BRPI0708578A2

BRPI0708578A2 - empacotamento adaptativo de voz

Info

Publication number: BRPI0708578A2
Application number: BRPI0708578-8A
Authority: BR
Inventors: Terence Douglas Todd; Ahmad Mohammad Mohammad Kholaif
Original assignee: Univ Mcmaster
Priority date: 2006-03-08
Filing date: 2007-03-05
Publication date: 2011-05-31
Also published as: KR101052815B1; ATE518330T1; CN101438550B; EP1997286A4; US20100260051A1; CA2644437C; EP1997286A1; CN101438550A; US7796516B2; US8451728B2; CA2644437A1; EP1997286B1; WO2007101328A1; US20070211767A1; JP5049298B2; JP2009529255A; KR20090005303A

Abstract

EMPACOTAMENTO ADAPTATIVO DE VOZ é apresentado um método para adaptar o tamanho de pacote para comunicações VoIP, determinado instantaneamente pelo retardo de rede total inerente no momento da transmissão do pacote. Se os retardos de rede forem pequenos em relação à latência máxima permissível para comunicações VoIP, o tamanho da carga útil por pacote pode ser aumentado para maximizar a eficiência para a chamada transmitida. Alternativamente, se os retardos de rede forem grandes, o tamanho de carga útil por pacote pode ser diminuído para garantir que a qualidade percebida da chamada transmitida seja aceitável.

Description

EMPACOTAMENTO ADAPTATIVO DE VOZ

ANTECEDENTES

Em anos recentes, o padrão IEEE 802.11 para Redesde Área Local sem Fio (WLANs) emergiu como uma tecnologiapredominante para redes de acesso sem fio de banda larga"last mile". Embora a aplicação principal dessas redestenha sido a de prover conectividade aos dispositivosexecutando aplicações de dados de melhor realização, talcomo correio eletrônico e navegação na Rede, o interesseestá crescendo em suportar serviços isocrônicos tal comoserviço de telefonia ou de vídeo contínuo. Protocolo Vozsobre Internet (VoIP) através de WLAN (VoWLAN) é atualmenteuma das aplicações da Internet que cresce mais rapidamente.

Em VoIP, o sinal de voz é amostrado em uma taxafixa. Um "pacote" é montado a partir dos dados, incluindomúltiplos cabeçalhos, uma carga útil e um ou mais rodapés.Os cabeçalhos e os rodapés incluem: (i) informação sobre aorigem e destino do pacote; (ii) informação sobre a posiçãorelativa do pacote no fluxo de pacotes que compreende achamada; (iii) informação sobre os protocolos decomunicação sendo usados pela rede; e (iv) informação deverificação de erro, entre outras coisas. Considerados emconjunto, os cabeçalhos e os rodapés são referidos comooverhead associado a um pacote. A carga útil é a porção dopacote que contém as amostras de voz correspondendo aosinal de voz digitalizada. O tempo entre a geração de doispacotes consecutivos é conhecido como o intervalo deempacotamento. Tipicamente, os pacotes são de umcomprimento constante, e o intervalo de empacotamento édeterminado pelo tipo de codificador de voz sendo usadopara transmitir a chamada. Codificadores de voz típicosutilizam intervalos e empacotamento de 10-30ms. Porexemplo, codificadores de voz do tipo G.711 freqüentementeutilizam um intervalo de empacotamento de 20ms.

Para intervalos de empacotamento curtos, a fraçãode um pacote correspondendo ao overhead pode ser grande,devido principalmente ao número de bytes exigidos paracaracterizar as várias camadas de protocolo. A eficiênciade transmissão da chamada é amplamente determinada pelafração do pacote que corresponde à carga útil efetiva.

Pacotes maiores com uma carga útil maior aumentam aeficiência da comunicação, mas sob certas circunstânciaspodem resultar em qualidade insuficiente da chamadatelefônica devido à latência de empacotamento aumentada.

Em muitos casos, os dispositivos usados parachamadas VoIP são dispositivos portáteis de mão, que sãoalimentados por baterias. Intervalos curtos deempacotamento resultam em esgotamento mais rápido daenergia armazenada em um dispositivo de comunicação móvelalimentado por bateria, porque a percentagem de tempo que odispositivo está envolvido em transmitir/receber os pacotesde voz é superior para a mesma quantidade de dados devidoao overhead em cada pacote curto. Intervalos deempacotamento mais longos também são desejáveis nessecontexto para diminuir a utilização de energia e conservaras baterias.

SUMÁRIO

É apresentado um método para adaptar o tamanho depacote para comunicações VoIP, determinado instantaneamentepela latência de rede no momento do estabelecimento daconexão ou transmissão do pacote. Se retardos de rede forempequenos em relação à latência máxima permitida paracomunicações VoIP, o tamanho útil por pacote pode seraumentado, isto é, um intervalo de empacotamento mais longopode ser usado, para maximizar a eficiência para a chamadatransmitida. Alternativamente, se os retardos de rede sãograndes, um intervalo de paquetização mais curto pode serusado para garantir que a qualidade percebida da chamadatransmitida seja aceitável. Uma única chamada VoIP pode serdividida em dois ou mais ramais concatenados, em que cadaramal pode usar um diferente intervalo de empacotamento.Além de medir ou avaliar a latência da chamada VoIP paradeterminar o intervalo de empacotamento, medidas dedesempenho de rede global também podem ser consideradas. Os intervalos de empacotamento podem ser ajustados paramaximizar o número total de chamadas VoIP que podem seracomodadas pela rede em um momento, ou para reduzir ocarregamento em certos pontos de acesso de rede que estãoexperimentando tráfego particularmente intenso.

