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A cross-layer mechanism for QoS improvements in VoIP over multi-rate WLAN networks

Identificadores del recurso

9788469302811

http://www.tdx.cat/TDX-0113110-122900

http://hdl.handle.net/10803/7563

B.4452-2010

Procedencia

(Tesis de la Universitat Pompeu Fabra)

Ficha

Título:: A cross-layer mechanism for QoS improvements in VoIP over multi-rate WLAN networks
Tema:: SIP; adaptación de codificación de voz; redes inalámbricas multi-rate; IEEE 802.11; Voz sobre IP (VoIP); performance analysis; hotspot capacity; Call Admission Control (CAC); cross-layer; QoS; MAC; RTP/RTCP; voice codec adaptation; multi-rate wireless networks; VoIP; Calidad de Servicio; Control de Admisión de Llamadas (CAC); capacidad de hotspot; análisis de rendimiento; 62
Descripción:: In IEEE 802.11 WLANs, Link Adaptation mechanisms, which choose the transmission rate of each node, provoke unexpected and random variations on the effective channel capacity. When these changes are towards lower bitrates, inelastic flows, such as VoIP, can suffer from sudden congestion, which results on higher packet delays and losses. In this thesis, a VoIP codec adaptation algorithm is proposed as a solution, based on a cross-layer feedback from RTCP packets and the MAC layer, which can adapt the codecs of active calls to adjust them to the multirate scenario. A combination of this algorithm with a call admission control mechanism is also studied. The results show an important improvement in terms of the QoS of the already active flows as also in the total hotspot's capacity. Additionally, by defining a new Grade of Service related parameter, the Q-Factor, which captures the trade-off between dropping and blocking ratio and perceived speech quality, the codec adaptation algorithm can be tuned to achieve maximum capacity without severely penalizing any of those variables, and hence satisfying both technical and user quality requirements. Finally, a new QoS-enabled AP, which implements these enhancements is designed.; En las redes inalámbricas del estándar IEEE 802.11, los mecanismos de adaptación de enlace que eligen la tasa de transmisión de cada nodo, pueden provocar variaciones aleatorias e inesperadas en la capacidad efectiva del canal. Cuando estos cambios son hacia tasas de transmisión mas bajas, los flujos inelásticos, tales como los de VoIP, pueden de repente sufrir congestión, lo que se traduce en aumento de retrasos y pérdidas de paquetes. En esa tesis, se propone un algoritmo de adaptación de codificadores de voz como solución, basado en técnicas multinivel (cross-layer) que combinan el uso de información de diferentes capas, como los paquetes RTCP y la capa MAC, y que puede adaptar los codecs de las llamadas activas para ajustarlos al escenario "multi-rate". Adicionalmente, la combinación de este algoritmo con un mecanismo de control de admisión de llamadas (CAC) se ha estudiado. Los resultados muestran una importante mejora en términos de QoS de los flujos activos como también en la capacidad total del hotspot. Además, mediante la definición de un nuevo factor, el Q-Factor, que puede captar la compensación entre la tasa de corte y de bloqueo de llamadas y de la calidad percibida por esas, el algoritmo de adaptación de codecs se puede ajustar para lograr la máxima capacidad sin penalizar severamente ninguna de esas variables y así satisfacer los requisitos técnicos de calidad y los usuarios. Por último, un nuevo punto de acceso (AP) habilitado para ofrecer calidad de servicio, ha sido diseñado que lleva a cabo estas mejoras.; Programa de doctorat en Tecnologies de la Informació i les Comunicacions
Fuente:: TDX (Tesis Doctorals en Xarxa)
Idioma:: English
Autor/Productor:: Sfairopoulou, Anna
Editor:: Universitat Pompeu Fabra
Otros colaboradores/productores:: Bellalta, Boris; Macián, Carlos; Oliver Riera, Miquel; Universitat Pompeu Fabra. Departament de Tecnologies de la Informació i les Comunicacions
