UNVERSDADE FEDERAL DO RO DE JANERO NSTTUTO DE MATEMÁTCA NÚCLEO DE COMPUTAÇÃO ELETRÔNCA LEANDRO CAETANO GONÇALVES LUSTOSA Arquiura d Monioração d Qualidad d Chamadas Tlfônicas P RO DE JANERO 005
LEANDRO CAETANO GONÇALVES LUSTOSA ARQUTETURA DE MONTORAÇÃO DE QUALDADE DE CHAMADAS TELEFÔNCAS P DSSERTAÇÃO DE MESTRADO SUBMETDA AO PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM NFORMÁTCA DO NSTTUTO DE MATEMÁTCA NÚCLEO DE COMPUTAÇÃO ELETRÔNCA DA UNVERSDADE FEDERAL DO RO DE JANERO UFRJ, COMO PARTE DOS REQUSTOS NECESSÁROS PARA OBTENÇÃO DO TÍTULO DE MESTRE EM CÊNCAS EM NFORMÁTCA. Orinador: Paulo Hnriqu d Aguiar Rodrigus RO DE JANERO 005
FCHA CATALOGRÁFCA L974 Lusosa, Landro Caano Gonçalvs. Arquiura d monioração d qualidad d chamadas lfônicas P Landro Caano Gonçalvs Lusosa. Rio d Janiro, 005. 04 f.: il. Dissração (Msrado m nformáica) Univrsidad Fdral do Rio d Janiro, nsiuo d Mamáica, Núclo d Compuação Elrônica, 005. Orinador: Paulo Hnriqu d Aguiar Rodrigus. Rds Tss.. VoP Tss. 3. Monioração Tss. 4. Qualidad Tss.. Paulo Hnriqu d Aguiar Rodrigus (Orin.).. Univrsidad Fdral do Rio d Janiro. nsiuo d Mamáica. Núclo d Compuação Elrônica.. Tíulo.
LEANDRO CAETANO GONÇALVES LUSTOSA ARQUTETURA DE MONTORAÇÃO DE QUALDADE DE CHAMADAS TELEFÔNCAS P DSSERTAÇÃO DE MESTRADO SUBMETDA AO PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM NFORMÁTCA DO NSTTUTO DE MATEMÁTCA NÚCLEO DE COMPUTAÇÃO ELETRÔNCA DA UNVERSDADE FEDERAL DO RO DE JANERO UFRJ, COMO PARTE DOS REQUSTOS NECESSÁROS PARA OBTENÇÃO DO TÍTULO DE MESTRE EM CÊNCAS EM NFORMÁTCA. Aprovada m Prof. Paulo Hnriqu d Aguiar Rodrigus, Ph.D. (Univrsidad Fdral do Rio d Janiro) Prof a. Luci Pirmz, D.Sc. (Univrsidad Fdral do Rio d Janiro) Prof. Michal Anhony Sanon, Ph.D. (Univrsidad Fdral Fluminns) Prof. Oo Carlos Muniz Bandira Duar, Dr. (Univrsidad Fdral do Rio d Janiro) RO DE JANERO 005
A Dus, pla bnção da vida, saúd oporunidads. Aos mus pais, Elmo Maria Aparcida, pla ducação, apoio, amor, símulo nusiasmo m odas as fass da minha vida.
AGRADECMENTOS À minha carinhosa irmã Lísia ao mu cunhado Rodrigo, plo grand incnivo no dcorrr do curso. À minha namorada Carla, plo carinho, amizad comprnsão. À Margarida, pla amizad prsnça m momnos significaivos da minha vida. Aos bons vlhos amigos d Cachoiro d apmirim, Edr, Frnando, Glaubr, Michl, Rnao Ana Luiza, aos ouros grands amigos d Própolis, Robro, Fabrício, Fábio, Rômulo Evandro, pla amizad bons momnos d dsconração. Ao Fabio ao Douglas pla norm conribuição no dsnvolvimno ds rabalho, a odos os ouros colgas x-colgas do Laboraório d Voz Sobr P, qu ambém conribuíram dira indiramn ns dsnvolvimno, Pixoo, Marclo, Rodrigo, Andrson, César, Vior Maurício. Aos colgas do curso d Pós-graduação do nsiuo d Mamáica Núclo d Compuação Elrônica (MNCE), Crisiano, Rnaa, Gilbro Ausclynio, plos nriqucdors agradávis momnos d sudo. Ao Landro da Univrsidad Fdral doamazonas (UFAM), plas inconávis horas d discussão rlaivas à VoP. Ao NCEUFRJ pla xcln infra-sruura ambin d rabalho. À Tia Dis aos ouros funcionários da Scraria d nformáica da Scraria da Ára d Ensino Psquisa, pla prsza ajuda nos assunos burocráicos. À Rd Nacional d Ensino Psquisa (RNP), plo supor ofrcido ao Laboraório d Voz Sobr P. Aos profssors do programa d Pós-graduação do MNCE, plo nsino d xclência ofrcido. Ao Laboraório Nacional d Compuação Cinífica (LNCC), plo apoio disponibilidad dispnsados na fas inicial do curso. À Profssora Luci Pirmz, plo apoio, incnivo valiosos nsinamnos. Ao mu orinador Profssor Paulo Aguiar, plos nsinamnos prcisos, oporunidad confiança dposiada.
RESUMO ARQUTETURA DE MONTORAÇÃO DE QUALDADE DE CHAMADAS TELEFÔNCAS P Landro Caano Gonçalvs Lusosa Orinador: Paulo Hnriqu d Aguiar Rodrigus Rsumo da Dissração d Msrado submida ao Programa d Pós-graduação m nformáica, nsiuo d Mamáica Núclo d Compuação Elrônica, da Univrsidad Fdral do Rio d Janiro UFRJ, como par dos rquisios ncssários à obnção do íulo d Msr m nformáica. Uma nova arquiura d monioração d qualidad d chamadas para sismas d comunicação basados m Voz Sobr P (VoP) é proposa implmnada. Esa arquiura dfin um novo rgisro d dalhamno d chamada (CDR), dnominado Voic Qualiy CDR (VQCDR), qu é colado diramn d lfons P gaways d voz. O VQCDR faz uso do Modlo E da TU (nrnaional Tlcommunicaions Union) para ofrcr indicadors dalhados para a monioração da qualidad d chamadas VoP, prmiindo ainda o nvio opcional d um hisórico, qu possibilia a anális da variação da qualidad ao longo da chamada, para uso m mdiçõs mais minuciosas. Uma nova biblioca muliplaaforma, dnominada Voic Qualiy (VQualiy), capaz d miir o VQCDR, foi produzida. A parir dsa implmnação, foram dsnvolvidos dois sofwars d lfon P, o VQOpnPhon para Windows o VQMing para Unix, qu incorporam sa biblioca para avaliação d qualidad das chamadas. Também foi implmnado o VQCDR Srvr, rsponsávl pla cola, aunicação ncaminhamno dos VQCDRs para armaznamno. Es rabalho aprsna ainda um sudo sobr o Modlo E a xnsão a ss modlo proposa plo ETS (Europan Tlcomunicaions Sandards nsiu). Críicas são ralizadas uma proposa d rvisão à forma d cálculo do modlo sndido é formulada.
ABSTRACT VOCE QUALTY MONTORNG ARCHTECTURE OF P TELEPHONC CALLS Landro Caano Gonçalvs Lusosa Orinador: Paulo Hnriqu d Aguiar Rodrigus Absrac da Dissração d Msrado submida ao Programa d Pós-graduação m nformáica, nsiuo d Mamáica Núclo d Compuação Elrônica, da Univrsidad Fdral do Rio d Janiro UFRJ, como par dos rquisios ncssários à obnção do íulo d Msr m nformáica. This hsis proposs a nw call qualiy monioring archicur for Voic Ovr P (VoP) communicaion sysms. This archicur dfins a nw call dail rcord (CDR), calld Voic Qualiy CDR (VQCDR), which is collcd dircly from P lphons and voic gaways. VQCDR uss h TU (nrnaional Tlcommunicaions Union) E-Modl o offr daild paramrs for qualiy call monioring. VQCDR also allows h ransfr of h call hisory, which nabls h analysis of h variaion of qualiy during h call. A nw muliplaform library ha suppors VQCDR gnraion, calld Voic Qualiy (VQualiy) and wo P lphons incorporaing his library, h VQOpnPhon for Windows and h VQMing for Unix, hav bn dvlopd. Th srvr rsponsibl for collcion, auhnicaion and VQCDR sorag, calld VQCDR Srvr, has also bn implmnd. This work also analyss h E-Modl and is xnsion as proposd by ETS (Europan Tlcommunicaions Sandards nsiu) and rvisd formulas for calculaing h xndd modl ar prsnd.