DESCRIÇÃO RESUMIDA DOS DESENHOS

Modalidades são ilustradas como exemplo e nãolimitação nas figuras dos desenhos anexos, nos quaisnumerais de referência semelhantes indicam elementoscorrespondentes, análogos ou similares, e nos quais:

A Figura 1 é um desenho esquemático de umaestrutura de pacote exemplar;

A Figura 2 é um desenho esquemático de um sistemaWLAN exemplar que é compatível com um esquema deEmpacotamento Adaptativo de Voz (AVP);

A Figura 3 é um fluxograma de um método exemplarpara AVP, compatível com o sistema WLAN mostrado na Figura 2; e

A Figura 4 é um desenho esquemático de umservidor AVP exemplar, compatível com o método mostrado naFigura 3.

Será considerado que para simplicidade e clarezade ilustração, os elementos mostrados nas figuras não foramnecessariamente traçados em escala. Por exemplo, asdimensões de alguns dos elementos podem ser exageradas emrelação a outros elementos para clareza.

DESCRIÇÃO DETALHADA

Na descrição detalhada seguinte, vários detalhesespecíficos são apresentados para prover um entendimentocompleto das modalidades. Contudo, será entendido poraqueles de conhecimento comum na técnica que as modalidadespodem ser praticadas sem esses detalhes específicos. Emoutros casos, métodos, procedimentos, componentes ecircuitos bem conhecidos não foram descritos em detalhe demodo a não obscurecer as modalidades.

Para aumentar a eficiência de transmissão de umachamada VoIP, um pacote mais longo pode ser usado paraaumentar a carga útil em relação ao overhead. Contudo, sobcertas circunstâncias, pacotes mais longos podem ter umefeito negativo sobre a qualidade percebida da chamada.

Como mais dados de voz são contidos em cada pacote, a perdade um único pacote durante a transmissão tem um impactomais grave sobre a qualidade percebida da chamada do que aperda de pacotes mais curtos. Embora técnicas de Ocultaçãode Perda de Pacote (PLC) possam ser usadas para mascarar oefeito dos pacotes perdidos, técnicas PLC atuais sãoinadequadas para ocultar a perda de mais do que 2Oms deamostras para um codificar de voz do tipo G.711. 30-40ms deamostras podem ser ocultos para os codificadores de vozG.729 e G.723. Intervalos mais longos de empacotamento(resultantes de pacotes mais longos) também contribuem paralatência aumentada, ou retardo de transmissão, para achamada. Um alvo máximo de latência especificado pelopadrão G.114 do Setor de Padronização da União deTelecomunicações Internacionais (ITU-T) freqüentemente éusado; e se declara que um retardo máximo em uma via (bocaaté ouvido) de 150ms provê qualidade satisfatória paraaplicações de telefonia. Para limitar a latência de viaúnica a 150ms, todos os retardos internos de rede devem serconsiderados e controlados: incluindo, por exemplo,propagação e enfileiramento de retardo através da rede,programação de retardo devido a congestionamento, e retardode seriação de link de acesso. O intervalo de empacotamentotambém contribui para a latência, e que o retardo mínimo devia única para um intervalo de empacotamento de IOOms é de 100ms.

A latência para uma única chamada comunicada emuma determinada rede é altamente variável e específica paraaquela chamada específica. Ela depende de fatores tais comoa quantidade do tráfego de rede naquele momento, ou a"localização" do dispositivo originador em relação aodispositivo de destino, isto é, o número e o tipo dedispositivos intermediários que são exigidos para conectaros dois dispositivos. Atualmente, contudo, um intervalo deempacotamento padrão é tipicamente usado, correspondendo aocodificador de voz usado. A Tabela 1 relaciona osintervalos de empacotamento típicos usados para os tiposcomuns de codificadores de voz. Esses codificadores e vozsão todos dispositivos de taxa de bits constante (CBR) . Amaioria das estações móveis de WLAN comercialmentedisponíveis gera quadros de áudio em uma taxa constante;contudo, várias estações móveis comercialmente disponíveissuportam diferentes conjuntos de codificadores de voz emdiferentes taxas e codificação de voz e com variadosintervalos de empacotamento. As novas estações móveis podempermitir uma determinação mais flexível dos intervalos deempacotamento, por exemplo, em múltiplos de IOms até certovalor máximo.

Tabela 1 - Atributos exemplares de codecs comumenteutilizados

<table>table see original document page 7</column></row><table>

O intervalo máximo de empacotamento que pode serusado, sujeito a limitações de latência de extremidade aextremidade, pode ser altamente específico para uma chamadaespecífica, de acordo com a utilização da rede naquelemomento e a localização dos dispositivos de origem edestino dentro da rede. Por exemplo, no momento da chamada,alguns dos pontos de acesso (AP) na rede podem estarexperimentando tráfego particularmente intenso. Se aschamadas exigirem roteamento através de um desses APs, sepode esperar latência aumentada. Mediante maximizaçãodinâmica do intervalo de empacotamento como uma função dalatência efetiva de extremidade a extremidade no momento dachamada efetiva, a eficiência de transmissão para cadachamada pode ser aumentada, e a eficiência global da redeWLAN para suportar tráfego VoIP pode ser maximizada. Alémdisso, utilizar intervalos de empacotamento mais longospode resultar em consumo reduzido de energia para asestações móveis alimentadas por bateria.

