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Réaliser une expertise VOIP / SIP / H.323 - Monitoring troubleshooting

La problématique

La voix sur IP (Voice over IP) est une technologie de communication vocale en pleine émergence. Elle fait partie d'un tournant dans le monde de la communication. En effet, la convergence du triple play (voix, données et vidéo) fait partie des enjeux principaux des acteurs télécoms d’aujourd'hui. Plus récemment l'Internet s'est étendu partiellement dans l'Intranet de chaque organisation, voyant le trafic total basé sur un transport réseau de paquets IP surpasser le trafic traditionnel du réseau voix (réseau à commutation de circuits). Il devenait clair que dans le sillage de cette avancée technologique, les opérateurs, entreprises ou organisations et fournisseurs devaient, pour bénéficier de l'avantage du transport unique IP, introduire de nouveaux services voix et vidéo. Ce fût en 1996 la naissance de la première version voix sur IP appelée H323. Issu de l'organisation de standardisation européenne ITU-T sur la base de la signalisation voix RNIS (Q931), ce standard a maintenant donné suite à de nombreuses évolutions, quelques nouveaux standards prenant d'autres orientations technologiques. Comme toute innovation technologique qui se respecte, la VoIP doit non seulement simplifier le travail mais aussi faire économiser de l'argent. Les entreprises dépensent énormément en communications téléphoniques, or le prix des communications de la ToIP (Téléphonie sur IP) est dérisoire en comparaison. En particulier, plus les interlocuteurs sont éloignés, plus la différence de prix est intéressante. De plus, la téléphonie sur IP utilise jusqu'à dix fois moins de bande passante que la téléphonie traditionnelle. Ceci apportant un grand intérêt pour la voix sur réseau privé. Il semblerait que les entreprises, après avoir émis un certain nombre de doutes sur la qualité de service, soient désormais convaincues de la plus grande maturité technologique des solutions proposées sur le marché. Qu'il s'agisse d'entreprises mono-site ou multi-sites, les sondages montrent que le phénomène de migration vers les systèmes de téléphonie sur IP en entreprise est actuellement engagé. Les premières technologies de VoIP imaginées étaient propriétaires et donc très différentes les unes des autres. Pourtant, un système qui est censé mettre des gens et des systèmes en relation exige une certaine dose de standardisation. C'est pourquoi sont apparus des protocoles standards, comme le H323 ou le SIP.

Architecture téléphonie VOIP Full IP

Les systèmes de voix par paquets acceptent les signaux de voix « analogiques » provenant des combinés téléphoniques. Ils les numérisent et les compressent, plaçant les séries de bits en résultant dans un paquet court. Ce paquet est envoyé à travers le réseau, puis le signal est décodé et reconstruit à l’extrémité distante. Le réseau par paquets peut être basé sur de l’IP, sur de l’ATM ou sur du Frame Relay… d’où l’utilisation de différentes technologies de « Voice over » comprenant la VoIP, VoATM, VoDSL, VoCâble, VoP etc. Le terme VoIP sera utilisé de manière générique pour se référer à toutes ces technologies. Les téléphones IP effectuent le processus de numérisation, de compression et de paquétisation, directement dans le téléphone et envoient le flux de paquets en résultant à travers une connexion Ethernet. Les passerelles IP les relient (interfacent) aux téléphones analogiques ou numériques ou à des systèmes TDM trunk et convertissent chaque signal voix en un flux de paquets VoIP. Un PBX IP ou une Passerelle Entreprise est souvent utilisé par les entreprises pour connecter (interfacer) les Téléphone IP au réseau téléphonique traditionnel. Une Passerelle Trunk est utilisée au sein du réseau des opérateurs téléphoniques pour convertir le trafic téléphonique “en gros” en VoIP.

CODECs et Vocoders

Les termes CODEC (littéralement Codeur, Décodeur) et Vocoder sont utilisés indifféremment pour se référer au dispositif au sein d’un téléphone VoIP ou d’une passerelle qui effectue le processus de numérisation, de compression et de paquétisation.

Différents CODECs sont utilisés :

G.711 – Standard le plus répandu dans la modulation PCM, encodage d’échantillons voix 8 bits à 8000 échantillons par seconde, ce qui donne 64 kilobits par seconde de données-voix numériques

G.729/ G.729A – Standard d’encodage de 8 kilobits par seconde

Les CODECs, notamment ceux qui fonctionnent à des débits inférieurs, peuvent être la cause de distorsions de voix. D’ailleurs, le score MOS obtenu avec un CODEC à faible débit serait très proche des CODECs à très faible débit de “qualité longue distance” et à l’origine de distorsions audibles. Le plus préoccupant concerne les spéculations indiquant que les CODECs comme le G.729A peuvent stresser le réseau lorsqu’ils sont utilisés en continu (par exemple dans des centres d’appels).

 codec voip

Qualité d’Appel

La qualité d’appel peut être mesurée en utilisant des tests subjectifs, des tests intrusifs ou du monitoring non-intrusif. La qualité d’appel est généralement définie en termes de scores MOS ou de R Factors.