LSTA DE LUSTRAÇÕES LUSTRAÇÃO. ARQUTETURA DO SERVÇO FONE@RNP...8 LUSTRAÇÃO. REPRESENTAÇÃO DE ATRASOS EM UM SSTEMA DE COMUNCAÇÃO DE VOZ...8 LUSTRAÇÃO 3. COMPARAÇÃO ENTRE A APROXMAÇÃO PARAMÉTRCA SUGERDA POR COLE E ROSENBLUTH E A CURVA DE D RECOMENDADA PELA TU-T G.07...3 LUSTRAÇÃO 4. COMPORTAMENTO ALTERNANTE DE PERDAS MODELADO COM USO DE CADEA DE MARKOV DE 4 ESTADOS...37 LUSTRAÇÃO 5. REPRESENTAÇÃO DO EFETO DA MEMÓRA RECENTE...39 LUSTRAÇÃO 6. NFRA-ESTRUTURA DE GERAÇÃO, COLETA E MONTORAMENTO DA QUALDADE DE LGAÇÕES VOP...4 LUSTRAÇÃO 7. PERDA DE PACOTES NA REDE...43 LUSTRAÇÃO 8. DESCARTE DE PACOTES NO BUFFER DE COMPENSAÇÃO DE JTTER...43 LUSTRAÇÃO 9. E OBTDO SEGUNDO A REVSÃO SUGERDA...44 LUSTRAÇÃO 0. E OBTDO SEGUNDO A ABORDAGEM DE CLARK...44 LUSTRAÇÃO. D (TU-T G.07)...44 LUSTRAÇÃO. MOS (TU-T G.07)...44 LUSTRAÇÃO 3. VARAÇÃO DO MOS AO LONGO DA LGAÇÃO OBTDA SEGUNDO A REVSÃO SUGERDA...45 LUSTRAÇÃO 4. VARAÇÃO DO MOS AO LONGO DA LGAÇÃO OBTDA SEGUNDO A ABORDAGEM DE CLARK...45 LUSTRAÇÃO 5. H.33 BEACON...47 LUSTRAÇÃO 6. ARQUTETURA DA BBLOTECA VQUALTY...5 LUSTRAÇÃO 7. HERARQUA DE CLASSES PARA MPLEMENTAÇÃO DE UM PM PARA O OPENH33...53 LUSTRAÇÃO 8. HERARQUA DE CLASSES PARA NCLUSÃO DE VQEMS...53 LUSTRAÇÃO 9. CÁLCULO DE RTT...55 LUSTRAÇÃO 0. 3 BTS CENTRAS DO LSR...56 LUSTRAÇÃO. ALTERAÇÃO DO CÓDGO DA OPENH33 NO NSTANTE T...57 LUSTRAÇÃO. ALTERAÇÃO DO CÓDGO DA OPENH33 NO NSTANTE T3...57 LUSTRAÇÃO 3. CONVERSÃO DE DLSR DE 65535 SEGUNDOS PARA MLSEGUNDOS...58 LUSTRAÇÃO 4. RECUPERAÇÃO DO TMESTAMP DO NSTANTE T...58 LUSTRAÇÃO 5. CÁLCULO DO RTT...59 LUSTRAÇÃO 6. COLETANDO PARÂMETROS DA OPENH33...60 LUSTRAÇÃO 7. COLETANDO NFORMAÇÕES REFERENTES AO CODFCADOR DE VOZ...60 LUSTRAÇÃO 8. NTERAÇÃO ENTRE AS CLASSES CALLQUALTYSUMMARY, EXTENDEDEMODELBASE E PARSERBASE...6 LUSTRAÇÃO 9. NTEGRAÇÃO DO OPENPHONE COM A VQUALTY...6 LUSTRAÇÃO 30. VQOPENPHONE...6 LUSTRAÇÃO 3. VQMEETNG...63 LUSTRAÇÃO 3. EXEMPLO DE ARQUVO VQLOG...68 LUSTRAÇÃO 33. QUALDADE DA CHAMADA EM RELAÇÃO AO TEMPO...69 LUSTRAÇÃO 34. ESTATÍSTCAS DA CHAMADA EM RELAÇÃO AO TEMPO...70 LUSTRAÇÃO 35. ARQUTETURA DE MONTORAÇÃO DE CHAMADAS TELEFÔNCAS P...73 LUSTRAÇÃO 36. ARQUTETURA DO VQCDR SERVER...8 LUSTRAÇÃO 37. GNUGK AUTHENTCATOR MODULE...83 LUSTRAÇÃO 38. DCONÁRO DE DADOS RADUS PARA O VQCDR...84 LUSTRAÇÃO 39. RADUS STORAGE MODULE...85
LUSTRAÇÃO 40. AMBENTE WEB DE VSUALZAÇÃO DE ESTATÍSTCAS...86 LUSTRAÇÃO 4. FUNCONAMENTO DA ARQUTETURA DE MONTORAÇÃO DE QUALDADE...87 LUSTRAÇÃO 4. ASTERSK COMO GATEWAY VOPRTFC E COMO GATEWAY SPH.33...90 LUSTRAÇÃO 43. TRECHOS DE UMA CHAMADA ENTRE SP E H.33 VA ASTERSK...9 LUSTRAÇÃO 44. REPRESENTAÇÃO VSUAL DA EQUAÇÃO F...0 LUSTRAÇÃO 45. REPRESENTAÇÃO VSUAL DA EQUAÇÃO F...0 LUSTRAÇÃO 46. REPRESENTAÇÃO VSUAL DA EQUAÇÃO...0 LUSTRAÇÃO 47. REPRESENTAÇÃO VSUAL DA EQUAÇÃO...0
LSTA DE QUADROS QUADRO. CATEGORAS DE TRANSMSSÃO DA FALA...6 QUADRO. VALORES RECOMENDADOS PARAS O CÁLCULO DE D...30 QUADRO 3. LNHA DE DENTFCAÇÃO DE CODEC...64 QUADRO 4. LNHA DE NDCADORES DE QUALDADE...65 QUADRO 5. LNHA DE SUMÁRO...66 QUADRO 6. LNHA DE DENTFCAÇÃO DE CHAMADA...66 QUADRO 7. CAMPOS DO VQCDR...76 QUADRO 8. PROTOCOLOS DE SNALZAÇÃO...79 QUADRO 9: CODFCADORES DE VOZ...79 QUADRO 0: MODELOS OBJETVOS DE AVALAÇÃO...79 QUADRO : DENTFCAÇÃO DE ORGNADOR...79
LSTAS DE ABREVATURAS E SGLAS A AM AP ASC CDR CESNET CM DLSR ECAS ETS FEC GCC GNU GPS GSM GSM-EFR GSM-FR HTTP ANA d ETF P s TEC TU-T LDAP LSR MGCP MOBVEM MOS NAT NTP OWD PAMS PBX PC PCM PESQ PLC PM PSQM QoS R RADUS RFC Advancd Facor Auhnicaor Modul Applicaion Programming nrfac Amrican Sandard Cod for nformaion nrchang Call Dail Rcord Czch Rpublic Naional Rsarch and Educaion Nwork Collcor Modul Dlay Sinc Las Sndr Rpor Enrpris Call Analysis Sysm Europan Tlcommunicaions Sandards nsiu Forward Error Corrcion GNU Compilr Collcion GNU's no Unix Global Posiion Sysm Global Sysm for Mobil Communicaions GSM Enhancd Full Ra GSM Full Ra HyprTx Transfr Proocol nrn Assignd Numbrs Auhoriy Dlay mpairmn Equipmn mpairmn nrn Enginring Task Forc nrn Proocol Simulanous mpairmn nrn Tchnology Evaluaion Cnr nrnaional Tlcommunicaions Union-Tlcommunicaions Sandards Lighwigh Dircory Accss Proocol Las Sndr Rpor Mdia Gaway Conrol Proocol Modifid OpnH33 Basd Voic Evaluaion Modul Man Opinion Scor Nwork Addrss Translaion Nwork Tim Proocol On-Way Dlay Prcpual Analysis Masurmn Sysm Priva Branch Exchang Prsonal Compur Puls Cod Modulaion Prcpual Evaluaion of Spch Qualiy Pack Loss Concalmn Parsr Modul Prcpual Spch Qualiy Masur Qualiy of Srvic R-Facor Rmo Auhnicaion Dial n Usr Srvic Rqus For Commns
RLR RNP Ro RR RTCP RTFC RTP RTT SP SM SNMP SNR SQL SR TCP TDM TELR TPHON UFAM UFRJ UML UR VAD VGM VoP VQCDR VQEM VQLog VQPlo WELP Rciv Loudnss Raing Rd Nacional d Ensino Psquisa Basic Signal-o-Nois Raio Rcivr Rpor Ral-Tim Conrol Proocol Rd d Tlfonia Fixa Comuada Ral-Tim Proocol Round-Trip Tim Sssion niiaion Proocol Sorag Modul Simpl Nwork Managmn Proocol Signal-o-Nois Raio Srucurd Qury Languag Sndr Rpor Transmission Conrol Proocol Tim-Division Muliplxing Talkr Echo Loudnss Raing Tlcommunicaions and nrn Proocol Harmonizaion Ovr Nworks Univrsidad Fdral do Amazonas Univrsidad Fdral do Rio d Janiro Unifid Modling Languag Uniform Rsourc dnifir Voic Aciviy Dcion VQCDR Gnraion Modul Voic Ovr P Voic Qualiy Call Dail Rcord Voic Qualiy Evaluaion Modul Voic Qualiy Log Voic Qualiy Plo Wighd Echo Pah Loss