A Figura 1 é um diagrama esquemático de umaestrutura de pacote exemplar para uma chamada VoWLAN. Cadapacote 100 é compreendido dos seguintes ramais componentes:(i) um cabeçalho 102 compreendido de um cabeçalho de camadaFísica (cabeçalho PHY), um cabeçalho de controle de acessoao Meio (cabeçalho MAC), e 40-Bytes de cabeçalhos em outrascamadas (por exemplo, Protocolo Internet (IP), Protocolo deDatagrama de Usuário (UDP), e Protocolo de Transporte emTempo Real (RTP)); (ü) uma carga útil relativamentepequena de 10-30 Bytes significativos de dados 104; e (iii)um rodapé 106 compreendido de valores de verificação deredundância cíclica (CRC) usados para garantir aintegridade do pacote recebido.A Figura 2 mostra um sistema WLAN exemplar 200,capaz de suportar um esquema de Empacotamento Adaptativo deVoz (AVP). Um conjunto de APs 202, 204 e 206 proporcionacobertura sem fio para uma população de estações móveis(MS), incluindo 208 e 210. Embora a LAN seja ilustrada comoum meio compartilhado, na prática ela compreende maiscomumente um conjunto de comutadores de camada 2interconectados. Um servidor 2 02 de portal de tempo realhabilitado para AVP (AVP-RTG) é colocado na rede comutadaque serve os APs. Um roteador local 214 controla acomunicação com a Internet e/ou uma Rede de TelefoniaPadrão Pública (PSTN) através de um portal 216.

Exemplos de dispositivos para estações móveis208, 210, são os fones IP, telefones celulares, telefonesinteligentes, assistentes pessoais digitais (PDAs),computadores de mão sem fio, computadores notebook sem fio,computadores laptop sem fio, computadores pessoais de mesasem fio e semelhantes.

0 servidor pode ser qualquer portal de vozconvencional ou proxy RTP que caracterize o esquema AVP. 0termo "servidor" pretende abranger uma funcionalidade dedispositivos semelhante à de um computador (por exemplo,tendo capacidade de computação, memória, e/ou capacidade deconectividade). Um servidor típico de acordo com adefinição conforme usada no presente pedido pode incluir,mas não é limitado a qualquer computador (por exemplo,computador de grande porte, servidor corporativo,computador pessoal, laptop, PDA, e semelhante). Em váriasoutras modalidades da presente invenção, o termo "servidor"pretende abranger um dispositivo não consideradotipicamente um computador, mas tendo capacidades similares.

A Figura 3 mostra um método exemplar para AVP queé compatível com as estações móveis legadas de IEEE 802.11,e pode ser suportado por uma rede tal como é mostrada naFigura 2. Nesse método, todo o tráfego de voz intra-empresaatravés dos APs é encaminhado através do servidor AVP RTG212 antes de passar para os APs de destino, incluindo otráfego que passa através de um único AP, isto é, quandoambas as partes da chamada estão na região de cobertura do mesmo AP. O fluxo de pacote de longo curso a partir da LANpermanece inalterado e é enviado diretamente para oroteador local 214. Durante estabelecimento de conexão etroca de mensagens SDP (Protocolo de Descrição de Sessão),o servidor AVP-RTG 212 negocia os intervalos deempacotamento de voz máximos possíveis com ambas asestações móveis sujeito às limitações de tipo de codec elatência de ida e volta. Para tráfego interno, a taxa deperda de pacote é tipicamente muito lenta, de modo que aperda infreqüente dos pacotes mais longos tem efeito mínimosobre a qualidade da chamada.

Em 3 02, MS 208 inicia uma chamada para MS 210mediante transmissão de uma solicitação de chamada atravésdo AP 202 para o servidor AVP-RTG 212. Essa solicitação dechamada poderia ser enviada diretamente a partir de MS 208para o servidor AVP-RTG 212 ou ela poderia ser enviada porintermédio de outro meio tal como um servidor proxy SIP. Em306, o servidor AVP-RTG 212 negocia uma conexão VoIP comambas, MS 208 e MS 210, de tal modo que dois "ramais"constituem uma única chamada VoIP, com cada ramal tendo umadas estações móveis (isto é, 208 ou 210) e o servidor AVP-RTG 212 como seus pontos de terminação. Em 308, MS 208 medea latência de ida e volta da conexão com o servidor AVP-RTG212. Uma estação móvel baseada em IP pode facilmente mediro retardo e instabilidade de uma conexão RTP utilizando,por exemplo, os pacotes SR e RR (Informe do Remetente eInforme do Receptor) do Protocolo de Controle em Tempo Real(RTCP). Em 310, MS 208 envia medições de latência para oservidor AVP-RTG 212, por exemplo, estatísticas do retardode ida e volta tal como a média e a variância. 0 servidorAVP-RTG 212 utiliza a informação de latência medida paradeterminar a "margem de latência" disponível para o ramal,isto é, a diferença entre a latência efetiva e a latênciamáxima permissível. Em 312, o servidor AVP-RTG 212 negocia,através de sinalização de Protocolo de Iniciação de Sessãoe Protocolo de Descrição de Sessão (SIP/SDP), um intervalode empacotamento para o ramal mediante determinação dointervalo máximo de empacotamento suportado pela MS 208,sujeito a limitações de latência máxima para aquele ramal.

