FR2853188A1

FR2853188A1 - Dispositif de mesure de qualite de service et utilisation d'un tel dispositif dans un reseau de transmission de donnees en temps reel

Info

Publication number: FR2853188A1
Application number: FR0303966A
Authority: FR
Inventors: Claude Daloz; Hostis Michel L
Original assignee: France Telecom SA
Current assignee: Orange SA
Priority date: 2003-03-31
Filing date: 2003-03-31
Publication date: 2004-10-01
Anticipated expiration: 2023-03-31
Also published as: FR2853188B1; WO2004091140A2; WO2004091140A3

Abstract

Ce dispositif (18) de mesure de qualité de service est destiné à être installé dans un réseau de transmission de données en temps réel. Il comporte au moins un module d'analyse (30), celui-ci comprenant des moyens (34) d'interception de paquets de données et des moyens (40, 44) d'estimation à partir de ces paquets de données de paramètres de qualité de ces transmissions de données en temps réel.Les paquets comportent des données provenant d'au moins un émetteur (12, 14) et devant être fournies en temps réel à au moins un récepteur (12, 14).Le module d'analyse (30) est disposé en un point intermédiaire (20) du réseau différent de l'émetteur et du récepteur pour l'interception de paquets transitant dans différents sens de communication

Description

La présente invention concerne un dispositif de mesure de qualité de

service

destiné à être installé dans un réseau de transmission de données en temps réel.

L'invention concerne également l'utilisation de ce dispositif pour la mesure de la qualité de transmission de voix sur un réseau de transmission de données en mode paquet.

Plus précisément l'invention concerne un dispositif de mesure de qualité de service comportant au moins un module d'analyse, celui-ci comprenant des moyens d'interception de paquets de données et étant adapté pour l'estimation à partir de ces paquets de données de paramètres de qualité de ces transmissions de données en temps réel, les paquets comportant des données provenant d'au moins un émetteur et devant 10 être fournies en temps réel à au moins un récepteur.

Un tel dispositif de mesure de qualité de service est connu. En général, il est placé à proximité du récepteur, qui est lui-même situé sur un noeud terminal du réseau de transmission de données. Pour des applications de transmission de données en mode paquet, chaque paquet reçu par le récepteur est également analysé par le dispositif de 15 mesure de qualité de service, pour que celui-ci extraie de cette analyse des paramètres classiques de détermination de la qualité d'une transmission en temps réel. Ces paramètres comprennent par exemple, la gigue, le temps de transit et le taux de la perte de paquets. En effet, à partir de ces paramètres et d'informations issues du type de terminal et du codec utilisé, il est possible de déterminer une note R, définie dans le 20 modèle E selon la norme ITU G.107, pour estimer, de façon normalisée, la qualité de service vocale.

Un intérêt de ce type de dispositif est son caractère passif. En d'autres termes, il n'émet lui-même aucune donnée de test dans le réseau et n'a pas non plus besoin de recevoir des données de test spécifiques qui lui seraient envoyées d'un autre 25 point du réseau.

Cependant, ce dispositif ne permet de mesurer la qualité de service que dans un seul sens, c'est-à-dire dans le sens d'arrivée des données sur le récepteur. Lorsque des données sont émises dans les deux sens, c'est-àdire lorsque l'émetteur devient luimême récepteur, pour mesurer la qualité de service des données renvoyées, il faut placer 30 un autre dispositif de mesure de qualité de service à proximité du terminal concerné.

L'invention vise à remédier à cet inconvénient en fournissant un dispositif simple de mesure de qualité de service capable d'analyser des paquets de données transitant dans différents sens de communication.

L'invention a donc pour objet un dispositif de mesure de qualité de service 35 destiné à être installé dans un réseau de transmissions de données en temps réel, comportant au moins un module d'analyse, celui-ci comprenant des moyens d'interception de paquets de données et des moyens d'estimation à partir de ces paquets de données de paramètres de qualité de ces transmissions de données en temps réel, les paquets comportant des données provenant d'au moins un émetteur et devant être fournies en temps réel à au moins un récepteur, caractérisé en ce que le module d'analyse est 5 disposé en un point intermédiaire du réseau différent de l'émetteur et du récepteur pour l'interception de paquets transitant dans différents sens de communication.