Derechos:: ADVERTIMENT. L'accés als continguts d'aquesta tesi doctoral i la seva utilització ha de respectar els drets de la persona autora. Pot ser utilitzada per a consulta o estudi personal, així com en activitats o materials d'investigació i docència en els termes establerts a l'art. 32 del Text Refós de la Llei de Propietat Intel·lectual (RDL 1/1996). Per altres utilitzacions es requereix l'autorització prèvia i expressa de la persona autora. En qualsevol cas, en la utilització dels seus continguts caldrà indicar de forma clara el nom i cognoms de la persona autora i el títol de la tesi doctoral. No s'autoritza la seva reproducció o altres formes d'explotació efectuades amb finalitats de lucre ni la seva comunicació pública des d'un lloc aliè al servei TDX. Tampoc s'autoritza la presentació del seu contingut en una finestra o marc aliè a TDX (framing). Aquesta reserva de drets afecta tant als continguts de la tesi com als seus resums i índexs.; info:eu-repo/semantics/openAccess
Fecha:: 2011-04-12T16:36:37Z; 2010-01-13; 2008-07-28
Tipo de recurso:: info:eu-repo/semantics/doctoralThesis; info:eu-repo/semantics/publishedVersion
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1. <dc:title>A cross-layer mechanism for QoS improvements in VoIP over multi-rate WLAN networks</dc:title>
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  1. <subfield code="a">En las redes inalámbricas del estándar IEEE 802.11, los mecanismos de adaptación de enlace que eligen la tasa de transmisión de cada nodo, pueden provocar variaciones aleatorias e inesperadas en la capacidad efectiva del canal. Cuando estos cambios son hacia tasas de transmisión mas bajas, los flujos inelásticos, tales como los de VoIP, pueden de repente sufrir congestión, lo que se traduce en aumento de retrasos y pérdidas de paquetes. En esa tesis, se propone un algoritmo de adaptación de codificadores de voz como solución, basado en técnicas multinivel (cross-layer) que combinan el uso de información de diferentes capas, como los paquetes RTCP y la capa MAC, y que puede adaptar los codecs de las llamadas activas para ajustarlos al escenario "multi-rate". Adicionalmente, la combinación de este algoritmo con un mecanismo de control de admisión de llamadas (CAC) se ha estudiado. Los resultados muestran una importante mejora en términos de QoS de los flujos activos como también en la capacidad total del hotspot. Además, mediante la definición de un nuevo factor, el Q-Factor, que puede captar la compensación entre la tasa de corte y de bloqueo de llamadas y de la calidad percibida por esas, el algoritmo de adaptación de codecs se puede ajustar para lograr la máxima capacidad sin penalizar severamente ninguna de esas variables y así satisfacer los requisitos técnicos de calidad y los usuarios. Por último, un nuevo punto de acceso (AP) habilitado para ofrecer calidad de servicio, ha sido diseñado que lleva a cabo estas mejoras.</subfield>
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        <mods:abstract>En las redes inalámbricas del estándar IEEE 802.11, los mecanismos de adaptación de enlace que eligen la tasa de transmisión de cada nodo, pueden provocar variaciones aleatorias e inesperadas en la capacidad efectiva del canal. Cuando estos cambios son hacia tasas de transmisión mas bajas, los flujos inelásticos, tales como los de VoIP, pueden de repente sufrir congestión, lo que se traduce en aumento de retrasos y pérdidas de paquetes. En esa tesis, se propone un algoritmo de adaptación de codificadores de voz como solución, basado en técnicas multinivel (cross-layer) que combinan el uso de información de diferentes capas, como los paquetes RTCP y la capa MAC, y que puede adaptar los codecs de las llamadas activas para ajustarlos al escenario "multi-rate". Adicionalmente, la combinación de este algoritmo con un mecanismo de control de admisión de llamadas (CAC) se ha estudiado. Los resultados muestran una importante mejora en términos de QoS de los flujos activos como también en la capacidad total del hotspot. Además, mediante la definición de un nuevo factor, el Q-Factor, que puede captar la compensación entre la tasa de corte y de bloqueo de llamadas y de la calidad percibida por esas, el algoritmo de adaptación de codecs se puede ajustar para lograr la máxima capacidad sin penalizar severamente ninguna de esas variables y así satisfacer los requisitos técnicos de calidad y los usuarios. Por último, un nuevo punto de acceso (AP) habilitado para ofrecer calidad de servicio, ha sido diseñado que lleva a cabo estas mejoras.</mods:abstract>