Perte de Paquets

Des paquets peuvent être perdus lors de la transmission, auquel cas il peut y avoir des pertes ou des dysfonctionnements audibles dans le signal de voix décodé. Les CODECs incorporent souvent de la Dissimulation de Perte de Paquets, ce qui contribue à masquer les effets des paquets perdus ou écartés.

Gigue et Buffers de Gigue

Le temps de transit des paquets peut varier considérablement. On appelle cette variation de retard Gigue ou Packet Delay Variation. Un téléphone IP ou passerelle incorpore un Buffer de Gigue qui applique une faible quantité de retard afin d’atténuer ces variations de synchronisation. Si les paquets arrivent trop tard, alors ils seront toujours écartés- d’où la conversion par un buffer de gigue en retard additionnel et en perte de paquets.

Retard

Si le retard de transit des paquets excède les 100 millisecondes alors les utilisateurs commencent à percevoir le retard. Si le retard excède les 200 millisecondes, alors les utilisateurs peuvent être confrontés à des difficultés de conversation à cause de la coupure dans le « protocole » de conversation habituel.

Test de Pré-déploiement

Le test de pré-déploiement est utilisé pour vérifier la capacité du réseau à supporter la VoIP.

 Packet delay variation Gigue Buffer de gigue

Les Solutions de tests : Mesure de la Qualité de la Voix

Test Subjectif :

Le test subjectif est la méthode la plus “authentique” pour mesurer la qualité de la voix malgré son coût et sa spécialisation. Cette approche est typiquement utilisée par les concepteurs de CODEC et les fabricants d’équipements pour valider la technologie VoIP avant déploiement. Un score MOS va de 1 pour un appel non acceptable à 5 pour un appel excellent. Pour la VoIP, cela est compris entre 3,5 et 4,2.

Test P.861 (PSQM)/ P.862 (PESQ)

La PSQM (Mesure de Qualité de Voix Perçue) et la toute dernière P.862 sont utilisées pour analyser la distorsion qui se produit sur les signaux voix de test qui ont été transmis sur un réseau VoIP et pour estimer le score MOS. Ces algorithmes sont implémentés dans des équipements de test. L’avantage de cette méthode est qu’elle mesure les effets de différents dysfonctionnements et de ses interactions – L’inconvénient est qu’elle nécessite l’établissement d’un appel sur le réseau à chaque test.

Monitoring Non-Intrusif

Le Monitoring Non-Intrusif ou Monitoring Passif examine un flux de trafic voix et mesure la qualité de la transmission utilisable pour estimer le score MOS. Ceci a pour avantage la possibilité de monitorer tous les appels sur un réseau sans surcharge réseau supplémentaire. L’inconvénient réside dans la non-incorporation des effets de certains dysfonctionnements.

L’E Model

L’E Model a été développé à l’origine par l’ETSI comme un outil de planification de transmission, décrit dans le rapport technique ETR 250 de l’ETSI et ensuite normalisé par l’ITU sous l’appellation G.107. L’objectif du modèle était de déterminer une note de qualité qui incorporait les caractéristiques de « bouche à oreille » d’un chemin-voix. La plage du R factor est nominalement de 0 à 100, les valeurs inférieures à 50 sont généralement non-acceptables et les connexions téléphoniques typiques n’obtiennent pas plus de 94, ce qui donne une plage typique de 50 à 94. Pour les CODECs large bande le R factor peut dépasser les 100, typiquement 110 pour une connexion sans dysfonctionnement.

Le modèle de base est: R = Ro - Is - Id - Ie + A + W

Ro correspond au facteur de base déterminé à partir des niveaux de bruit, de volume, etc. Is correspond aux dysfonctionnements survenant avec la voix, ld correspond aux dysfonctionnements en retard par rapport à la voix, Ie correspond au facteur de défaut de l’équipement, A à « l’advantage factor » et W correspond au facteur de correction large bande.