Un dispositif de mesure de qualité de service selon l'invention peut en outre comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: - les moyens d'interception sont des moyens d'interception de paquets 10 conformes au protocole RTP-RTCP; - le module d'analyse comporte des moyens de discrimination des paquets RTP et des paquets RTCP pour l'analyse séparée de ces paquets; - le module d'analyse comporte des moyens d'extraction d'un paramètre de gigue et d'un paramètre de perte de paquets uniquement à partir de l'analyse des paquets 15 RTP; - le module d'analyse comporte des moyens de calcul d'un paramètre de temps de transit à partir de l'analyse des paquets RTCP; - le point intermédiaire du réseau est matérialisé par un contrôleur de session en bordure de réseau; - le dispositif comporte en outre un module de collecte des paramètres de qualité fournis par le module d'analyse, pour la fourniture de résultats issus de ces paramètres sous une forme prédéfinie; et - le module de collecte comporte des moyens de transmission des résultats vers une application distante de présentation de ceux-ci.

L'invention a également pour objet l'utilisation d'un dispositif de mesure de qualité de service tel que décrit précédemment pour la mesure de la qualité de transmissions de voix sur un réseau de transmission de données en mode paquet.

L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans 30 lesquels: - la figure 1 représente un système de transmission de données en temps réel, comportant un dispositif de mesure de qualité de service selon l'invention; - la figure 2 illustre schématiquement une structure possible du dispositif de mesure de qualité de la figure 1; - la figure 3 représente un module d'analyse du dispositif de mesure de qualité de service de la figure 2; - la figure 4 représente un module de collecte du dispositif de mesure de qualité de service de la figure 2; et - la figure 5 représente schématiquement les étapes successives d'une transmission de données en temps réel par le système de la figure 1.

Le système représenté sur la figure 1 comporte un réseau 10 de transmission de données en mode paquet, tel que le réseau Internet, auquel sont raccordés deux terminaux 12 et 14, tels que des téléphones. Chaque téléphone 12, 14 est connecté au réseau 10 de transmission de données par l'intermédiaire d'un contrôleur 16 de session en bordure de réseau qui fait la jonction entre un réseau privé du côté du téléphone 12, 10 14 et un réseau public, du côté du réseau 10 de transmission de données en mode paquet, géré par un opérateur de télécommunications. Bien sûr, un seul contrôleur 16 de session en bordure de réseau peut gérer l'interconnexion de plusieurs réseaux privés avec le réseau public. Seul le contrôleur 16 de session en bordure de réseau du côté du téléphone 12 est représenté sur la figure 1, mais il en existe un aussi du côté du 15 téléphone 14. Plus généralement, le serveur 16 peut être un équipement réseau intermédiaire.

L'ensemble du réseau public et des réseaux privés constitue un réseau global de transmission de données en mode paquet, qui sera appelé par la suite réseau paquet.

Le système comporte en outre un dispositif 18 de mesure de qualité de 20 service disposé en un point intermédiaire 20 du réseau paquet. Ce point intermédiaire 20 est différent des points de connexion des terminaux 12 et 14. Dans l'exemple de la figure 1, le point intermédiaire est matérialisé par le contrôleur 16 de session en bordure de réseau, mais pourrait se situer en un autre point intermédiaire du réseau, par exemple notamment en un point du réseau 10 de transmission de données en mode paquet, tel 25 qu'un routeur.

Le dispositif 18 de mesure de qualité de service est adapté pour la fourniture de résultats issus de paramètres de qualité mesurés, sous une forme prédéfinie 22. Cette forme prédéfinie est par exemple un fichier de données numériques accessible à travers le réseau 10 de transmission de données, à l'aide d'un micro-ordinateur 24 également 30 connecté au réseau 10 de transmission de données.