SUMÁRO CAPÍTULO...5 NTRODUÇÃO...5. MÉTODOS PARA AVALAÇÃO DE QUALDADE DE VOZ...6. O SERVÇO FONE@RNP...8.3 OBJETVOS...0.4 OUTRAS SOLUÇÕES PARA MONTORAMENTO DE QUALDADE DE CHAMADAS TELEFÔNCAS P....5 ORGANZAÇÃO DO TRABALHO...3 CAPÍTULO...5 MODELO E PARA AVALAÇÃO OBJETVA DE QUALDADE DE VOZ...5. DECOMPONDO O MODELO E...5.. Rlação Sinal-ruído Básica, Ro...7.. Faor d Prdas Simulânas, s...7..3 Faor d Prdas Associadas ao Araso, d...7..4 Faor d Prdas Associadas ao Equipamno,...8..5 Faor d Vanagm, A...9. DETERMNAÇÃO DOS FATORES DE PERDA D E E...9.. Drminação do Faor d Prda d...9.. Drminação do Araso Absoluo, Ta...3..3 Drminação do Faor d Prda...33.3 MODELO E ESTENDDO...35.3. Modlagm d Comporamno Alrnan d Prda d Pacos d Efio d Mmória Rcn...36.4 SUGESTÕES DE REVSÃO AO MODELO E ESTENDDO...39 CAPÍTULO 3...4 MODFED BASED OPENH33 VOCE EVALUATON MODULE...4 3. AVALAÇÃO DOS MODELOS...43 3. H.33 BEACON...46 CAPÍTULO 4...48 BBLOTECA VOCE QUALTY...48 4. FLEXBLDADE E EXTENSABLDADE...49 4. PORTABLDADE...49 4.3 EMSSÃO DE CDR...50 4.4 ARQUTETURA DA BBLOTECA VQUALTY...50 4.4. Parsr Modul (PM)...5 4.4. Voic Qualiy Evaluaion Modul (VQEM)...5 4.4.3 VQCDR Gnraion Modul (VGM)...5 4.4.4 Criando um Parsr Modul...5 4.4.5 Criando um Voic Qualiy Evaluaion Modul...53 4.5 NTEGRAÇÃO DA VQUALTY COM A BBLOTECA OPENH33...54
4.5. Mcanismo d Cálculo d RTT do RTP...54 4.5. Alração da Biblioca OpnH33 para Cálculo do RTT...55 4.6 COLETANDO OS PARÂMETROS...59 4.7 NTEGRAÇÃO DA VQUALTY COM TELEFONES P...60 4.7. VQOpnPhon...6 4.7. VQMing...63 4.8 VOCE QUALTY LOG...64 4.9 VOCE QUALTY PLOT...68 CAPÍTULO 5...73 ARQUTETURA DE MONTORAÇÃO DE CHAMADAS TELEFÔNCAS P...73 5. TELEFONES P E GATEWAYS DE VOZ COM CAPACDADE DE EMSSÃO DE VQCDR...74 5. VOCE QUALTY CALL DETAL RECORD (VQCDR)...75 5.. O Formao do VQCDR...76 5.3 VOCE QUALTY CDR SERVER...8 5.3. Collcor Modul (CM)...8 5.3. Auhnicaor Modul (AM)...8 5.3.3 Sorag Modul (SM)...8 5.3.4 GnuGK Auhnicaor Modul...83 5.3.5 RADUS Sorag Modul...84 5.4 AMBENTE DE VSUALZAÇÃO...86 5.5 ARQUTETURA DE MONTORAÇÃO EM OPERAÇÃO...87 5.6 CLENTES SP COM SUPORTE A VQCDR...88 5.7 ASTERSK COM SUPORTE A EMSSÃO DE VQCDR...89 CAPÍTULO 6...9 CONCLUSÕES E TRABALHOS FUTUROS...9 APÊNDCE A...0 VALDAÇÃO MATEMÁTCA DA EXPRESSÃO DE DETERMNAÇÃO PROPOSTA...0
Capíulo NTRODUÇÃO Os sismas d comunicação basados m voz sobr P (VoP) s consolidaram com a padronização dos proocolos d sinalização rprsnam hoj uma solução cnológica viávl para a provisão d srviços d voz. Todavia, o ranspor d voz sobr o proocolo P ainda coninua sndo um dsafio. O proocolo P foi inicialmn concbido d forma a ofrcr ranspor basado m comuação por pacos srviço d mlhor sforço (bs ffor), sm sablcr nnhuma garania d nrga ou limi d araso na nrga d pacos. Em conraparida, a Rd d Tlfonia Fixa Comuada (RTFC), rsponsávl plo ranspor d voz do sisma d lfonia convncional, opra sobr uma infra-sruura TDM (Tim-Division Muliplxing), qu ofrc um srviço d comuação d circuios com laência limiada índics d variação d araso d prdas xrmamn baixos, oalmn adquados para o ranspor d voz. Para suporar a dmanda d srviços d opração m mpo ral alamn snsívis ao araso, à variação d araso (jir) à prda, como o ranspor d voz, várias abordagns para provr Qualidad d Srviço (QoS) m rds P vm sndo sudadas, ano no mio acadêmico quano na indúsria. Dnr as divrsas abordagns, dsacam-s o nsrv (ngrad Srvics) [] o DiffSrv (Diffrniad Srvics) [], qu ofrcm uma infrasruura para forncr, além do radicional srviço d mlhor sforço, raamno difrnciado novos srviços aos fluxos associados às aplicaçõs snsívis a parâmros d
6 qualidad d srviço. Embora não sjam aplicados amplamn na nrn pública, sas abordagns já s mosram prsns m rds corporaivas m backbons d opradoras d srviços d lcomunicaçõs, ofrcndo raamno difrnciado aos fluxos prioriários, ao mnos m suas rds privadas. Com a popularização d quipamnos soluçõs d comunicação basados m VoP, sja m rds corporaivas ou na nrn pública, urg a ncssidad d s mnsurar a qualidad da fala fim-a-fim, sja para validar a infra-sruura d rd mcanismos d provisão d QoS implmnados, ou msmo para analisar acompanhar o nívl d saisfação dos usuários quano ao srviço ofrcido.. Méodos para Avaliação d Qualidad d Voz Uma das primiras abordagns para avaliação da qualidad da voz foi a uilização da Ponuação d Opinião Média, ou MOS (Man Opinion Scor), méodo subjivo dfinido nas Rcomndaçõs TU-T P.800 [3] TU-T P.830 [4], plo qual um conjuno d avaliadors ouvins aribum uma ponuação d (pobr) a 5 (xcln) à qualidad da fala rproduzida plo sisma d comunicação m s. Como xprssa diramn a opinião média dos usuários, o MOS rprsna um índic d rfrência para avaliação da qualidad da fala m sismas d comunicação. Conudo, como a obnção da ponuação MOS é um procdimno d difícil implmnação inadquado d sr uilizado para mdir a qualidad d convrsas lfônicas, m-s opado plo dsnvolvimno implmnação d méodos objivos para simar a qualidad d voz m sismas d comunicação qu uilizam a cnologia d VoP [5]. Os méodos objivos uilizam rcursos compuacionais para infrir a qualidad da voz submida a um sisma d ransmissão ou a um codificador d áudio. Dnr os méodos
7 objivos, dsaca-s o Modlo E, originalmn proposo plo ETS (Europan Tlcomunicaions Sandards nsiu), aravés do rlaório écnico ETR50 [0] posriormn padronizado plo TU-T (nrnaional Tlcommunicaions Union- Tlcommunicaions Sandard Scor), aravés da Rcomndação G.07 []. Ouros xmplos d méodos objivos são o PSQM (Prcpual Spch Qualiy Masur) [6], o PAMS (Prcpual Analysis Masurmn Sysm) [7] o PESQ (Prcpual Evaluaion of Spch Qualiy) [8], conhcidos na liraura como méodos prcpuais. Ess méodos fazm uso do conhcimno do sisma audiivo humano para comparar um sinal d rfrência (rcho d voz prviamn gravado) com um sinal dgradado (sinal d rfrência submido ao sisma d ransmissão a sr avaliado), a fim d compor uma mdida d disorção do sinal d voz [9]. As principais vanagns do Modlo E, m rlação aos méodos prcpuais supraciados, são a capacidad d mdição m mpo ral, já qu não há ncssidad d comparação nr os sinais d rfrência dgradado, a conabilização m sparado d cada um dos faors rsponsávis pla dgradação da qualidad da voz, como prdas, araso fim-afim, disorçõs inrns a codificadors d ala comprssão, nr ouros []. Esas funcionalidads prmim a avaliação da origm do grau d influência d cada um dss faors sparadamn, ornando o diagnósico d problmas d ransmissão mais prcisos. Dvido à facilidad d opração m mpo ral a capacidad d infrir a influência d faors d dgradação sparadamn, o prsn rabalho dá nfoqu ao uso do Modlo E como bas para a criação d uma frramna d avaliação d qualidad d voz. Dalhs do Modlo E srão aprsnados discuidos no Capíulo.