Em 314-318, um segundo intervalo de empacotamento separadopara o segundo ramal da comunicação é determinado. Em 320,o servidor AVP-RTG 212 atua como um conversor mediante re-empacotamento de todos os dados que chegam a partir de umramal em pacotes do comprimento apropriado para o outroramal antes de transmitir os mesmos para AP 206, e vice-versa. Essa ação é transparente para a MS 208 e MS 210. Tero servidor AVP-RTG 212 fracionando cada conexão de voz deextremidade a extremidade em dois ramais separados permitea negociação de intervalos assimétricos de empacotamentopara os dois ramais da mesma chamada de voz. Isso pode serútil, por exemplo, porque diferentes estações móveisbaseadas em IP têm diferentes conjuntos de codecs de vozcom diferentes valores suportados para intervalos deempacotamento e armazenadores de recepção.

Nesse método exemplar, a latência é efetivamentemedida pela estação móvel, contudo, outros métodos paramedir a latência podem ser substitutos. Por exemplo, alatência da conexão pode ser medida por um dispositivoadicional, separado que está em série com a conexão, oupelo próprio servidor AVP-RTG. Alternativamente, a latênciapode ser estimada ou modelada com base no conhecimento daslocalizações relativas do par de dispositivos decomunicação e das características da rede.

Instruções executáveis por computador paraimplementar um esquema de empacotamento de voz adaptativotal como o método descrito acima pode ser armazenado em umaforma de meios legíveis por computador. Meios legíveis porcomputador incluem meios voláteis e não-voláteis,removíveis e não-removíveis implementados em qualquermétodo ou tecnologia para armazenamento de informação talcomo instruções legíveis por computador, estruturas dedados, módulos de programa ou outros dados. Meios legíveispor computador incluem, mas não são limitados a, memória deacesso aleatório (RAM), memória de leitura (ROM), ROMprogramáve1 eletricamente apagável (EEPROM), memória flashou outra tecnologia de memória, ROM de disco a laser (CD-ROM) , discos digitais versáteis (DVD) ou outro armazenadorótico, cassetes magnéticos, fita magnética, armazenamentode disco magnético ou outros dispositivos de armazenamentomagnético, ou qualquer outro meio que possa ser usado paraarmazenar as instruções desejadas e os quais podem seracessados pelo AVP-RTG 212, incluindo pela Internet ououtras formas de acesso de rede de computadores.

A Figura 4 mostra uma configuração internaexemplar para um servidor AVP-RTG. Como com qualquerservidor de rede, o servidor AVP-RTG 212 compreende umprocessador 450, cartão de interface de rede (NIC) 4 52acoplado ao processador 4 50, e uma memória 4 54 acoplada aoprocessador 450. O dispositivo mantém um par separado defilas para cada sessão VoIP no empreendimento da WLAN. Asfilas são criadas e mantidas por código (não mostrado)armazenado na memória 4 54, o qual é executado peloprocessador 450. Na Figura 4, supôs-se que N chamadas VoIPativas estão sendo controladas pelo servidor AVP-RTG, compares 402, 404 e 406 de filas para chamadas 1, 2 e N,respectivamente. Código (não mostrado) armazenado namemória 454 é capaz, quando executado pelo processador 450,de estabelecer os ramais das chamadas VoIP ativas entre osparticipantes e o servidor AVP-RTG 212. Dentro de cada par,uma única fila primeiro a entrar, primeiro a sair (FIFO)pode ser usada para pacotes de voz chegando a partir decada MS participando na sessão VoIP. Para se ajustar aointervalo de empacotamento negociado para cada ramal dachamada, os pacotes enfileirados podem ser ou divididos empacotes mais curtos (como na fila 410) ou agregados empacotes maiores (como na fila 408) antes deles serempassados adiante para a estação móvel de destino.

No módulo exemplar denominado acima e nas Figuras2 a 4, os intervalos de empacotamento são determinados deacordo com a margem de latência medida apenas dos doisramais da chamada. A determinação dos intervalos deempacotamento é realizada por código (não mostrado)armazenado na memória 454, quando executado peloprocessador 450. Um esquema AVP também pode ser usado nonível de gerenciamento de rede, por exemplo, para aliviar o congestionamento da rede ou para reduzir o carregamento emcertos APs que estão experimentando tráfego particularmenteintenso. Em tal esquema, os intervalos de empacotamentopodem ser determinados mediante consideração da utilizaçãoatual e/ou carregamento dos diferentes APs na rede além da latência para a chamada.

Em uma modalidade, uma estação móvel que éassociada a um ponto de acesso altamente carregado (isto é,congestionado) pode ser favorecida por tal algoritmo AVP aoter atribuído um intervalo de empacotamento maior do que aoutra estação móvel que é associada a um AP relativamentepouco carregado. À medida que o volume do tráfego VoIPatravés da WLAN muda gradualmente, o esquema AVP podefuncionar para garantir a equalização da carga e utilizaçãoentre diferentes APs na rede. Tal algoritmo tem aplicaçãoespecífica para uma WLAN com uma população de usuário finalaltamente variável, flutuante, por exemplo, em aeroportos,hotéis ou cafeterias. Tal algoritmo também pode serestendido para uma rede de malha de múltiplos saltos,resultando em aperfeiçoamentos significativos na capacidadede retransmissão de canal de transporte de retorno.Mediante uso de um esquema AVP, os aperfeiçoamentos emcapacidade, resultantes, são também fortemente associados àconservação aperfeiçoada de energia para ambos, estaçõesmóveis baseadas em IP e os APs.