Lors d'une communication téléphonique entre les téléphones 12 et 14, la voix est transmise du téléphone 12 vers le téléphone 14 et réciproquement, via le réseau 10 de transmission de données en mode paquet. Pour cela, la transmission de la voix est réalisée en mode paquet, conformément au protocole IP (pour "Internet Protocol").

Pour que la transmission de voix sur IP fonctionne correctement, il est nécessaire que les paquets de données soient transmis en temps réel du téléphone 12 vers le téléphone 14 et réciproquement. Pour cela, les paquets de données sont transmis d'un terminal vers l'autre conformément au protocole de communication RTP-RTCP adapté pour les transmissions en temps réel.

En outre, le dispositif 18 de mesure de qualité de service est adapté, comme 5 cela sera décrit en référence aux figures 3, 4 et 5, pour effectuer l'estimation de paramètres de qualité de service tels que: - la gigue, qui représente une variation des délais entre paquets successivement transmis; - le taux de perte de paquets, qui représente le pourcentage de paquets non 10 reçus par le destinataire sur l'ensemble des paquets émis par l'émetteur; et - le temps de transit, qui mesure le décalage temporel entre l'instant d'émission d'un paquet à partir de l'un des téléphones 12 ou 14 et l'instant de réception de ce même paquet sur l'autre téléphone 14 ou 12.

Ces paramètres sont importants dans la mesure de la qualité de service d'un 15 système de transmission de données en temps réel, pour différentes raisons: - la gigue permet de vérifier que l'on ne dépasse pas une valeur seuil correspondant à la capacité maximale d'une mémoire tampon, située du côté du récepteur et assurant la synchronisation des paquets de données à la réception; - le taux de perte de paquets permet de vérifier que l'on ne dépasse pas un 20 seuil maximal, au-delà duquel le récepteur ne peut plus comprendre les données qui lui sont transmises; et - le temps de transit permet de vérifier que l'on ne dépasse pas un seuil maximal, représentant un décalage temporel insupportable pour le récepteur (i.e. 200 à 400 ms pour la transmission de voix sur IP).

Le point intermédiaire 20 du réseau est plus précisément représenté sur la figure 2.

Ce point intermédiaire est matérialisé par le contrôleur 16 de session en bordure de réseau auquel est connecté le dispositif 18 de mesure de qualité de service. Il pourrait aussi être matérialisé par un autre équipement réseau intermédiaire. Le 30 contrôleur 16 de session en bordure de réseau et le dispositif 18 de mesure de qualité de service peuvent être indifféremment installés sur une ou plusieurs machines. De même, le serveur 16 de session en bordure de réseau en tant que tel et le dispositif 18 de mesure de qualité de service en tant que tel peuvent indifféremment être installés sur une ou plusieurs machines. Dans l'exemple représenté sur la figure 2, l'installation comporte deux 35 machines 20a et 20b. Le contrôleur 16 de session en bordure de réseau est installé sur l'ensemble de ces deux machines 20a et 20b, alors que le dispositif 18 de mesure de qualité de service est installé sur la machine 20a uniquement.

La machine 20b est la machine à partir de laquelle le contrôleur 16 de session en bordure de réseau gère le trafic des paquets de données transitant entre le téléphone 5 12 et le téléphone 14, dans les deux sens de communication. Ces paquets de données sont soit des paquets RTP, pour le transit des données vocales, soit des paquets RTCP, comportant des données de contrôle de transit.

La machine 20a est la machine à partir de laquelle le contrôleur 16 de session en bordure de réseau et le dispositif 18 de mesure de qualité de service extraient les 10 paramètres de qualité décrits précédemment à partir des paquets de données de type RTP et RTCP.

A cet effet, le contrôleur 16 de session en bordure de réseau effectue des copies des paquets RTP et RTCP, ou bien des copies des en-têtes de ces paquets, ou bien seulement des copies des données utiles RTP et RTCP transitant sur la machine 15 20b, pour transmettre ces copies au dispositif 18 de mesure de qualité de service.

