Measuring and improving the quality of experience of mobile voice over IP

par Najmeddine Majed

Thèse de doctorat en Informatique

Sous la direction de Xavier Lagrange.

Soutenue le 03-10-2018

à l'Ecole nationale supérieure Mines-Télécom Atlantique Bretagne Pays de la Loire , dans le cadre de École doctorale Mathématiques et sciences et technologies de l'information et de la communication (Rennes) , en partenariat avec Advanced technologies for operated networks (laboratoire) , Département Systèmes Réseaux, Cybersécurité et Droit du numérique (laboratoire) et de Institut de recherche en informatique et systèmes aléatoires (Rennes) (laboratoire) .

Le président du jury était Ken Chen.

Le jury était composé de Xavier Lagrange, Philippe Martins Goncalves, Toufik Ahmed, Véronique Vèque, Stéphane Ragot, Alberto Blanc.

Les rapporteurs étaient Philippe Martins Goncalves, Toufik Ahmed.

  • Titre traduit

    Mesure et amélioration de la qualité d’expérience des services Voix sur IP mobiles


  • Résumé

    Les réseaux mobiles 4G basés sur la norme LTE (Long Term Evolution), sont des réseaux tout IP. Les différents problèmes de transport IP comme le retard, la gigue et la perte despaquets peuvent fortement dégrader la qualité des communications temps réel telles que la téléphonie. Les opérateurs ont mis en oeuvre des mécanismes d’optimisation du transport de la voix dans le réseau afin d'améliorer la qualité perçue. Cependant, les algorithmes propriétaires de gestion de la qualité dans les terminaux ne sont pas spécifiés dans les standards. Dans ce contexte, nous nous intéressons aux mécanismes d'adaptation de média, intégrés dans les terminaux afin d'améliorer la qualité d’expérience (QoE). En particulier, nous évaluons de manière expérimentale des métriques QoE de la voix sur LTE (VoLTE) en utilisant une méthode de test standardisée. Nous proposons d’améliorer la méthode de test et discutons la manière dont cette méthode peut être étendue pour évaluer les performances du buffer de gigue. Nous évaluons également de manière expérimentale la qualité de WebRTC dans différentes conditions radios en utilisant un réseau réel. Nous évaluons l'impact du buffer de gigue et de la variation du débit sur la qualité mesurée. Pour améliorer la robustesse des codecs contre la perte de paquets, nous proposons d’utiliser une redondance simple au niveau applicatif. Nous implémentons cette redondance pour le codec EVS (Enhanced Voice Service) et nous évaluons ses performances. Enfin, nous proposons un protocole de signalisation qui permet d’envoyer des requêtes de redondance au cours d’une communication afin d’activer ou désactiver celle-ci dynamiquement.


  • Résumé

    Fourth-generation mobile networks, based on the Long Term Evolution (LTE) standard, are all- IP networks. Thus, mobile telephony providers are facing new types of quality degradations related to the voice packet transport over IP network such as delay, jitter and packet loss. These factors can heavily degrade voice communications quality. The real-time constraint of such services makes them highly sensitive to delay and loss. Network providers have implemented several network optimizations for voice transport to enhance perceived quality. However, the proprietary quality management algorithms implemented in terminals are left unspecified in the standards. In this context, we are interested in media adaptation mechanisms integrated in terminals to enhance the overall Quality of Experience (QoE). In particular, we experimentally evaluate Voice over LTE (VoLTE) QoE metrics such as delay and Mean Opinion Score (MOS) sing a standardized test method. We propose some enhancements to the actual test method and discuss how this method can be extended to evaluate de-jitter buffer performance. We also experimentally evaluate WebRTC voice quality in different radio conditions using a realLTE test network. We evaluate the impact of jitter buffer and bit rate variations on the measured quality. To enhance voice codec robustness against packet loss, we propose a simple application layer redundancy. We implemented it for the Enhanced Voice Service (EVS) codec and evaluate it. Finally, we propose a signaling protocol that allows sending redundancy requests during a call to dynamically activate or deactivate the redundancy mechanism.


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