Le facteur de Défaut d’Equipement, le, est généralement utilisé pour représenter les effets de la VoIP. Par exemple, en supposant des valeurs par défaut pour tout le reste, alors le R Factor pour une connexion G.729A “idéale” sans perte, sans gigue ou sans retard serait de R = Ro - Ie = 94 - 11 = 83

L’Advantage factor, A, est utilisé pour représenter la facilité pour l’utilisateur à effectuer un appel téléphonique, c'est-à-dire qu’un téléphone portable étant pratique (facile) à utiliser, les gens sont plus indulgents sur la qualité.

Scores MOS et R Acceptables pour les CODECs à Bande Etroite

Opinion Utilisateur

R Factor

Score MOS

Maximum obtaignable pour la G.711

93

4.4

Très Satisfait

90-100

4.3-5.0

Satisfait

80-90

4.0-4.3

Certains utilisateurs Satifaits

70-80

3.6-4.0

Plusieurs utilisateurs Mécontents

60-70

3.1-3.6

Presque tous les utilisateurs Mécontents

50-60

2.6-3.1

Non Recommandé

0 - 50

1.0-2.6

Note: Les scores MOS, bien que largement utilisés à des fins comparatives, varient d’un test à un autre. Veuillez noter aussi qu’un test subjectif typique pour la G.711 peut avoir pour résultat un score MOS d’à peu près 4.2 alors que le score MOS estimé pour la G711 en utilisant l’E Model ou la P.862 est de 4.4.

Pour les CODECs Large-Bande la plage de scores MOS est toujours de 1 à 5 même si la plage de R factor est plus élevée. Cela signifie qu’un CODEC à bande étroite peut avoir un score MOS de 4.3 et un CODEC Large-Bande peut avoir un score MOS de 3.9, même si le CODEC Large-Bande sonne beaucoup mieux.


Expertise :

Diagnostiquer les problèmes de configuration d’appel :

Problème

Le Problème se Produit

Tout le temps

De façon intermittente

Après le début de l’appel

L’appel n’aboutit pas
Plan de Numérotation
Perte de Paquets

 

Problème de Signalisation
Pas de chemin voix

 

 

Pas de chemin de voix
Voix d’un seul côté
Pas de rappel
Pas de rappel
Pas de rappel

 

Bruit
Echo élevé en début d’appel
Echo élevé en début d’appel
Echo élevé en début d’appel

 

Diagnostiquer les Problèmes à partir des Statistiques du Réseau :

Problème

Le Problème se Produit

Perte

Gigue

Dérangement

De façon intermittente

Périodiquement

En Continu

Faible

Faible

Faible

Problème de mise à la terre

 

Loss Plan

Faible

Elevée

Faible

Congestion LAN

Route flapping (Oscillation de routes)

Congestion du lien d’accès

Congestion du lien d’accès

Synchronisation softphone

Congestion LAN

Elevée

Faible

Elevé

Route flapping

Route flapping

 

Faible

Elevée

Elevé

 

 

Répartition de la charge

Faible

Faible

Faible

Pannes de lien

Route flapping

Câble Ethernet en défaut

Câble Ethernet en défaut

Routeur - RED

Duplex Mismatch

Elevée 

Elevée

Faible

Congestion lien d’accès

Route flapping

Congestion LAN

Congestion lien d’accès

Diagnostique du Problème à partir de la Description de l’Utilisateur

Problème

Le Problème se Produit

De façon intermittente

Périodiquement

En Continu

Difficulté pour converser

Niveau de gigue élevé

Route flapping

Problème d’écho

Route flapping

Retard important

Pertes dans la voix

Pertes dans la conversation

Route flapping

Début ou fin des mots manquant

Pannes de lien

Routeur RED

Début ou fin des mots manquants

Transferts LAN sans-fil

Tick or Pop Sounds

Congestion du lien d’accès

Route flapping

Congestion du lien d’accès

Problème de mise à la terre

Synchronisation softphone

Congestion LAN

Congestion LAN

Dérive de synchronisation

 

Audio de mauvaise qualité ou bruyant, niveau trop bas ou haut

Congestion du lien d’accès

 

Coupure d’amplitude - "bourdonnement"

Distorsion

Ronflement sur l’appel

Appel bruyant

Problème de mise à la terre

Voix très basse

Congestion LAN

Voix sonnant creux

Voix tronqué ou déformée

Congestion du lien d’accès

Router RED

Congestion lien accès

Câble Ethernet en défaut

Distorsion

LAN Congestion

Route flapping

LAN Congestion

Outils de Test:

Analyseur Réseau ou “Renifleur”       

Un Analyseur Réseau capture les flux de paquets d’un lien Ethernet, décode chaque paquet et affiche les décodages & les statistiques associées. : Wildpacket et TAP Netoptics