Le dispositif 18 de mesure de qualité de service fournit en sortie des fichiers de données 22, comportant d'une part un fichier 22a présentant des résultats de qualité de service pour la transmission des données depuis le téléphone 12 vers le téléphone 14 et un fichier 22b présentant des résultats de qualité de service pour la transmission des 20 données depuis le téléphone 14 vers le téléphone 12.

De façon alternative, le dispositif 18 de mesure de qualité de service peut directement transférer ces données de sortie vers un élément distant du réseau paquet, comme cela sera décrit en référence à la figure 4.

De façon classique, le dispositif 18 de mesure de qualité de service est 25 également adapté pour la fourniture de fichiers 26 de données d'appel et de fichiers 28 de données système.

Plus précisément, le dispositif 18 de mesure de qualité de service comporte un module d'analyse 30 et un module de collecte 32. Le module d'analyse reçoit en entrée les paquets RTP et RTCP fournis par le contrôleur 16 de session en bordure de 30 réseau et fournit en sortie une estimation des paramètres de qualité de service cités précédemment. Le module de collecte reçoit en entrée les paramètres de qualité de service calculés par le module d'analyse 30 et fournit en sortie les fichiers de données 22a, 22b, 26 et 28 ou bien effectue directement le transfert de ces données vers un élément distant.

De façon alternative, le système pourrait comporter plusieurs modules d'analyse 30 disposés sur des machines différentes en différents points intermédiaires du réseau, c'est-à-dire par exemple sur plusieurs contrôleurs 16 de session en bordure de réseau, et un unique module de collecte 32, adapté pour la collecte des données en provenance de tous les modules d'analyse 30.

Le module d'analyse 30 est représenté en détail sur la figure 3.

Il comporte des moyens 34 d'interception de paquets de données RTP et RTCP fournis par le contrôleur 16 de session en bordure de réseau. Ces moyens d'interception 34 fournissent les paquets de type RTP et RTCP à des moyens 36 de discrimination des paquets RTP et des paquets RTCP pour l'analyse séparée de ces paquets.

Les moyens de discrimination 36 fournissent les paquets de type RTP à des moyens 38 d'extraction de données d'entête RTP qui eux-même fournissent ensuite ces données d'entête à des moyens 40 d'extraction de paramètres de qualité de service à partir de l'analyse des paquets RTP. Les moyens d'extraction 40, sont adaptés pour l'extraction d'un paramètre de gigue et d'un paramètre de taille de données, uniquement à 15 partir de l'analyse des paquets RTP. L'extraction de ces paramètres est connue en soi et ne sera donc pas détaillée dans la suite.

Les moyens de discrimination 36 fournissent les paquets de type RTCP à des moyens 42 d'extraction de données d'entête RTCP, qui eux-même fournissent ces données d'entêtes RTCP à des moyens 44 d'extraction de paramètres de qualité de 20 service à partir de l'analyse des paquets RTCP. Ces moyens d'extraction 44 sont adaptés pour l'extraction d'un paramètre de temps de transit calculé uniquement à partir de l'analyse des paquets RTCP. Le procédé d'extraction du paramètre de temps de transit à partir de l'analyse des paquets RTCP sera détaillé en référence à la figure 5. De façon connue en soi, les moyens d'extraction 44 sont également adaptés pour l'estimation de 25 paramètres de débit, de taux de perte de paquets, de paramètres R, qui sont classiques et ne seront pas détaillés par la suite. Ils sont aussi adaptés pour l'estimation d'un paramètre b, comme cela sera détaillé en référence à la figure 5.

Enfin, le module d'analyse 30 comporte des moyens 46 de transmission de ces paramètres, recevant en entrée les paramètres fournis par les moyens d'extraction 40 30 et 44, pour la fourniture de ceux-ci au module de collecte 32.

Comme cela est représenté sur la figure 4, le module de collecte 32 comporte des moyens 48 de réception de données depuis un ou plusieurs modules d'analyse 30.

Les moyens de réception 48 sont reliés aux moyens de transmission 46 du module d'analyse à l'aide d'une connexion UDP ou TCP.

