QoS Assurance for VoIP over P2Pnet Ren-Yuh Lu

Outline Introduction QoS Assurance for VoIP over P2Pnet MobileLAN P2Pnet Motivation & Objective Problem Description QoS Assurance for VoIP over P2Pnet 分辨重要封包的方法 封包保護技術 Redundancy 整合型封包保護技術 Evaluation & Performance Analysis Conclusion

Introduction VoIP ( Voice over IP ) 是一種透過網際網路以數位化的方式來傳輸語音封包的技術。 本研究是為了使VoIP能夠在P2Pnet環境下更順暢地運作所設計。 VoIP運作在MANET或P2Pnet中會遇到一些問題，這些問題來自於MANET和P2Pnet的一些特性。

MANET MANET 「群組行動電腦網路」是一種行動式無線區域網路，對群組行動使用者提供一個可在行動中使用的電腦網路。 一個 MANET 係由一組行動電腦 ( 筆記型電腦或 具有 WiFi能力的 PDA手機 ) 組成， 其間以 Multi-Hop Ad-Hoc 無線區域網路連結成 Wireless Intranet。 各個行動電腦之間可藉由高速的 Wireless Intranet 進行即時多媒體網路通訊。

P2Pnet Autonomous P2P Ad-Hoc Group Communication Systems 「自治式P2P隨意型群組通訊系統」 利用MobileLAN技術加上一些 P2P 網路技術 專門用於支援臨時性無組織無伺服器無網路的特殊情況下的通訊服務之用。 例如，嚴重自然災害地區緊急救難，或戰場通訊。

Motivation & Objective 前述的無線網路具有以下的缺點： 錯誤率很高 沒有Server管理節點 在這樣的網路環境中使用VoIP，會有一些問題需要克服。

Problem Description VoIP對時效性的要求極高，為了符合這個要求，現今的VoIP系統大部份都使用UDP傳輸層協定。 不保證一定送達 如果VoIP運用在錯誤率很高的網路環境時，可能會因為遺失太多封包而影響通話品質。

Problem Description 若將P2Pnet架設於嚴重災區救難時，網路的品質遠比平常的網路為低，VoIP的品質將因遺失太多封包而受到嚴重影響。 我們將提出一些機制用以提高VoIP的品質。

QoS Assurance for VoIP over P2Pnet 我們提出一個分辯重要封包的方法，並搭配Partial-Reliable UDP，保證重要的封包一定會送達接收端，因而改善VoIP的通話品質。 分辨重要封包的方法 封包保護技術 Redundancy 整合型封包保護技術 Using Partial-Reliable UDP

分辨重要封包的方法 基頻： 小孩：300~400Hz 成年女人：150~250Hz 成年男人：100~150Hz 由以上三種基頻範圍可得一般人類基頻約在100~400Hz之間。 若上述論點成立，我們在擷取聲音時，可以用某些方法找出在此基頻範圍內能量較大者，假設它為重要的聲音區塊，壓縮後的封包即為重要封包。

分辨重要封包的方法 紅線：實際的能量曲線 ( 能量趨勢線 ) 藍線：用其他方法逼進的圓滑曲線 任取三個通過藍線的點算出藍線的方程式。 能量 100 400 Frequency 紅線：實際的能量曲線 ( 能量趨勢線 ) 藍線：用其他方法逼進的圓滑曲線 任取三個通過藍線的點算出藍線的方程式。

封包保護技術 Model-1：採用 Redundancy 封包保護技術，設法從後續的封包還原遺失的封包。 Model-2：結合P-R UDP和Model-1，提出一個整合型封包保護技術。

Model-1 Redundancy Protected Technology 基本封包時隔為20 msec/packet 將Redundant Voice Packets視為不同的Packet Stream 定義第一個Packet Stream為基本Stream Voice Stream 2 1 2 3 4 5 6 Voice Stream 1 1 2 3 4 5 6 20 40 60 80 100 120 140 160 180 Time Slot ( msec )

Model-2 整合型封包保護技術 每一個VoIP Stream包含一個基本Stream 及二個Redundant Stream。 基本Stream及第一個Redundant Stream 採用相同Codec及時隔，兩者相差一時隔。 第二個Redundant Stream使用較低品質低速率的Codec，以三倍時隔，落後於基本Stream兩個時隔送出。 Voice Stream 3 1+2+3 4+5+6 Voice Stream 2 1 2 3 4 5 6 Voice Stream 1 1 2 3 4 5 6 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 Time Slot ( msec )

Model-2 整合型封包保護技術 利用Piggyback技術將三個Stream合併成為一個Packet Stream。 將含有第二個Redundant Stream的封包視為重要封包，利用Partial-Reliable UDP保護。 Voice Stream 3 Voice Stream 2 Voice Stream 1 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 1+2+3 4+5+6 20 40 60 80 100 120 Time Slot ( msec )

Partial-Reliable UDP Reliable Blast UDP

Evaluation & Performance Analysis 模擬的環境與工具： NS2 做法： 將網路環境設成有很多干擾及不穩定 在不穩定的網路環境下，讓相同的語音串流分別使用UDP、TCP，和我們提出的方法進行傳輸。 在接收端錄製接收到的語音串流，並做比較。

Conclusion