banbyte för ett brett spektrum av emulerade miljöer och vår breda testbädd. Slutligen sammanfattar avsnitt VI våra resultat och pekar på flera förlängningar som vi för närvarande överväger. Att utnyttja olika vägar för att förbättra kvaliteten på tillämpningar som V o P innebär flera utmaningar. För det första beror den upplevda kvaliteten på ett röstsamtal på många faktorer, och inte bara på nätverksfaktorer såsom fördröjning eller förlust av packare. Dessutom är förhållandet mellan nätprestanda och röstkvalitet ofta icke-trivialt, vilket delvis bestäms av tillämpningsspecifika parametrar såsom codec-algoritmer. playout buffertstorlek, fel döljningsmekanismer, etc. Med andra ord är det inte tillräckligt att helt enkelt välja sökvägen med bästa nätverksprestanda. Detta kräver ett applikatordrivet system för byte av tåglägen som tar hänsyn till både nätverksprestanda och tillämpningsspecifika parametrar. Ett sådant system måste i) mäta och förutsäga nätverksprestanda för olika vägar, ii) kartlägga uppmätt predikterad nätprestanda i uppskattningar av applikationens kvalitet, och iii) fatta välgrundade beslut om byte av väg baserat på den uppskattade applikationens kvalitet. Slutligen måste genomförandet vara effektivt och skalbart för att kunna användas på Internet, helst utan att nätverket eller tillämpningarna behöver ändras. Ovanstående observationer och krav motiverar utformningen av applikationsdrivna gateways (APS). som befinner sig i utkanten av accessnät, mellan slutvärdar och den större Intemet. APS-gatewayerna utför dynamisk vägomkoppling med tillämpningsspecifik kvalitetsuppskattning härledd från uppmätta nätverksbanors prestanda. Även om beslut om byte av väg är applikationsdrivna, är driften av dessa gateways transparent för att avsluta värdar och applikationer. Ett typiskt tillämpningsscenario för vårt system för byte av tågläge visas i bild. i : en VoIP tjänsteleverantör har flera vägar tillgängliga (t.ex. genom att ansluta till flera Internetleverantörer) för att transportera trafiken från sina kunder. Vid varje ände av kommunikationen används en APS-gateway för att dynamiskt bestämma vilken väg som ska användas för att vidarebefordra röstpaket. Målet med att byta väg är att upprätthålla de bästa möjliga nätverksförhållandena för överföring av röstdata så att den applikationskvalitet som en användare upplever kan förbättras. Innan vi beskriver nyckelkomponenterna i vår APS-gateway diskuterar vi först kortfattat de olika faktorer som påverkar VoIP-samtalens kvalitet och beskriver hur samtalskvalitet normalt bedöms. Detta ger den nödvändiga bakgrunden samt motivering för utformningen av vår APS
I REF, Tao et al. presentera en praktisk lösning för att förbättra VoIP-kvaliteten genom att använda applikationsdrivna gateways (APS) som ligger i utkanten av accessnätet, mellan sluthotellen och Internet.
Improving VoIP quality through path switching
{'venue': 'Proceedings IEEE 24th Annual Joint Conference of the IEEE Computer and Communications Societies.', 'journal': 'Proceedings IEEE 24th Annual Joint Conference of the IEEE Computer and Communications Societies.', 'mag_field_of_study': ['Computer Science']}