Le module de collecte 32 comporte en outre des moyens 50 d'extraction de règles de formatage, conservées en mémoire, pour la mise sous une forme prédéfinie des données reçues par les moyens de réception 48.

Ces données sont mises en forme par des moyens de formatage 52. Les 5 résultats obtenus par les moyens de formatage 52 sont ensuite transmis par exemple à un module 54 de transfert de ces résultats vers un élément distant selon une connexion réseau (par exemple de type HTTPS). Ce module de transfert 54 du module de collecte 32 est relié à une application distante, par exemple le micro-ordinateur 24 grâce au réseau 10 de transmission de données en mode paquet.

Les résultats fournis par les moyens de formatage 52 peuvent également être fournis à un module 56 de génération de fichiers résultats 22, ceuxci étant ensuite mis à la disposition d'utilisateurs, via le réseau 10 de transmission de données en mode paquet.

Pour expliquer comment est calculé le temps de transit à partir des paquets de type RTCP, le schéma de la figure 5 représente les étapes successives de la 15 transmission de paquets de type RTCP en temps réel, réalisées par le système de la figure 1, entre le téléphone 12 et le téléphone 14. Ces paquets de données transitent à travers le contrôleur 16 de session en bordure de réseau qui se situe au niveau de l'interconnexion d'un réseau privé 58 comportant les liaisons entre le téléphone 12 et le contrôleur 16 de session en bordure de réseau associé et un réseau public 60 entre le 20 contrôleur 16 de session en bordure de réseau et le réseau 10 ainsi que l'autre téléphone 14.

Un premier paquet RTCP SR1 est émis à un instant T1o par le téléphone 12.

Ce paquet SR1 est reçu à un instant T20 et émis à un instant T21 par le contrôleur 16 de session en bordure de réseau.

Ce paquet SR1 est reçu par le téléphone 14 à un instant T30. En réponse, le téléphone 14 émet un paquet RTCP SR2 à l'instant T31. Ce paquet SR2 est reçu à un instant T22 et émis à un instant T23 par le contrôleur 16 de session en bordure de réseau.

Ce paquet SR2 est ensuite reçu à un instant Tl, par le téléphone 12.

En réponse, le téléphone 12 émet un paquet RTCP SR3 à un instant T12. Ce 30 paquet SR3 est reçu à un instant T24 par le contrôleur 16 de session en bordure de réseau. La suite de la communication entre les téléphones 12 et 14 est conforme à ce qui vient d'être décrit et détaillé.

Lorsque le contrôleur 16 de session en bordure de réseau reçoit le paquet SR2, celui-ci comporte dans son entête, un champ appelé DLSR, qui donne la valeur du 35 délai entre la réception du paquet SR1 par le téléphone 14 et la transmission du paquet SR2 par le téléphone 14. En d'autres termes, le champ DLSR donne la valeur de T31 T30.

En outre, le contrôleur 16 de session en bordure de réseau connaît le temps T21 d'émission du paquet SR1 et le temps T22 de réception du paquet SR2. Il est donc 5 capable de calculer une estimation du temps de transit aller/retour dans le réseau public 60. Ce temps de transit public est donné par la valeur suivante: Tpublic = T22 - T21 - (T31 - T30).

De même, le contrôleur 16 de session en bordure de réseau peut connaître la valeur du délai T12 - Tl, en extrayant celui-ci du champ DLSR du paquet de données 10 SR3. Il est alors capable de calculer un temps de transit aller/retour dans le réseau privé 58, donné par l'équation suivante: TpnVé = T24 - T23 - (T12 - T1).

Il est donc possible d'en déduire le temps de transit total égal à: T = Tprivé + Tpublic.

En outre, le dispositif 18 de mesure de qualité de service peut calculer la désynchronisation entre les horloges du téléphone 12, du téléphone 14 et du contrôleur 16 de session en bordure de réseau, en supposant cette désynchronisation constante le temps d'un transit.