Analyseur VoIP

Un Analyseur VoIP est sensiblement un analyseur réseau avec comme capacité supplémentaire le décodage des protocoles de signalisation VoIP et l’analyse des flux médias RTP. : Omnipeek

Testeur de Qualité de la Voix

Un Test de Qualité de la Voix utilise essentiellement le test intrusive ou actif – en envoyant les fichiers à travers un réseau et en utilisant les outils tels que la P.862 pour comparer le fichier audio altéré avec le fichier d’origine. : Argus 145+ MOS + PESQ

 

Sonde VoIP

Une sonde VoIP est placée à des points clés sur le réseau pour un monitoring continu du réseau et l’analyse temps réseau du flux media. : Optiview

Monitoring VoIP-trouble shooting

Statistiques de Paquets :

Taux de Perte de Paquets

La proportion moyenne de paquets perdus pendant la durée de la mesure. Cette définition est utilisée pour les mesures RTCP XR and RFC3550 / RTCP.

Taux de Paquets Ecartés

La proportion moyenne de paquets écartés due à l’arrivée tardive au buffer de gigue de réception.

Taux de Perte Burst et Longueur de Burst

La proportion moyenne de paquets à la fois perdus et écartés lors de périodes de forte densité de perte (généralement supérieure à 5µ) et la longueur moyenne de ces périodes.

Taux de Gap et Longueur de Gap

La proportion moyenne de paquets à la fois perdus et écartés lors de périodes de faible densité de perte, et la longueur moyenne de ces périodes. Un "gap" est souvent défini comme une période durant laquelle la densité de perte est inférieure à 5% et les pertes de paquets sont isolées ou dispersées.

Gigue :

Taux de Paquets Ecartés

Le taux moyen auquel les paquets sont écartés à cause de l’arrivée tardive au buffer de gigue de réception. Cela mesure l’effet de la gigue plutôt que le niveau de gigue réel.

PPDV – Variation de Retard de Paquet à Paquet

La variation du retard d’un paquet par rapport au paquet précédent. Cela est facile à mesurer mais cela ne montre pas les effets liés au retard – par exemple si E représente un paquet précoce et L un paquet en retard alors la PPDV donnera différents résultats pour la séquence E E L L E E L L et E L E L E L E L, même s’ils ont des effets similaires sur le buffer de gigue en termes de taux écartés. Cette définition s’utilise pour les mesures RFC1889/ RTCP qui fournissent une valeur moyenne cumulée à court terme.

Enveloppe Gigue

La métrique d’enveloppe de gigue donne une représentation plus précise de la gigue. Il piste « l’enveloppe » ou la différence entre le retard maximum et minimum par rapport au retard moyen à court terme – équivalent au niveau de gigue crête-à-crête à court terme.

Retard :

Round Trip Delay

Le terme de Round Trip Delay est souvent utilisé pour désigner le retard d’une terminaison IP vers l’autre et retour ou le temps qui serait mesuré avec un “ping”. Cela ne saurait représenter l’ensemble du round trip delay de bout-en-bout pour un appel téléphonique.

Retard Unidirectionnel

Le Retard Unidirectionnel Symétrique est la moitié du Round Trip Delay, alors que le Retard Unidirectionnel est un retard spécifiquement mesuré d’une extrémité à une autre. Dans la pratique, les utilisateurs ne peuvent pas dire si le retard sur un appel est asymétrique, d’où l’utilisation fréquente du Retard Unidirectionnel Symétrique. La connaissance du retard dans chaque sens peut être très utile pour mettre le doigt sur la source des problèmes.

Echo Path Delay (Retard sur le Chemin de l’Echo)

L’Echo Path Delay est le retard d’un certain point sur le chemin du signal vers le point sur lequel se produit l’écho et retour – Cela peut être utile pour déterminer où se trouve le problème d’écho sur le réseau. L’Echo Path Delay est souvent mesurée par les atténuateurs d’écho.

Statistiques de Trames Ethernet :

Erreurs FCS

Les Erreurs FCS indiquent qu’une trame MAC a été corrompue. Ces erreurs peuvent être signalées comme un compteur de trames en erreur ou une proportion du total des trames.

Runt ou Partial Frames

Les Runt Frames sont des trames partielles qui indiquent que la transmission de la trame a été corrompue ou incomplète. Ces erreurs peuvent être signalées comme un compteur de runt frames ou une proportion du total des trames.

Collisions ou Collisions Excessives

Une collision se produit lorsqu’une interface Ethernet essaie d’envoyer une trame mais se trouve confrontée à un LAN occupé. Les taux élevés de collisions indiquent une congestion du LAN.

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