8. O Srviço fon@rnp A Rd Nacional d Ensino Psquisa (RNP) ofrc um srviço d lfonia P qu uiliza sua infra-sruura d rds para provr comunicação VoP à comunidad d nsino psquisa usuária da rd. O srviço, dnominado fon@rnp, inrconca os sismas privados d lfonia (PBX) d uma séri d insiuiçõs acadêmicas nacionais fornc uma plaaforma para uilização d lfons P (hardwars ddicados ou sofwars rodando m PCs com capacidad mulimídia), prmiindo ainda o sablcimno d chamadas com a RTFC, aravés dos PBXs das insiuiçõs paricipans, com rds d lfonia P acadêmicas d ouros paíss, via nrn. H.33 P Phon (Sofwar) nsiuição A nsiuição B H.33 P Phon (Sofwar) PBX Gaway d voz Ambin H.33 Gakpr H.33 Ambin H.33 Gakpr H.33 H.33 P Phon (Sofwar) LDAP RADUS SPH.33 Gaway SPH.33 Gaway RADUS RTFC LDAP SP P Phon (Sofwar) Ambin SP Proxy SP Ambin SP Proxy SP SP P Phon (Sofwar) Gaway d voz RTFC PBX SP P Phon (Sofwar) lusração. Arquiura do srviço fon@rnp O fon@rnp uiliza uma arquiura hrogêna basada nos proocolos d sinalização H.33 [] SP [3]. Cada insiuição usuária do srviço possui um ambin H.33 um ambin SP (como mosrado na lusração ). Ambos os ambins possum um srvidor para rgisro localização d lfons P, o gakpr GnuGK [4], para o
9 ambin H.33, o Proxy SER [5], para o ambin SP. A aunicação d rminais H.33 d clins SP é ralizada d forma unificada via um srvidor d dirórios LDAP (Lighwigh Dircory Accss Proocol) [6] um srvidor RADUS [7] (com um banco d dados SQL associado), qu ambém é rsponsávl pla conabilização das chamadas pla cola d saísicas d uso do srviço. Opcionalmn, cada insiuição pod possuir um gaway d voz para a inrconxão com o PBX. Es gaway pod sr, por xmplo, um quipamno Cisco [8] ou um sofwar Asrisk [9] oprando m um PC. A inropração nr os ambins H.33 SP é ralizada com o uso do sofwar Asrisk, qu ns caso, opra como gaway d sinalização SPH.33. As saísicas d qualidad das chamadas rprsnam uma informação muio valiosa para o monioramno do sisma, auxiliando na dcção d problmas, na validação d novas configuraçõs da rd no acompanhamno do grau d saisfação dos usuários. A conabilidad acompanhamno da qualidad das chamadas são ralizados colando-s os rgisros d dalhamno da chamada (Call Dail Rcords ou simplsmn CDRs) miidos plos gakprs H.33, plos proxis SP plos gaway d voz. Enrano, somn os CDRs grados plos gaways d voz Cisco [8] forncm indicaivos d qualidad qu, mbora sjam simplisas comparando-s aos forncidos por modlos mais sofisicados como o Modlo E sndido [5,0,,], ofrcm alguma simaiva da qualidad da chamada. Dssa forma, somn as chamadas qu nvolvm gaways Cisco êm sua qualidad mnsurada, ornando as saísicas pouco confiávis para caracrizar o sisma como um odo, já qu a qualidad das chamadas ralizadas nr dois lfons P, nr um lfon P o PBX, via gaway Asrisk, não são conabilizadas.
0.3 Objivos Es rabalho aprsna uma implmnação d uma nova arquiura d monioração d qualidad d chamadas lfônicas P qu orna a obnção da qualidad das chamadas mais ficaz abrangn, possibiliando inclusiv, qu as chamadas sablcidas nr lfons P ambém sjam avaliadas. Esa arquiura é implmnada com bas no dsnvolvimno da biblioca Voic Qualiy (VQualiy) [3], qu implmna uma nova spcificação d CDR spcializada para avaliação d qualidad d voz, dnominada Voic Qualiy CDR (VQCDR), qu possui indicadors xrmamn dalhados qu mosram-s mais fiéis à prcpção humana qu os indicadors forncidos plo CDR dos gaways d voz Cisco [8,5], dvido ao uso do Modlo E sndido [5,0,,]. Oura poncialidad da biblioca VQualiy é a sua arquiura flxívl poráil. Considrando qu lfons P gaways d voz opram m difrns plaaformas compuacionais com difrns proocolos d sinalização VoP, ambém qu novos modlos d avaliação d qualidad d voz vnham a sr adoados, as prmissas básicas para o dsnvolvimno da biblioca foram a capacidad d opração m variados sismas opracionais, a indpndência d proocolo d sinalização VoP a facilidad para supor a novos modlos d avaliação. A disponibilização d lfons P gaways d voz com a biblioca VQualiy incorporada possibiliará uma ficin monioração d ambins VoP, auxiliando na dcção d problmas d ransmissão d voz, na validação da infra-sruura d rd no acompanhamno do grau d saisfação dos usuários.