Par exemple, pour mesurer la désynchronisation des horloges du téléphone 20 14 d'une part et du contrôleur 16 de session en bordure de réseau d'autre part, une estimation de celle-ci est donnée par l'équation suivante: T public 6 T31+ 2 - T22 En général, du côté du réseau privé 58, le téléphone 12 et le contrôleur 16 de 25 session en bordure de réseau sont synchronisés par un serveur NTP présent sur le contrôleur 16. Cependant, une légère désynchronisation peut être introduite, due au temps de transit entre ce téléphone 12 et le contrôleur 16 de session en bordure de réseau. De la même façon, une équation permet de mesurer cette désynchronisation: T privé 8= T12 + 2 T24.

Il apparaît clairement qu'un dispositif selon l'invention permet de mesurer la qualité de service de transmission de données en temps réel, dans plusieurs sens de communication, du fait de l'installation de ce dispositif en un point intermédiaire du réseau de transmission.

On notera également que les moyens de calcul mis en oeuvre par ce dispositif pour estimer le temps de transit permettent de s'affranchir d'une synchronisation des horloges des différents terminaux. Ceci comporte l'avantage de rendre ce dispositif beaucoup plus simple, par rapport aux dispositifs existants qui nécessitent la présence d'un dispositif de synchronisation d'horloge.

On notera enfin que l'invention n'est pas limitée par le mode de réalisation décrit ci-dessus. En particulier, le contrôleur 16 de session en bordure de réseau n'a été cité qu'à titre d'exemple. Le dispositif selon l'invention pourrait être disposé en tout autre point intermédiaire du réseau paquet.

Claims

REVENDICATIONS

1. Dispositif (18) de mesure de qualité de service destiné à être installé dans un réseau de transmissions de données en temps réel, comportant au moins un module 5 d'analyse (30), celui-ci comprenant des moyens (34) d'interception de paquets de données et des moyens (40, 44) d'estimation à partir de ces paquets de données de paramètres de qualité de ces transmissions de données en temps réel, les paquets comportant des données provenant d'au moins un émetteur (12, 14) et devant être fournies en temps réel à au moins un récepteur (12, 14), caractérisé en ce que le module 10 d'analyse (30) est disposé en un point intermédiaire (20) du réseau différent de l'émetteur et du récepteur pour l'interception de paquets transitant dans différents sens de communication.

2. Dispositif de mesure de qualité de service selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'interception (34) sont des moyens d'interception de paquets 15 conformes au protocole RTP-RTCP.

3. Dispositif de mesure de qualité de service selon la revendication 2, caractérisé en ce que le module d'analyse (30) comporte des moyens (36) de discrimination des paquets RTP et des paquets RTCP pour l'analyse séparée de ces paquets.

4. Dispositif de mesure de qualité de service selon la revendication 3, caractérisé en 20 ce que le module d'analyse (30) comporte des moyens (40) d'extraction d'un paramètre de gigue et d'un paramètre de perte de paquets uniquement à partir de l'analyse des paquets RTP.

5. Dispositif de mesure de qualité de service selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que le module d'analyse (30) comporte des moyens (44) de calcul d'un 25 paramètre de temps de transit à partir de l'analyse des paquets RTCP.

6. Dispositif de mesure de qualité de service selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le point intermédiaire (20) du réseau est matérialisé par un contrôleur (16) de session en bordure de réseau.

7. Dispositif de mesure de qualité de service selon l'une quelconque des 30 revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un module (32) de collecte des paramètres de qualité fournis par le module d'analyse (30), pour la fourniture de résultats issus de ces paramètres sous une forme prédéfinie (22, 24).

8. Dispositif de mesure de qualité de service selon la revendication 7, caractérisé en ce que le module de collecte (32) comporte des moyens (54) de transmission des 35 résultats vers une application distante (24) de présentation de ceux-ci.

9. Utilisation d'un dispositif (18) de mesure de qualité de service selon l'une quelconque des revendications précédentes pour la mesure de la qualité de transmissions de voix sur un réseau de transmission de données en mode paquet.