Um algoritmo AVP para atribuir intervalos deempacotamento pode ser formulado para maximizar o número desessões VoIP que podem ser acomodadas pela rede em ummomento antes de novas chamadas serem bloqueadas.Maximizando a Capacidade da Rede:

Na formulação de tal algoritmo, se pode, porexemplo, procurar maximizar o número de sessões VoIP quepodem ser acomodadas em todos os APs na rede antes daprimeira chamada nova ser bloqueada devido a recursosdisponíveis insuficientes. Um exemplo de tal análise vem aseguir:

Consideremos Ni como o número máximo de sessõesVoIP que podem ser suportadas simultaneamente por um únicoAP do IEEE 802.11, APi. Os tempos de transmissão para ospacotes de downlink (DL) e de uplink (UL) são denotados Tdl

e Tul, respectivamente.

Para um pacote VoIP, o overhead de cabeçalho OHhdrconsiste dos cabeçalhos de RTP, UDP, IP e camada MAC deIEEE 802.11:

OHhdr = Hrtp + Hudp + H,P + Hmc (Bits) (!)

Supõe-se que quando um AP envia um pacote DL VoIP, a MSconfirma o recebimento desse pacote antes de enviar umpacote UL VoIP o qual deve também ser confirmado pelo AP. Ooverhead incorrido na camada MAC do AP desse modo é:

OHap = PHY + SIFS + A CK (segundo) (2)

Similarmente, o overhead incorrido na camada MAC pelo ladoda MS é:

OHms =PHY+SJFS+ACK (segundo) (3)onde PHY é o cabeçalho de camada física e é enviada em 1Mbps. Por toda a nossa análise, supomos que MS utiliza ummecanismo de entrega programada para tráfego VoIP uma vezque isso pode garantir um retardo de acesso mínimo para ospacotes de voz porque as MSs podem avaliar o canalcompartilhado em intervalos de tempo pré-programados semnecessidade de contenção (essa é a razão pela qual DIFS etempo CWmin são omitidos nas equações 2 e 3 acima) .

Nessa análise, a possibilidade de perda de pacotee perda de confirmação e a necessidade de retransmissão depacotes de voz são ignoradas. Isso significa que acapacidade VoIP derivada é um limite superior na capacidadeefetiva.

<formula>formula see original document page 16</formula>

onde

<formula>formula see original document page 16</formula>

Aqui, supõe-se que ambos os pacotes de voz ULenviados pela MS e os pacotes de voz DL recebidos a partirdo AP têm o mesmo tamanho e são enviados na mesma taxa. Aseguir, supõe-se que para o i° AP, APi, existem tii sessõesVoIP ativas. Essas sessões VoIP estão terminando nas MSsque são associadas com APi. Portanto, o carregamentonormalizado (isto é, utilização) do APi devido às msessões VoIP ativas pode ser expresso conforme a seguir:

<formula>formula see original document page 16</formula>

onde Npj é o número de pares de pacotes de voz enviados porambos, o AP e a MS (por segundo) para a j° sessão VoIP e édependente do intervalo de empacotamento do codec usado noramal entre a MS e o APi para aquela chamada (Ptimej) detal modo que:

Npj = IZPtimej; (7)

Em geral, para APi que tem n± chamadas VoIP CBRadmitidas, o número máximo de sessões VoIP que pode sersuportado xNi' é inversamente proporcional à fração decapacidade efetiva necessária para suportar ni sessões emandamento:

NjOClfUi (8)

Para maximizar o número de sessões VoIP que podemser admitidas por todos os APs na rede, o problema deotimização pode ser escrito como:

<formula>formula see original document page 17</formula>

onde M é o número de APs no empreendimento de WLAN.

Como esse é um problema convexo, ele pode serreescrito como uma minimização da soma do carregamento detodos os APs no empreendimento (formulação de

<formula>formula see original document page 17</formula>

onde Ptimej,1 e Ptimej,2 constituem o par de valores deintervalo de empacotamento correspondendo aos pacotes devoz gerados nas duas MSs de extremidade da j° chamada,MinPtimejrI e MaxPtimejil constituem os limites inferior esuperior dos valores de intervalo de empacotamentosuportados pela estação móvel associados ao i° AP e usadospara a j° chamada. LMj é a margem de latência de ida evolta disponível para a j° sessão VoIP. AD0 é o retardo deadaptação de pacotes VoIP incorridos no servidor AVP-RTGpara dividir/empacotar pacotes de voz recebidos em ambos osramais da j ° sessão VoIP como resultado do uso de valoresPtimejil e Ptimeji2 assimétricos. Dnetw0rk é o retardo de redeque inclui todos os componentes de retardo, experimentadospelos pacotes VoIP, exceto aquele mencionados na restriçãode margem de latência 13 (por exemplo, retardo depropagação, retardo de acesso de canal, ... etc.). Oretardo de propagação em um cenário de empreendimento deWLAN típico é desprezível em comparação com os períodos deintervalo de empacotamento típicos uma vez que um sistemade distribuição cabeado (por exemplo, Ethernet) é usadopara tráfego de transporte (incluindo fluxos VoIP) entrediferentes APs no empreendimento.