A arquiura proposa vm sndo opracionalizada dnro do ambin do srviço fon@rnp para prmiir qu, no fuuro, a qualidad d odas as chamadas ralizadas no ambin sjam avaliadas, sja a chamada sablcida nr dois lfons P, nr um lfon P um gaway d voz (Cisco ou Asrisk), ou nr dois gaways d voz (Cisco ou Asrisk). Em su sado aual, o rabalho disponibiliza rminais H.33 para variados sismas opracionais (FrBSD, Linux Windows) com supor a missão d VQCDR um mcanismo para cola visualização das saísicas d qualidad obidas. Além disso, provê os rcursos ncssários para qu, no fuuro, ouros lfons P gaways d voz, sjam ss basados m SP, ou qualqur ouro proocolo d sinalização VoP qu vnha a sr adoado no ambin do srviço fon@rnp, fornçam indicadors d qualidad das chamadas via missão d VQCDR. Ouro pono cobro pla dissração é o sudo dalhado do Modlo E suas xnsõs [5,0,,]. Apsar d r sido dsnvolvido para o planjamno d sismas d comunicação d voz [], o modlo m sido objo d sudos para aplicá-lo como frramna d monioração da qualidad da voz no coidiano d rds VoP [5,6,7]. Ns conxo, o Modlo E é dcomposo m dalhs críicas, bm como sugsõs para su aprfiçoamno são aprsnadas..4 Ouras Soluçõs para Monioramno d Qualidad d Chamadas Tlfôncias P A CESNET, rd d nsino psquisa da Rpública Tchca, implmnou uma infrasruura d monioração conabilização d chamadas por mio d uilização d srvidors RADUS [7] cola d CDRs miidos por gaways d voz [8]. Em [9], é aprsnada uma arquiura dnominada Enrpris Call Analysis Sysm (ECAS), ambém basada na
cola anális d CDRs grados por gaways d voz. Ambas as soluçõs aprsnam a msma limiação d não prmiirm a monioração da qualidad das chamadas ralizadas nr lfons P. Em [30], é aprsnada uma solução pouco confiávl para acompanhamno da qualidad ofrcida por um ambin nrn. Agns disribuídos pla rd simulam chamadas priodicamn disponibilizam, via SNMP, informaçõs d prdas d pacos, araso variação d araso (jir). Esa solução não lvana saísicas das chamadas rais do sisma uiliza uma amosragm qu pod não sr fil às condiçõs rais da rd. Em [3], assim como m divrsos produos comrciais [3,33,34], uma solução basada m monioramno passivo é uilizada. Elmnos (probs) com capacidad d capurar analisar fluxos d voz são siuados m ponos sraégicos da rd com o inuio d moniorar odos os fluxos d voz do sisma. Os rsulados dssas análiss são ransformados m rlaórios d acompanhamno do nívl d qualidad ofrcida. Esa solução nm smpr é aplicávl, sja plo uso d cripografia qu impd a anális das chamadas, ou pla naurza d ráfgo d voz, qu pod sr pono-a-pono (pr-o-pr), dificulando assim a capura das chamadas. A arquiura d monioração proposa supra odas as limiaçõs das soluçõs aprsnadas acima, pois possibilia a monioração d qualidad d odas as chamadas dos usuários ralizadas m um ambin VoP, indpndnmn dos lmnos nvolvidos na chamada, da naurza do ráfgo (pono-a-pono ou não) do uso d cripografia, já qu os indicadors d qualidad são miidos diramn dos lfons P dos gaways d voz.
3.5 Organização do Trabalho Es rabalho sá sruurado m sis capíulos. O primiro capíulo aprsna concios inroduórios, uma dscrição do ambin do srviço fon@rnp, ond a arquiura d monioração d qualidad d chamadas lfônicas P proposa sá sndo aplicada, os objivos a organização do rabalho. No sgundo capíulo o Modlo E é discuido m dalhs as difrns abordagns nconradas na liraura para drminação das variávis qu compõm o modlo são analisadas rvisadas. No rciro capíulo é aprsnado um módulo para avaliação objiva d qualidad d voz basado no Modlo E, dnominado MOBVEM (Modifid OpnH33 Voic Evaluaion Modul) [5], qu é um dos rsulados dsa dissração. Es módulo, qu implmna as difrns abordagns d cômpuo do modlo sugsõs d rvisão à sas abordagns, aprsnadas no sgundo capíulo, é não uilizado para anális dsas rvisõs. Também é aprsnado o H.33 Bacon [35,36,37], frramna qu passou a uilizar o MOBVEM para avaliação objiva da qualidad da voz. No quaro capíulo é aprsnada a VQualiy [3], biblioca muliplaaforma para avaliação d qualidad d voz capaz d miir CDRs com indicadors d qualidad diramn d lfons P gaways d voz. Suas caracrísicas d porabilidad flxibilidad (como o mcanismo d adição d novos modlos d avaliação d qualidad a facilidad d ingração com lfons P) são aprsnadas. Também são dscrios os dalhs d alração no código da biblioca OpnH33 [38] para adquação aos padrõs dos proocolos RTP RTCP [39] qu foram ralizados para possibiliar a disponibilização d rminais H.33 com supor a avaliação d qualidad d voz missão d VQCDR.
4 No quino capíulo, a arquiura d monioração d qualidad d chamadas lfônicas P proposa por s rabalho é dscria [4]. As spcificaçõs do VQCDR do VQCDR Srvr, srvidor rsponsávl pla cola, armaznamno aunicação d VQCDRs, são aprsnadas, bm como mosradas considraçõs sobr a disponibilização d lfons P gaways d voz com capacidad d missão d VQCDR. E finalmn, conclusõs sugsõs d rabalhos fuuros são aprsnadas no sxo capíulo.
5 Capíulo MODELO E PARA AVALAÇÃO OBJETVA DE QUALDADE DE VOZ O Modlo E implmna um mcanismo basado na soma d rmos qu rprsnam disorçõs na qualidad da voz, ais como arasos d ransmissão, co, disorçõs inroduzidas plos quipamnos uilizados, nr ouros faors. O rsulado do modlo é o faor scalar R, qu pod sr convrido para a scala d ponuação MOS. Ns capíulo, o Modlo E é dscrio m dalhs é aprsnado como os rmos d disorção da qualidad da voz qu compõm o modlo podm sr drminados. Críicas sugsõs sobr as abordagns d drminação dss rmos são não aprsnadas discuidas.. Dcompondo o Modlo E O princípio fundamnal do Modlo E, dfinido na Rcomndação TU-T G.07 [], basia-s no concio d qu faors psicológicos numa scala subjiva são adiivos [], ou sja, cada conribuição ocasionada por um faor d prda na dgradação d um sisma d comunicação d voz pod sr compuada sparadamn, mbora isso não impliqu qu ais faors não sjam corrlacionados [6]. O rsulado final do cômpuo dos faors d prda é um faor scalar R, qu varia d 0 (péssimo) a 00 (xcln). O faor R pod sr convrido para scala d ponuação MOS aravés da sguin xprssão d rciro grau []:
6 Para R < 0: MOS = Para 0 R 00: MOS = + 0,035 R + 7.0-6 R (R-60) (00-R) Para R > 00: MOS = 4,5 () Normalmn, o faor R é dscrio m cagorias d valors, al como pod sr consulado no Quadro. Sismas cuja qualidad da fala sja avaliada m R 60 não são rcomndávis [], sndo dsjávl obr R 70. Quadro. Cagorias d ransmissão da fala Faor R MOS Saisfação do usuário 90 R < 00 4,34 4,50 Muio saisfios 80 R < 90 4,03 4,34 Saisfios 70 R < 80 3,60 4,03 Alguns insaisfios 60 R < 70 3,0 3,60 Muios insaisfios 0 R < 60,00 3,0 Quas odos insaisfios O faor R é obido pla sguin fórmula: R = Ro s d + A, () ond Ro rprsna os fios da rlação sinal-ruído (SNR); s rprsna as prdas simulânas ao sinal d voz; d rprsna as prdas associadas ao araso fim-a-fim; rprsna as prdas associadas ao quipamno uilizado; A corrspond ao faor d vanagm, ou faor d xpcaiva. Vjamos a sguir quais os faors grandzas qu influnciam cada uma dssas parclas quais dlas podm sr rduzidas a uma consan.
7.. Rlação Sinal-ruído Básica, Ro Na drminação da rlação sinal-ruído básica, são compuados o ruído acrscido plos circuios d ransmissão, o ruído ambin no lado do rcpor no lado do missor o o d ruído corrspondn à snsibilidad do sisma audiivo humano. A Rcomndação TU-T G.07 [] aprsna as xprssõs mamáicas os valors padrõs para cada um dsss ruídos, rsulando num valor padrão d 94,77 para Ro... Faor d Prdas Simulânas, s Enr as prdas qu ocorrm mais ou mnos simulanamn ao sinal d voz, são a quda na qualidad dvido a uma conxão d volum dmasiadamn alo, prdas causadas pla inrfrência da própria voz do locuor sobr o fon d ouvido do msmo hads qu uiliza para falar a disorção d quanização causada pla digialização do sinal d voz. As prdas causadas plos codcs d baixa axa d ransmissão d bis são compuadas sparadamn plo faor d prda. A Rcomndação TU-T G.07 [] ambém aprsna as xprssõs os valors padrõs para as prdas qu conribum no cômpuo do faor s. Sndo qu a vrsão mais rcn da rcomndação aprsna uma modificação no cálculo d s m rlação às vrsõs anriors. Porém, a aualização não alrou subsancialmn o valor padrão d s, qu rduziu d,43 para,4...3 Faor d Prdas Associadas ao Araso, d O faor d é drminado pla sguin xprssão []: d = d + dl + dd, ond: (3) d rprsna as prdas dvido ao co no lado ransmissor; dl rprsna as prdas dvido ao co no lado rcpor; dd rprsna as prdas rlacionadas ao araso suprior a 00 ms. O codificador d voz é comumn chamado d codc.