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10. <mods:abstract>En las redes inalámbricas del estándar IEEE 802.11, los mecanismos de adaptación de enlace que eligen la tasa de transmisión de cada nodo, pueden provocar variaciones aleatorias e inesperadas en la capacidad efectiva del canal. Cuando estos cambios son hacia tasas de transmisión mas bajas, los flujos inelásticos, tales como los de VoIP, pueden de repente sufrir congestión, lo que se traduce en aumento de retrasos y pérdidas de paquetes. En esa tesis, se propone un algoritmo de adaptación de codificadores de voz como solución, basado en técnicas multinivel (cross-layer) que combinan el uso de información de diferentes capas, como los paquetes RTCP y la capa MAC, y que puede adaptar los codecs de las llamadas activas para ajustarlos al escenario "multi-rate". Adicionalmente, la combinación de este algoritmo con un mecanismo de control de admisión de llamadas (CAC) se ha estudiado. Los resultados muestran una importante mejora en términos de QoS de los flujos activos como también en la capacidad total del hotspot. Además, mediante la definición de un nuevo factor, el Q-Factor, que puede captar la compensación entre la tasa de corte y de bloqueo de llamadas y de la calidad percibida por esas, el algoritmo de adaptación de codecs se puede ajustar para lograr la máxima capacidad sin penalizar severamente ninguna de esas variables y así satisfacer los requisitos técnicos de calidad y los usuarios. Por último, un nuevo punto de acceso (AP) habilitado para ofrecer calidad de servicio, ha sido diseñado que lleva a cabo estas mejoras.</mods:abstract>
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34. <dc:description>In IEEE 802.11 WLANs, Link Adaptation mechanisms, which choose the transmission rate of each node, provoke unexpected and random variations on the effective channel capacity. When these changes are towards lower bitrates, inelastic flows, such as VoIP, can suffer from sudden congestion, which results on higher packet delays and losses. In this thesis, a VoIP codec adaptation algorithm is proposed as a solution, based on a cross-layer feedback from RTCP packets and the MAC layer, which can adapt the codecs of active calls to adjust them to the multirate scenario. A combination of this algorithm with a call admission control mechanism is also studied. The results show an important improvement in terms of the QoS of the already active flows as also in the total hotspot's capacity. Additionally, by defining a new Grade of Service related parameter, the Q-Factor, which captures the trade-off between dropping and blocking ratio and perceived speech quality, the codec adaptation algorithm can be tuned to achieve maximum capacity without severely penalizing any of those variables, and hence satisfying both technical and user quality requirements. Finally, a new QoS-enabled AP, which implements these enhancements is designed.</dc:description>
35. <dc:description>En las redes inalámbricas del estándar IEEE 802.11, los mecanismos de adaptación de enlace que eligen la tasa de transmisión de cada nodo, pueden provocar variaciones aleatorias e inesperadas en la capacidad efectiva del canal. Cuando estos cambios son hacia tasas de transmisión mas bajas, los flujos inelásticos, tales como los de VoIP, pueden de repente sufrir congestión, lo que se traduce en aumento de retrasos y pérdidas de paquetes. En esa tesis, se propone un algoritmo de adaptación de codificadores de voz como solución, basado en técnicas multinivel (cross-layer) que combinan el uso de información de diferentes capas, como los paquetes RTCP y la capa MAC, y que puede adaptar los codecs de las llamadas activas para ajustarlos al escenario "multi-rate". Adicionalmente, la