Em um caso especial desse problema de otimização,se pode considerar a situação onde todas as chamadas estãoentre estações móveis que suportam o mesmo codificador devoz e a mesma taxa de amostragem. Além disso, se pode suporque a camada PHY subjacente da WLAN de IEEE 802.11 é amesma para todos os APs na rede. Nesse caso, o ótimo globalpode ser obtido mediante divisão da margem de latênciadisponível (LN) em ambos os lados da chamada (isto é,Ptime1 = Ptime2 = LM/2). O algoritmo nSplitLM" (relacionadoabaixo) pode ser usado como um algoritmo heurístico simplespara resolver otimamente o problema de caso especial.

Contudo, ele provê uma solução subótima para o problema deotimização MaxNetworkCap mais genérico.

<formula>formula see original document page 19</formula>

Maximizando a Capacidade VoIP nos APs ExperimentandoTráfego Particularmente Intenso:

Alternativamente, é possível maximizar acapacidade VoIP do AP que tem a carga de tráfego VoIPmáxima entre todos os APs nM" no empreendimento. Um exemplode tal análise vem a seguir (formulação 'MMAU' deUtilização de AP Min-Max) :

<formula>formula see original document page 19</formula>

sujeito a:

<formula>formula see original document page 19</formula>

A otimização min-max acima é global, isto é, é aplicada emtodas as chamadas ativas no empreendimento de WLAN ao mesmotempo.

O operador "ceiling ΓΊ" não-linear em AD0 estáadicionando bastante complexidade a ambos os problemascombinatórios de número inteiro discreto MaxNetworkCap eUtilização de AP Min-Max. Embora a função objetiva em ambasas formulações de problema possa ser facilmentetransformada em um problema de otimização convexaequivalente, infelizmente, é muito difícil resolver ambosos problemas otimamente devido a não-linearidade narestrição de margem de latência.

Uma possível solução para esse problema é o usode algoritmos heurísticos gulosos. Dois de tais algoritmos,"Heuristic MaxNetworkCap" ou Heuristic-I e "Heuristic Min-Max AP Utilization" ou Heuristic-2 podem ser usados parasolução quase ótima de ambas as formulações em [0028] e[0038].

Ambos os algoritmos heurísticos empregam umatécnica de otimização local mais propriamente do queminimização globalmente da função de custo. Os resolvedoresgulosos funcionam de uma forma similar a um esquema deControle de Admissão de Chamada, típico que inicializa osvalores de intervalo de empacotamento para cada novachamada solicitada com uma solução praticável e então tentaum número limitado de valores nPtime" adjacentes para obteruma utilização mínima quase ótima para os APs finais.

0 algoritmo "Heuristic Min-Max AP Utilization"emprega uma técnica de otimização local que procura um parsubótimo de valores Ptime1 e Ptime2 de cada chamada VoIPrecentemente solicitada mais propriamente do que tentandominimizar globalmente a função de custo. 0 resolvedorfunciona de uma forma similar a um esquema de controle deadmissão de chamada, típico. Para cada chamada recentementesolicitada, o algoritmo começa mediante determinação dosAPs aos quais as duas MSs de voz estão associadas (isto é,APi e AP2). Então ele inicializa o comprimento de intervalode empacotamento de cada MS envolvida na nova chamada (istoé, Ptime1 e Ptime2) com uma solução praticável que éselecionada como o mínimo do intervalo de empacotamentomáximo permissivel suportado pela MS e metade da margem delatência de ida e volta disponível medida entre as duas MSsda nova conexão. Esses valores iniciais são os valoresótimos iniciais (subótimo no contexto de algoritmosheurísticos) para Ptime1 e Ptime2l e são atualizadosdurante o progresso do algoritmo quando soluçõespraticáveis melhores são encontradas.

Após uma fase de inicialização, o algoritmoprossegue (linhas 9, 10 e 11) mediante verificação de se osvalores de inicialização para Ptime1 e Ptime2 sãoidênticos. Se forem idênticos, uma solução quase ótima éencontrada e o algoritmo termina uma vez que o uso dosvalores iniciais simétricos de Ptime1 e Ptime2 satisfaz arestrição de latência em 17. Se os valores Ptime iniciaisforem diferentes, o algoritmo (na linha 12) verifica se APiestá mais intensamente carregado do que AP2. Se esse for ocaso, o algoritmo procura o último valor possível de Ptime1que garantiria a admissão da nova chamada enquanto obtendoo carregamento mínimo de AP1 (linhas 13 a 20). Isso é feitomediante início com Ptime1 = Ptime1 Inicial e decrementandoiterativamente Ptime1 até ele atingir Ptime2 Inicial. Emcada iteração para o Ioop (linha 13), o algoritmo tentaencontrar o valor maior possível de Ptime2 que (dado ovalor atual de Ptime1 da iteração de loop) satisfaça arestrição de latência e produziria uma melhor solução (istoé, utilização inferior de APi e AP2). Se nenhum forencontrado, Ptime1 é decrementado pelo tamanho de quadromínimo (por exemplo, 20 ms) e as mesmas etapas sãorepetidas até que ou uma melhor solução seja encontrada ouPtime1 atinja o valor de Ptime2 Inicial. Por outro lado, seAP2 for mais intensamente carregado do que AP1., o algoritmoprocura o maior valor possível de Ptime2 que garantiria aadmissão da nova chamada enquanto obtendo a utilizaçãomáxima de AP2 (linhas 21 a 30).

Utilização de AP Min-Max (MMAU):

Init

/*Inicializar Ptimes para ambas as MSs com os valoresmáximos possíveis com base em uma margem de latência LMdisponível e restrições de codificadores de voz.