Para o cálculo do faor d, é ncssária a mdida d rês difrns ipos d araso, ilusrados na lusração. 8 missor Tr rcpor Ta T lusração. Rprsnação d arasos m um sisma d comunicação d voz Ta é o araso absoluo no sisma sm co. T é o araso médio prcorrido plo co. Tr é o araso d ida--vola no circuio a quaro fios. Como não é possívl mdir sparadamn sss rês arasos [40], a sguin aproximação é uilizada [7]: T = Ta = Tr (4) Na sção. são aprsnadas considraçõs para drminação do faor d...4 Faor d Prdas Associadas ao Equipamno, O faor d prda é um mio flxívl d s compuar a dgradação da qualidad causada plos codcs d ala complxidad com baixa axa d ransmissão d bis. Su valor para cada codc dpnd dos rsulados d xausivos ss d ponuação MOS sob divrsas axas d prdas d pacos. O Apêndic da Rcomndação TU-T G.3 [4,4,43] fornc valors provisórios do para alguns codcs (G.73.-A, G.79-A, GSM-EFR G.7) sob condiçõs d prdas alaórias d pacos d prdas m rajada. Na sção. ambém srão aprsnadas algumas abordagns para o cálculo do faor d prda.
9..5 Faor d Vanagm, A O faor d vanagm A é mprgado para dfinir o grau d olrância qu um usuário spra pla convniência d uilização d uma drminada cnologia. Sgundo os valors provisórios aprsnados na Rcomndação TU-T G.07 [], s faor varia d 0 (lfonia fixa) a 0 (localidads d difícil acsso qu ncssiam d nlac d saéli, por xmplo). Para a lfonia clular é rcomndado o uso d A igual a 5 para rds in-door ou igual a 0 para rds gográficas. Para VoP, a TU-T G.07 [] rcomnda zro. No nano, pod-s considrar qu s faor é uma variávl com influência culural qu, para paíss qu possum srviço d lfonia prcário caro, como o Brasil, s faor pod sr aumnado. Para fios grais, considra-s ns rabalho o faor A como zro. Assim, mos qu a quação () pod sr rduzida a: R = 93,36 d(ta) (codc, prda pacos na rd no buffr), (5) ond d é uma função do araso fim-a-fim é, simplificadamn, uma função qu dpnd do ipo d codc uilizado da axa d prda d pacos. Na sção a sguir vrmos dalhadamn como sss dois faors d prda podm sr drminados.. Drminação dos Faors d Prda d Nsa sção são discuidos os procdimnos d drminação dos faors d prda d, ncssários à quação (5), qu simplifica a quação (), para cômpuo do Modlo E... Drminação do Faor d Prda d Sgundo a TU-T G.07 [] vrsõs anriors, o faor d prda d é drminado pla quação (3), cujas parclas são drminadas plas sguins xprssõs dscrias a sguir:
30 parcla corrspondn às prdas dvido ao co no lado ransmissor (d): T ( Ro R) 4 + 00 ( ) d = ( Ro R) + ( No - RLR), ond: (6) Ro = -,5 (7) + T 0 0,3T R = 80 +,5 TELR 40 log0 + 6-4 (8) + T 50 parcla corrspondn às prdas dvido ao co no lado rcpor (dl): ( Ro Rl) + ( Ro ) 4 + 69 dl = Rl, ond: (9) 0, 5 ( WELP + 7)( + ) Rl = 0,5 Tr (0) parcla corrspondn às prdas rlacionadas ao araso absoluo da voz (dd): dd=0, Ta > 00 ms; 6 6 Ta Ta dd = 5 6 + log + + 3 log 3, Ta > 00 ms; 00 00 6 () No Quadro, nconram-s os valors rcomndados por [] para os rmos das quaçõs d (6) a (). Quadro. Valors rcomndados paras o cálculo d d Grandza Significado Valor padrão No Ruído oal m dbm0p -6,8 dbm0p Ro Rlação sinal-ruído básica 94,77 RLR Nívl d innsidad no rcpor,00 db TELR Nívl d innsidad do co no missor 65,00 db WELP Caminho do co pondrado 0,00 db
3 Uma inrpolação pod sr uilizada para aproximar as quaçõs (3), (6), (7), (8), (9) (0), combinadas com a considração fia pla quação (4). Col Rosnbluh [7] propõm uma xprssão inrpolada para d, dpndn apnas d Ta: d = 0,04 Ta, Ta 77,3 ms; d = 0,34 Ta - 8,03, Ta > 77,3 ms () No rabalho aprsnado por Clark [6] é proposa uma xprssão qu sá niidamn incorra, pois pnaliza o faor d para valors d Ta 75 ms: d = 4 Ta, Ta 75 ms; d = 0, Ta - 5,444, Ta > 75 ms (3) Es fao ocorr possivlmn dvido a um rro ipográfico. Calculando o pono d inflxão nr as duas curvas qu dvriam sr xprssas pla xprssão (3) d Clark, concluí-s qu a quação corra dvria sr xprssa por: d = 0,03 Ta, Ta 75 ms; d = 0, Ta - 5,444, Ta > 75 ms (4) qu aprsna grand smlhança com a xprssão (). lusração 3. Comparação nr a aproximação paramérica sugrida por Col Rosnbluh a curva d d rcomndada pla TU-T G.07
3 Na lusração 3, é rprsnada a curva obida a parir da Rcomndação TU-T G.07 [] a aproximação sugrida por Col Rosnbluh [7]. Esa úlima, ainda qu mamaicamn muio mais simpls, rorna valors suficinmn prcisos d d para Ta 330 ms. Para siuaçõs ond Ta > 330 ms, a aproximação piora progrssivamn. Enrano, para siuaçõs d Ta ão lvado, a qualidad da ligação já sará sriamn compromida, xco m casos spcíficos ond um codc d baixa comprssão m condiçõs mínimas d prdas valor lvado d faor d vanagm A é uilizado... Drminação do Araso Absoluo, Ta Basado m [44], Ta pod sr obido pla quação: Ta = T codc + T rd + T buffr (5) ond T codc é o araso inrn ao codc uilizado, T rd é o araso da rd T buffr é o araso adicionado plo buffr d compnsação d jir. T rd foi considrado simérico calculado como sndo a mad d RTT (Round-Trip Tim), qu rprsna o mpo d ida vola na rd, já qu para uma mdição mais prcisa, sria ncssário qu manr os rlógios das máquinas d origm dsino sincronizados, o qu xigiria uma infra-sruura mais laborada, como por xmplo, uso do proocolo NTP (Nwork Tim Proocol) ou d GPS (Global Posiion Sysm). Uma obsrvação imporan é qu a variação d Ta é liminada plo buffr d compnsação d jir, já qu odos os pacos são arasados d modo qu possuam um Ta corrspondn ao araso máximo olrado [44]. Tais arasos são ncssários para s assgurar a cadência corra na rprodução da fala no disposiivo rcpor. Consqünmn, quando um buffr fixo é uilizado, a influência do mpo é manida consan duran oda a ligação. Enrano, caso sja uilizado um buffr dinâmico, a influência do mpo pod oscilar no
momno m qu o amanho do buffr s alra, o qu só dv ocorrr m príodos d silêncio, para não dgradar a rprodução da fala. 33 Dssa forma, é uilizado: Ta = T codc + T primiro paco + ( T buffr oal ) (6) ond T codc é o araso inrn ao codc uilizado, qu possui valor fixo conhcido [44], T primiro paco é o T rd rfrn ao primiro paco rcbido no príodo d fala (alkspur) T buffr oal é o amanho oal do buffr d compnsação d jir...3 Drminação do Faor d Prda A drminação do faor d prda dpnd d ss subjivos (ponuação MOS) xcuados plo Grupo d Esudo da TU-T, cujos rsulados são publicados priodicamn no Apêndic da Rcomndação TU-T G.3 [4,4,43]. Sgundo a TU-T G.07 [], o faor fivo d prda associada ao quipamno,ff é calculado a parir da xprssão: ( 95 ) Ppl ( Ppl ), ff = + + Bpl (7) ond é o faor d prda associada ao quipamno a 0% d prda d pacos, Bpl é o faor d robusz à prda d pacos Ppl é a probabilidad d prda d pacos. Os valors d para prda d pacos nula d Bpl são ablados para alguns codcs m [4,4,43]. O valor d Ppl dv sr d conhcimno do projisa ou subsiuído pla informação d prda d paco obida a parir da monioração do sisma d comunicação VoP m sudo. Para drminar os valors d Bpl, a Rcomndação TU-T G.3 [43] lva m considração qu as condiçõs d prdas são alaórias, ou sja, qu a probabilidad d prda d um paco indpnd da probabilidad d prda d qualqur ouro paco.