combinación de este algoritmo con un mecanismo de control de admisión de llamadas (CAC) se ha estudiado. Los resultados muestran una importante mejora en términos de QoS de los flujos activos como también en la capacidad total del hotspot. Además, mediante la definición de un nuevo factor, el Q-Factor, que puede captar la compensación entre la tasa de corte y de bloqueo de llamadas y de la calidad percibida por esas, el algoritmo de adaptación de codecs se puede ajustar para lograr la máxima capacidad sin penalizar severamente ninguna de esas variables y así satisfacer los requisitos técnicos de calidad y los usuarios. Por último, un nuevo punto de acceso (AP) habilitado para ofrecer calidad de servicio, ha sido diseñado que lleva a cabo estas mejoras.</dc:description>
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1. <dc:title>A cross-layer mechanism for QoS improvements in VoIP over multi-rate WLAN networks</dc:title>
2. <dc:creator>Sfairopoulou, Anna</dc:creator>
3. <dc:contributor>Bellalta, Boris</dc:contributor>
4. <dc:contributor>Macián, Carlos</dc:contributor>
5. <dc:contributor>Oliver Riera, Miquel</dc:contributor>
6. <dc:subject>SIP</dc:subject>
7. <dc:subject>adaptación de codificación de voz</dc:subject>
8. <dc:subject>redes inalámbricas multi-rate</dc:subject>
9. <dc:subject>IEEE 802.11</dc:subject>
10. <dc:subject>Voz sobre IP (VoIP)</dc:subject>
11. <dc:subject>performance analysis</dc:subject>
12. <dc:subject>hotspot capacity</dc:subject>
13. <dc:subject>Call Admission Control (CAC)</dc:subject>
14. <dc:subject>cross-layer</dc:subject>
15. <dc:subject>QoS</dc:subject>
16. <dc:subject>MAC</dc:subject>
17. <dc:subject>RTP/RTCP</dc:subject>
18. <dc:subject>SIP</dc:subject>
19. <dc:subject>voice codec adaptation</dc:subject>
20. <dc:subject>multi-rate wireless networks</dc:subject>
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22. <dc:subject>VoIP</dc:subject>
23. <dc:subject>RTP/RTCP</dc:subject>
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25. <dc:subject>Calidad de Servicio</dc:subject>
26. <dc:subject>cross-layer</dc:subject>
27. <dc:subject>Control de Admisión de Llamadas (CAC)</dc:subject>
28. <dc:subject>capacidad de hotspot</dc:subject>
29. <dc:subject>análisis de rendimiento</dc:subject>
30. <dcterms:abstract>In IEEE 802.11 WLANs, Link Adaptation mechanisms, which choose the transmission rate of each node, provoke unexpected and random variations on the effective channel capacity. When these changes are towards lower bitrates, inelastic flows, such as VoIP, can suffer from sudden congestion, which results on higher packet delays and losses. In this thesis, a VoIP codec adaptation algorithm is proposed as a solution, based on a cross-layer feedback from RTCP packets and the MAC layer, which can adapt the codecs of active calls to adjust them to the multirate scenario. A combination of this algorithm with a call admission control mechanism is also studied. The results show an important improvement in terms of the QoS of the already active flows as also in the total hotspot's capacity. Additionally, by defining a new Grade of Service related parameter, the Q-Factor, which captures the trade-off between dropping and blocking ratio and perceived speech quality, the codec adaptation algorithm can be tuned to achieve maximum capacity without severely penalizing any of those variables, and hence satisfying both technical and user quality requirements. Finally, a new QoS-enabled AP, which implements these enhancements is designed.</dcterms:abstract>