1: AP1 = ID de AP com a qual aquela MSi está associada.2: AP2 = ID de AP com a qual a MS2 está associada.3: Initial_Ptimei = min(LM/2, MaxPtime1);4: Initial_Ptime2 = min(LM/2, MaxPtime2);5: Optimal_Ptimei = Initia^Ptime1;6: Optimal_Ptime2 = Initial_Ptime2 ;

7: Melhor solução encontrada até aqui = infinidade;8: Iniciar

9: se (Init ial_Pt imei = = Initial_Ptime2) {

10: Atualizar Utilizações dos APs de extremidade;

11: Sair;// Ptimes quase ótimos são encontrados.

12: } do contrário se (Utilizações (APi) >Utilizações (AP2) {

13: para (Ptime1

Initia^Ptime1; Ptime1>Initial_Ptime2; Ptime1- - )

14: {

15: Ptime2 = Initial_Ptime2 ;

16: enquanto (Ptime1 e Ptime2 não satisfazem restrição deLM)

17: Ptime2 = Ptime2 - MinPtime2;18: se (Max (Utilizações (APii AP2) ) < Melhor soluçãoencontrada por enquanto)

19: Atualizar melhor solução de Ptimes e melhoresutilizações de AP encontradas por enquanto;

20: }

21:} do contrário se (Utilizações (AP2) > Utilizações (APi) ) {

22: para (Ptime2 = Initial_Ptime2; Ptime2 > Initial_Ptimei ;Ptime2--)

23 : {

24: Ptimei=Initial_Ptimei;

25: enquanto (Ptime1 e Ptime2 não satisfazemrestrição de LM)

26: Ptimei = Ptime1 - MinPtime1;

27; se (Max (Utilizações (APliAP2) ) < Melhor soluçãoencontrada por enquanto)

28: Atualizar melhor solução de Ptimes e melhoresutilizações de AP encontradas por enquanto;

29: }

30:}

31:Fim

O algoritmo "Heuristic MaxNetworkcap" é umaversão variante do algoritmo "Utilização de AP Min-MaxHeurística". O algoritmo "Heuristic MaxNetworkCap" empregauma técnica de otimização local que procura um par subótimode Ptime1 e Ptime2 de uma chamada VoIP recentementesolicitada para minimizar a soma daquela norma docarregamento de todos os APs. A parte de inicialização dealgoritmo é idêntica àquela no algoritmo "Heuristic Min-MaxAP Utilization". Após a fase de inicialização, o algoritmoprossegue (linhas 9, 10 e 11 na Figura 3) medianteverificação se os valores de inicialização para Ptime1 ePtime2 são idênticos. Se forem idênticos, uma solução quaseótima é encontrada e o algoritmo termina uma vez que o usodos valores iniciais simétricos de Ptime1 e Ptime2 satisfaza restrição de latência em 13. Se valores de Ptime iniciaisforem diferentes, o algoritmo (linha 12) verifica se Ptime1Inicial é inferior a Ptime2 Inicial. Se esse for o caso, oalgoritmo procura os maiores valores possíveis de Ptime1 ePtime2 que garantiriam a admissão da nova chamada enquantoobtendo a soma mínima das utilizações de Api e AP2 (linhas13 a 20) . Isso é feito mediante fixação de Ptime1 = Ptime1Inicial; e ajustando Ptime2 = Ptime2 Inicial. Então, oalgoritmo decrementa iterativamente Ptime2 até que eleatinja Ptime1 Inicial. Em cada iteração do Ioop (linha 14),o algoritmo procura o maior valor possível de Ptime2 que(dado o valor de Ptime1) satisfaça a restrição de latênciae produziria uma melhor solução (isto é, soma inferior das

utilizações de APi e AP2) .

Por outro lado, se Ptime2 Inicial for menor doque Ptime1 Inicial, o algoritmo fixa Ptime2 para Ptime2Inicial e ajusta Ptime1 = Ptime1 Inicial e procuraiterativamente o maior valor possível de Ptime1 quegarantiria a admissão da nova chamada enquanto obtendo asoma mínima das utilizações de APx e AP2 (linhas 21 a 30) .MaxNetworkCap:Init

/* Inicializar Ptimes para ambas as MSs com os valoresmáximos possíveis com base na margem de latência LMdisponível e restrições de codificadores de voz.

1: APi = ID de AP ao qual aquela MSi está associada.2: AP2 = ID de AP ao qual a MS2 está associada.3: Initial_Ptimei = min(LM/2, MaxPtime1);4: Initial_Ptime2 = min(LM/2, MaxPtime2);5: Optimal_Ptimei = Initia^Ptime1;6: Optimal_Ptime2 = Initial_Ptime2 ;

7: Melhor solução encontrada até aqui = infinidade;8: Iniciar

9: se (Initial_Ptimei = = Initial_Ptime2) {

10: Atualizar Utilizações dos APs de extremidade;

11: Sair;// Ptimes quase ótimos são encontrados.