34 Porém, a TU-T G.3 [43] alra qu ssa prmissa é, na práica, insaisfaória para rds VoP. Além disso, dv-s rssalar qu a drminação do,ff não consis d apnas uma simpls consula d uma abla, já qu os faors dscrios a sguir dvm sr considrados: - Prcnagm d prda d pacos Para qu o rsulado do Modlo E s aproxim da ponuação MOS, ssa prcnagm dv sr mdida após o buffr d jir, pois pacos podm sr nrgus à aplicação VoP dmasiadamn ard para qu sjam rproduzidos. A Rcomndação TU-T G.3 [43] alra ainda qu implmnaçõs d buffrs d jir podm variar considravlmn nr fabricans ainda msmo nr vrsõs difrns d um msmo disposiivo. Em ouras palavras, a axa d prda d pacos dpnd, além das condiçõs da rd, do algorimo implmnado no buffr d compnsação d jir. - Númro d quadros (frams) d voz por paco d dados Após digializar comprimir a voz, o codc nrga quadros à camada d ranspor, qu pod, ou não, aguardar a chgada d mais quadros ans d formar um paco. Por isso, a prda d um paco P afa mais ou mnos rchos d voz, conform a lógica do aplicaivo VoP uilizado. No nano, as ablas consans na TU-T G.3 [43] aprsnam os valors d Bpl para amanhos fixos d quadros, conform o codc consulado. Assim, ao s consular sas ablas dv-s considrar qu ncapsular x quadros d voz d amanho igual a y ms m um paco P é quivaln a s ncapsular quadro d voz d amanho igual a xy ms m um paco P. - Uso d algorimos compnsadors d prda (Pack Loss Concalmn - PLC) O uso d PLC orna o codc mais robuso a prdas d pacos. Dssa forma, o projisa dv omar conhcimno d qual mcanismo d compnsação d prda o aplicaivo
VoP uiliza, pois na Rcomndação TU-T G.3 [43] os valors d Bpl são dpndns do ipo d PLC mprgado. 35 - Uso d dcors d aividad d voz (Voic Aciviy Dcion - VAD) A dcção da aividad d voz plo aplicaivo VoP não é imdiaa, ou sja, a fala sá prsn ans do início da xcução da função d dcor pod ocorrr o cor nas primiras sílabas da locução. Ess fio é dnominado clipping su impaco sobr a qualidad da voz varia d um codc para ouro, consqünmn, influncia no valor d, msmo m condiçõs d prda d paco nula..3 Modlo E Esndido Uma imporan conribuição foi aprsnada por Clark [6] para o cálculo do faor R, ndo sido adoada plo grupo TPHON do ETS na spcificação écnica ETS TS 0 39-5 v.. [0] rvisão []. Traa-s d uma vrsão sndida do Modlo E aprsnado na Rcomndação TU-T G.07 qu sablc alguns novos concios dscrios a sguir: - Qualidad insanâna dgradação. Qualidad mdida ou calculada uilizando-s a prda d pacos ou ouros faors d - Qualidad prcbida Qualidad prcbida plo usuário m algum insan duran a locução. - Comporamno da prda d pacos alrnans Normalmn, as prdas d pacos nas rds d dados P ocorrm m príodos d rajadas (burs) qu s alrnam com príodos d prdas isoladas (gap) [6]. Mcanismos d
compnsação d prdas (PLC) consgum amnizar ais disorçõs m príodos d poucas prdas, mas não quando sas ocorrm m rajadas. 36 - Efio d mmória rcn Duran psquisas conduzidas para drminação d ponuaçõs MOS, noou-s qu a qualidad prcbida d uma chamada lfônica varia d acordo com a localização mporal das prdas. Dssa forma, disorçõs qu ocorrm ao final d uma chamada êm um fio psicológico ngaivo maior sobr os avaliadors do qu disorçõs qu aconcm no início d uma chamada [6,]. Sgundo sudos ralizados plos laboraórios da Franc Tlcom [45], s a qualidad insanâna muda d bom para ruim m algum momno duran a chamada, o usuário não irá insananamn prcbr al mudança, mas aos poucos ficará incomodado com a dgradação da qualidad da fala. Enão, noou-s qu um usuário lva m média 5 sgundos para prcbr complamn a piora da qualidad 5 sgundos para prcbr complamn a mlhoria da qualidad. Clark [6] modla ss fio aproximando por uma curva xponncial d consan d mpo d 5 sgundos na ransição d bom para ruim d 5 sgundos na ransição d ruim para bom..3. Modlagm d Comporamno Alrnan d Prda d Pacos d Efio d Mmória Rcn Sgundo o Modlo E Esndido [6], a rcpção d pacos d voz podm ocorrr m príodos d prdas isoladas (gap) prdas m rajadas (burs). S o númro d pacos rcbidos nr duas prdas d pacos sucssivas for mnor qu a consan Gmin (dado como 6), não ss dois pacos prdidos a sqüência d pacos rcbidos nr ls são considrados como par d um príodo d prdas m rajada (burs). S uma sqüência d
Gmin pacos ou mais são rcbidos corramn, sa sqüência é considrada como par d um príodo d prdas isoladas (gap). 37 Para rprsnar o comporamno alrnan da prda d pacos, Clark [6] uiliza uma cadia d Markov com 4 sados, os quais rprsnam as condiçõs d rcbimno d prda d pacos, nas condiçõs d prda m rajada d prdas isoladas : Esado paco rcbido duran príodo d prdas isoladas; Esado paco rcbido duran príodo d prdas m rajadas; Esado 3 paco prdido duran príodo d prdas m rajadas; Esado 4 paco prdido duran príodo d prdas isoladas. A lusração 4 aprsna, m forma d grafo, ss 4 sados suas rspcivas probabilidads d ransição nr sados P, P 3, P 4, P, P 3, P 3, P 3, P 33 P 4. prdas isoladas prdas m rajadas P P paco rcbido P 4 P 3 P 3 P 4 P P 3 3 4 3 paco prdido P 33 lusração 4. Comporamno alrnan d prdas modlado com uso d cadia d Markov d 4 sados
38 Basado no cálculo dsas probabilidads, o valor d [43] pod sr obido para a condição d prdas m rajada ( b ) para a condição d prdas isoladas ( g ). Ainda d acordo com Clark [6], considram-s as sguins grandzas: nívl d qualidad na mudança d condição d b para g; nívl d qualidad na mudança d condição d g para b; b duração do sado d prdas m rajadas (m sgundos); g duração do sado d prdas isoladas (m sgundos). Tais grandzas s rlacionam da sguin forma sgundo Clark (lusração 5): b b ( ) = (8) g g g ( ) = + (9) g ond ipicamn =5 sgundos =5 sgundos. Clark [6] ingra as xprssõs d para obr um médio, qu corrspondria ao (prda) da quação (5): b g ( b + g ( )( ) + ( )( )( b g) ( av) = b g b g + (0) y 3 ( k ( ( av )) (fim d chamada) = ( av) + () ) O fio da mmória rcn para drminação d (av) dado pla xprssão (0) pod sr modlado considrando qu a qualidad prcbida dcai xponncialmn aé b, com consan d mpo, na ransição nr um príodo d prdas isoladas para prdas m rajada, aumna xponncialmn aé g, com consan d mpo, na ransição nr um príodo d prdas m rajada para um príodo d prdas isoladas, sgundo as curvas, rspcivamn (lusração 5). Já para a drminação da qualidad final da ligação, (fim da chamada) dado pla xprssão (), a qualidad prcbida aumna xponncialmn com
39 consan d mpo 3, d valor ípico d 30 sgundos, a parir da úlima prda significan d pacos m rajada. A variávl y rprsna o mpo ranscorrido dsd a úlima prda m rajada k é uma consan d valor iqual a 0,7 [6]. lusração 5. Rprsnação do fio da mmória rcn.4 Sugsõs d Rvisão ao Modlo E Esndido Considrando qu as variávis g, b, b g nas quaçõs (8) (9) podm sr alimnadas aravés d parâmros colhidos do ranspor d voz, Clark [6] combina as quaçõs (8) (9) isolando, m função dsas variávis: b g ( ) + ( ) b b g = () b g b ( ) g g g ( ) + b = (3) b g Todavia, rfazndo os passos dscrios por Clark [6], prcb-s qu a parir das quaçõs (8) (9) não s consgu chgar às quaçõs () (3). Analisando como as quaçõs (8) (9) foram drivadas da lusração 5 (vr ambém Apêndic A), vrifica-s qu a quação (8) possui um pquna incorrção qu pod causar
40 problmas na drminação d (av) d (fim da chamada). Todavia, apsar da incorrção da quação (8), as quaçõs (0) () são corras. Considrando ainda qu a quação (8) foi ransporada para a Espcificação Técnica ETS TS 0 39-5 [0] rvisõs posriors [,], é imporan alrar para qu ais spcificaçõs écnicas sjam corrigidas qu a quação (8) sja alrada para a xprssão: b b ( ) = (4) b Parindo das quaçõs (4) (9), odas as xprssõs subsqüns são corramn obidas sm problmas. A incorrção da quação (8) sugr qu um rro rlvan pod sr insrido no cômpuo do Modlo E. Enrano, comparando sa quação com sua xprssão rvisada, a quação (4), noa-s qu, m cros casos spcíficos, ond os príodos d prdas m rajadas ndm a sr grands (supriors a, qu ipicamn quival a 5 sgundos), ambas quaçõs ndm a convrgir para = b. Consqünmn, os valors d (av) d ponuação MOS, obidos com o uso d ambas quaçõs, nss casos, ndm a convrgir para um valor aproximado. No Capíulo 3 é aprsnado um módulo para avaliação objiva d qualidad d voz qu implmna o cômpuo do Modlo E original, suas xnsõs rvisõs proposas ns capíulo. Objivando uma mlhor anális do modlo, são aprsnadas mdiçõs comparaçõs nr as abordagns d cômpuo discuidas ns capíulo.