31. <dcterms:abstract>En las redes inalámbricas del estándar IEEE 802.11, los mecanismos de adaptación de enlace que eligen la tasa de transmisión de cada nodo, pueden provocar variaciones aleatorias e inesperadas en la capacidad efectiva del canal. Cuando estos cambios son hacia tasas de transmisión mas bajas, los flujos inelásticos, tales como los de VoIP, pueden de repente sufrir congestión, lo que se traduce en aumento de retrasos y pérdidas de paquetes. En esa tesis, se propone un algoritmo de adaptación de codificadores de voz como solución, basado en técnicas multinivel (cross-layer) que combinan el uso de información de diferentes capas, como los paquetes RTCP y la capa MAC, y que puede adaptar los codecs de las llamadas activas para ajustarlos al escenario "multi-rate". Adicionalmente, la combinación de este algoritmo con un mecanismo de control de admisión de llamadas (CAC) se ha estudiado. Los resultados muestran una importante mejora en términos de QoS de los flujos activos como también en la capacidad total del hotspot. Además, mediante la definición de un nuevo factor, el Q-Factor, que puede captar la compensación entre la tasa de corte y de bloqueo de llamadas y de la calidad percibida por esas, el algoritmo de adaptación de codecs se puede ajustar para lograr la máxima capacidad sin penalizar severamente ninguna de esas variables y así satisfacer los requisitos técnicos de calidad y los usuarios. Por último, un nuevo punto de acceso (AP) habilitado para ofrecer calidad de servicio, ha sido diseñado que lleva a cabo estas mejoras.</dcterms:abstract>
32. <dcterms:dateAccepted>2010-01-13</dcterms:dateAccepted>
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41. <dc:identifier>B.4452-2010</dc:identifier>
42. <dc:language>eng</dc:language>
43. <dc:rights>ADVERTIMENT. L'accés als continguts d'aquesta tesi doctoral i la seva utilització ha de respectar els drets de la persona autora. Pot ser utilitzada per a consulta o estudi personal, així com en activitats o materials d'investigació i docència en els termes establerts a l'art. 32 del Text Refós de la Llei de Propietat Intel·lectual (RDL 1/1996). Per altres utilitzacions es requereix l'autorització prèvia i expressa de la persona autora. En qualsevol cas, en la utilització dels seus continguts caldrà indicar de forma clara el nom i cognoms de la persona autora i el títol de la tesi doctoral. No s'autoritza la seva reproducció o altres formes d'explotació efectuades amb finalitats de lucre ni la seva comunicació pública des d'un lloc aliè al servei TDX. Tampoc s'autoritza la presentació del seu contingut en una finestra o marc aliè a TDX (framing). Aquesta reserva de drets afecta tant als continguts de la tesi com als seus resums i índexs.</dc:rights>
44. <dc:rights>info:eu-repo/semantics/openAccess</dc:rights>
45. <dc:publisher>Universitat Pompeu Fabra</dc:publisher>
46. <dc:source>TDX (Tesis Doctorals en Xarxa)</dc:source>
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  2. <dc:creator>Sfairopoulou, Anna</dc:creator>
  3. <dc:contributor>anna.sfairopoulou@upf.edu</dc:contributor>
  4. <dc:contributor>true</dc:contributor>
  5. <dc:contributor>Bellalta, Boris</dc:contributor>
  6. <dc:contributor>Macián, Carlos</dc:contributor>
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  8. <dc:subject>SIP</dc:subject>
  9. <dc:subject>adaptación de codificación de voz</dc:subject>
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        <field name="value">ADVERTIMENT. L'accés als continguts d'aquesta tesi doctoral i la seva utilització ha de respectar els drets de la persona autora. Pot ser utilitzada per a consulta o estudi personal, així com en activitats o materials d'investigació i docència en els termes establerts a l'art. 32 del Text Refós de la Llei de Propietat Intel·lectual (RDL 1/1996). Per altres utilitzacions es requereix l'autorització prèvia i expressa de la persona autora. En qualsevol cas, en la utilització dels seus continguts caldrà indicar de forma clara el nom i cognoms de la persona autora i el títol de la tesi doctoral. No s'autoritza la seva reproducció o altres formes d'explotació efectuades amb finalitats de lucre ni la seva comunicació pública des d'un lloc aliè al servei TDX. Tampoc s'autoritza la presentació del seu contingut en una finestra o marc aliè a TDX (framing). Aquesta reserva de drets afecta tant als continguts de la tesi com als seus resums i índexs.</field>
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      1. <field name="value">A cross-layer mechanism for QoS improvements in VoIP over multi-rate WLAN networks</field>
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