12: } do contrário se (Initial_Ptimei<Initial_Ptime2) {

13: (Ptimei = Initia^Ptime1;

14: para Ptime2

Initial_Ptime2 ; Ptime2>Initial_Ptimei; Ptime2- - )

15: {

16: se (Ptimei e Ptime2 não satisfazem restrição de LM)17: se (Sum_of_Utilization(APl,AP2)< Melhor solução

encontrada por enquanto)

18: Atualizar solução ótima de Ptimes e utilizações de APótimas (isto é, mínimas) encontradas por enquanto19:20: }

21:} do contrário se (Initia^Ptime1 > Initial_Ptime2) {22: Ptime2 = Initial_Ptime2 ;

23: para (Ptime1=Initia^Ptime1; Ptime1 > Initial_Ptime2 ;Ptime1- -)24: {

25: se (Ptime1 e Ptime2 satisfazem restrição de LM)

26: se (Sum_of_Utilization(APl,AP2)< Melhor solução

encontrada por enquanto)27: Atualizar solução ótima de Ptimes e utilizações

de AP ótimas (isto ê, mínimas) encontradas por enquanto 28:encontradas até aqui;

28:

29 : }30:}31:Fim

Embora a matéria tenha sido descrita em linguagemespecífica para características estruturais e/ou açõesmetodológicas, deve ser entendido que a matéria definidanas reivindicações não é necessariamente limitada àscaracterísticas ou ações específicas descritas acima. Maispropriamente, as características e ações específicasdescritas acima são reveladas como formas exemplares deimplementar as reivindicações.

Claims

1. Método para comunicar uma chamada de Voz sobreProtocolo Internet (VoIP) em uma rede, o métodocaracterizado por compreender:calcular um intervalo de empacotamentoindividualizado para uma chamada VoIP especifica ou umramal da mesma, com base nas características de latência darede para a chamada; ecomunicar os pacotes da chamada no intervaloindividualizado.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que calcular o intervalo deempacotamento compreende ao menos:medir ou avaliar as características de latênciade rede para a chamada.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1 oureivindicação 2, caracterizado pelo fato de que calcular ointervalo de empacotamento para a chamada ou o ramal sebaseia adicionalmente em considerações relacionadas aodesempenho global da rede.

4. Método, de acordo com a reivindicação 3,caracterizado pelo fato de que as considerações incluemmaximizar o número total de chamadas VoIP que podem sersuportadas pela rede naquele momento e/ou reduzir ocarregamento em um ou mais Pontos de Acesso na rede.

5. Método para comunicar uma chamada de Voz sobreProtocolo Internet (VoIP) em uma rede, o métodocaracterizado por compreender:estabelecer a chamada VoIP em dois ou mais ramaisde chamada;calcular um intervalo de empacotamentoindividualizado para cada ramal com base nascaracterísticas de latência de rede da chamada VoIP; ecomunicar pacotes da chamada em cada ramal em seuintervalo de empacotamento individualizado.

6. Método, de acordo com a reivindicação 5,caracterizado pelo fato de que calcular o intervalo deempacotamento individualizado para cada ramal inclui aomenos:calcular diferentes intervalos de empacotamentoindividualizados para diferentes ramais da chamada, e/oumedir ou avaliar as características de latênciada rede.

7. Método, de acordo com a reivindicação 5,caracterizado pelo fato de que calcular o intervalo deempacotamento individualizado para cada ramal se baseiaadicionalmente em considerações relacionadas ao desempenhoglobal da rede.

8. Método, de acordo com a reivindicação 7,caracterizado pelo fato de que as considerações incluemmaximizar o número total de chamadas VoIP que podem sersuportadas pela rede naquele momento e/ou reduzir ocarregamento em um ou mais Pontos de Acesso na rede.

9. Método em um dispositivo de comunicação móvelsem fio para comunicação em uma rede utilizando uma chamadade Voz sobre Protocolo Internet (VoIP), o métodocaracterizado por compreender:estabelecer uma conexão VoIP com dados tendo umtamanho de pacote de dados predeterminado;avaliar uma latência de ida e volta da conexãoVoIP;transmitir a latência de ida e volta avaliada daconexão VoIP; ereceber um pacote de dados redimensionado combase na latência de ida e volta avaliada da conexão VoIP.

10. Método, de acordo com a reivindicação 9,caracterizado pelo fato de que avaliar a latência de ida evolta da conexão VoIP inclui:medir ou avaliar a latência de ida e volta daconexão VoIP.

11. Método, de acordo com a reivindicação 9 oureivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o pacotede dados recebido é dimensionado adicionalmente com base emconsiderações relacionadas ao desempenho global da rede.

12. Método, de acordo com a reivindicação 11,caracterizado pelo fato de que as considerações incluemmaximizar o número total de conexões VoIP que podem sersuportadas pela rede naquele momento e/ou reduzir ocarregamento em um ou mais Pontos de Acesso na rede.

13. Servidor de rede, caracterizado porcompreender:um processador;um cartão de interface de rede acoplado aoprocessador; euma memória acoplada ao processador, a memóriaarmazenando código que, quando executado pelo processador,é capaz de estabelecer um primeiro ramal de uma chamada deVoz sobre Protocolo Internet (VoIP) com um primeiroparticipante da chamada e estabelecer um segundo ramal dachamada com um segundo participante da chamada, a memóriatambém armazenando código que, quando executado peloprocessador, é capaz de criar e manter filas para converteros dados que chegam de um participante da chamada a partirde um intervalo de empacotamento para um intervalo deempacotamento diferente para o outro participante dachamada.

14. Servidor de rede, de acordo com areivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a memóriatambém armazena código que, quando executado peloprocessador, é capaz de determinar o intervalo deempacotamento para o primeiro ramal com base nascaracterísticas de latência da rede para o primeiro ramal eé capaz de determinar o intervalo de empacotamento para osegundo ramal com base nas características de latência de rede para o segundo ramal.

15. Servidor de rede, de acordo com areivindicação 13 ou reivindicação 14, caracterizado pelofato de que o servidor de rede é um portal de tempo real.