4 Capíulo 3 MODFED BASED OPENH33 VOCE EVALUATON MODULE O Laboraório d Voz sobr P da Univrsidad Fdral do Rio d Janiro dsnvolvu uma infra-sruura [46] d gração, cola monioramno da qualidad d ligaçõs VoP basada na biblioca OpnH33 [38] capaz d xrair, por mio d monioração aiva, dados saísicos rfrns ao nívl d ranspor d ligaçõs aprsnar graficamn informaçõs d prdas d pacos, jir RTT ao longo d uma ligação. Com o inuio d avaliar as abordagns do cômpuo do Modlo E, ssa infra-sruura foi sndida ns rabalho, implmnando um módulo d avaliação analíica d qualidad d voz capaz d xrair, além das informaçõs rfrns ao nívl d ranspor, informaçõs rfrns ao nívl d aplicação, ais como dscar d pacos no buffr d compnsação d jir araso oal fim-a-fim (Ta). Es módulo dnominado Modifid OpnH33 Basd Voic Evaluaion Modul (MOBVEM). O MOBVEM ambém ofrc: anális da disribuição d dscars d pacos no buffr d prdas na rd, uilizando o modlo basado m cadia d Markov [6] capaz d disinguir príodos d prdas m rajadas d príodos d prdas isoladas; uilização d buffr d compnsação d jir com algorimo adapaivo para ajus dinâmico às condiçõs da rd; cômpuo do Modlo E sgundo as abordagns comnadas ns rabalho.
4 A infra-sruura (lusração 6) uiliza o H.33 [] como proocolo d sinalização d chamadas possui sua arquiura formada por dois programas: o opnam (ou Opn Answring Machin), um ipo d scrária lrônica VoP, o programa callr (ou Call Gnraor), uma modificação do opnam dsnvolvida por [47]. O programa callr raliza ligaçõs para o programa opnam, nviando um arquivo pré-gravado d áudio duran a ligação. O opnam, por sua vz, armazna o áudio rcbido m um arquivo rgisra m um log qu possui, além d oda sinalização H.33, odos os vnos d nvio rcpção d fluxos d mídia rlaórios RTCP informaçõs rfrns à camada d aplicação, como por xmplo, vnos rlacionados ao buffr d compnsação d jir. O arquivo d áudio rcbido plo opnam podria, vnualmn, sr submido a ouros méodos objivos d avaliação, como o PESQ (Prcpual Evaluaion of Spch Qualiy) [8] ou o PAMS (Prcpual Analysis Masurmn Sysm) [7]. lusração 6. nfra-sruura d gração, cola monioramno da qualidad d ligaçõs VoP Uilizando scrips dsnvolvidos m Prl [48], o MOBVEM é capaz d xrair dos arquivos d log das ligaçõs as informaçõs ncssárias para compuar o Modlo E, prmiindo ainda, qu gráficos com os rsulados obidos sjam grados a posriori.
43 3. Avaliação dos Modlos Com o objivo d avaliar as difrns abordagns do cômpuo d Modlo E, foi uilizado o módulo d avaliação para xrair a qualidad d várias ligaçõs VoP nr a Univrsidad Fdral do Rio d Janiro (UFRJ) a Univrsidad Fdral do Amazonas (UFAM), inrconcadas aravés do backbon da Rd Nacional d Psquisa (RNP). Para o xprimno, é uilizado o codc G.73. d 6,3 kbps + VAD com quadro d amanho d 30 ms. Dnr as ligaçõs originadas, foi slcionada uma qu possuíss as caracrísicas dsjadas para podr obsrvar o comporamno d prdas d pacos, ransição nr sados d prdas m rajada prdas isoladas, fio d mmória rcn, nr ouros. Os rsulados da avaliação da qualidad dssa ligação são aprsnados a sguir. lusração 7. Prda d pacos na rd lusração 8. Dscar d pacos no buffr d compnsação d jir A lusração 7 aprsna a prda d pacos na rd a lusração 8 aprsna o dscar d pacos no buffr d compnsação d jir ao longo da ligação slcionada. É imporan noar qu a anális da disribuição d prdas não disingu prdas d pacos na rd d dscars d pacos no buffr. Logo, é a soma dss dois faors qu influnciará na drminação do MOS da ligação.
44 A lusração 9 aprsna a variação do ao longo da ligação. Os valors d ilusrados nssa figura foram obidos usando a quação (4), qu subsiui a quação (8) da abordagm d Clark [6] sgundo nossas considraçõs (sção.4). A lusração 0 aprsna a variação d ao longo da ligação sgundo a abordagm original d Clark [6], qu foi considrada incorra. Conasa-s ns rabalho qu Clark obém uma avaliação da qualidad da voz mais pssimisa, já qu o valor d aumna mais bruscamn após um príodo d prdas m rajada dcrsc mais lnamn na ransição d um príodo d prdas m rajada para um príodo d prdas isoladas. lusração 9. obido sgundo a rvisão sugrida lusração 0. obido sgundo a abordagm d Clark A lusração aprsna a variação do d ao longo da ligação. Sus valors xprssos na curva foram drminados sgundo a abordagm m TU-T G.07 []. lusração. d (TU-T G.07) lusração. MOS (TU-T G.07)
45 Obsrva-s qu há uma ligira quda da influência do araso ao longo d oda ligação (lusração ). Esa ligira quda ocorr porqu o amanho inicial do buffr d compnsação d jir é suprsimado (m 6 ms). A aplicação prcb qu ss valor é suprior ao valor idal vai diminuindo-o progrssivamn, o qu, consqünmn, rduz a influência do araso na dgradação da fala. A lusração aprsna a variação do MOS compuado plo Modlo E sgundo a abordagm m TU-T G.07 []. Essa abordagm não considra o fio d mmória rcn não faz disinção nr os príodos d prdas m rajadas prdas isoladas. Assim, cada pono da curva ilusrada nssa ilusração rprsna um valor insanâno d MOS, qu spra-s qu sjam mnos fiéis à prcpção humana qu o rsulado aprsnado na lusração 3. lusração 3. Variação do MOS ao longo da ligação obida sgundo a rvisão sugrida lusração 4. Variação do MOS ao longo da ligação obida sgundo a abordagm d Clark A lusração 3 aprsna a variação do MOS compuado sgundo as considraçõs dscrias nss rabalho, ou sja, combinando os rsulados d influência d d, aprsnados na lusração 9 na lusração, rspcivamn. A curva aprsnada nssa ilusração rprsna a qualidad prcpívl ao usuário ao longo da ligação. A avaliação final da ligação, (fim da chamada) (), infrida plo Modlo E, sgundo sa abordagm, foi um MOS d 3,8.