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A qualidade de serviço em redes


Este artigo é uma contribuição de Francisco Badaró, gerente de tecnologia do Grupo Softcomp.


Muitas das novas aplicações são exigentes em requisitos de redes como atraso e a variação máxima deste atraso (intolerância ao Jitter), perdas de pacotes (intolerância a perda de pacotes) e da largura de banda necessária e disponível.

Desta forma, para garantir a funcionalidade destas aplicações e que as redes continuem funcionando corretamente, é preciso aplicar técnicas que permitam atingir um nível satisfatório e confiável para o uso das aplicações, e que níveis mínimos de funcionalidade e desempenho sejam garantidos. Para tal, devem ser implementadas políticas capazes de estabelecer métricas, caracterizando e descrevendo o comportamento da rede em utilização e performance principalmente para estas aplicações que são intolerantes a jitter, perda de pacotes, e que tenham garantidos seus requisitos mínimos de largura de banda.

O presente artigo não vai se aprofundar no estudo específico das técnicas de QoS devido a sua extensão, para tal é recomendado à consulta a literatura específica ITU-T I.350, ITU-T E.800, ITU-T P.861, ITU-T P.862.

O quadro 1 ilustra alguns indicadores mensuráveis na rede, como métricas de QoS.

 

MÉTRICA DE QOS  – UNIDADE

 

DESCRIÇÃO

Retardo/Atraso/Latência – ms Tempo gasto pela rede para transportar um pacote do transmissor ao receptor.
Jitter

(Variação do Atraso/Variação da Latência) – ms

Variação máxima do retardo entre pacotes de um fluxo.
Throughput (Vazão)

– bps/kbps/mbps/gbps

Taxa de informação que chega e que é entregue por um nodo da rede por unidade de tempo.
Taxa de Perdas – % Pacotes perdidos em relação ao total de pacotes enviados.
Taxa de Erros – % Número de transmissões com erro em relação ao número total de transmissões realizadas.
Congestionamento Ocupação da largura de banda disponível na interface.

Quadro 1: Métricas de QoS.

As técnicas de QoS permitem que a largura de banda seja usada de forma mais eficiente. O objetivo é proporcionar serviços de qualidade fim-a-fim para aplicações do usuário, incluindo dados, multimídia e voz.

A chave para oferecer QoS reside na capacidade da rede em fornecer banda suficiente para atender as cargas de rede prioritárias, distinguindo as diferentes aplicações ou classes de tráfego e alocando os recursos de rede requeridos para garantir a performance necessária para o tráfego. A importância da aplicação para um respectivo modelo de negócio á ditado através dos parâmetros definidos no QoS. QoS é subjetivo, mas pode se tornar mensurável utilizando as métricas corretas. A garantia de análises rigorosas, utilizando testes padronizados e níveis de sistema sob uma variedade de condições, garante as melhores métricas de avaliação. A qualidade deve ser mensurável para ser manejável.

Três técnicas para mensuração de qualidade serão conceituadas resumidamente neste trabalho. Estas incluem o Mean Opinion Score (MOS), a Medição de Qualidade de Fala Perceptiva (PSQM) e a Avaliação Perceptiva da Qualidade de Fala (PESQ). O maior uso prático delas é para a qualificação de rede nas aplicações de voz.

O MOS

Simplificadamente, trata-se de um teste que tem uso mais prático para analise de qualidade em voz, para obter a visão do usuário humano sobre a qualidade da rede. O MOS é expresso como um único número na faixa de 1 a 5, onde 1 é a menor qualidade de áudio percebida, e 5 é a maior qualidade de áudio percebida, ilustrado pelo quadro 2.

MOS QUALIDADE IMPACTO
5 Excelente Imperceptível
4 Bom Perceptível mas não irritante
3 Justo Um pouco chato
2 Pobre Irritante
1 Ruim Muito Irritante

Quadro 2: MoS.

O PSQM (PERCEPTUAL SPEECH QUALITY MEASUREMENT)

PSQM é um método automatizado de medir a qualidade da fala “em serviço”. O software PSQM normalmente reside com sistemas de gerenciamento de chamadas IP, que às vezes são integrados em sistemas SNMP. O Padrão é definido pela norma P.861 do ITU

O PESQ (PERCEPTUAL EVALUATION OF SPEECH QUALITY)

O MOS e o PSQM não são recomendados para as redes atuais. Ambos foram originalmente concebidos antes do aparecimento de tecnologias VoIP atuais e não medem corretamente os típicos problemas que afetam por exemplo a tecnologia VoIP, como jitter e atraso.

Por exemplo: É possível obter uma pontuação MOS de 3.8 numa rede quando o atraso de uma via excede 500 ms, porque o avaliador MOS não tem conceito de conversação bidirecional e ouve apenas a qualidade de áudio. O atraso unidirecional não é avaliado.

O PESQ foi originalmente desenvolvido pelo grupo formado entre as empresas British Telecom, Psytechnics e KPN Research da Holanda. Ele evoluiu para o Padrão ITU-T P.862, que é considerado o padrão atual para a medição da qualidade de voz em redes.

PESQ pode levar em conta erros de CODEC, erros de filtragem, problemas de jitter e problemas de atraso que são típicos em uma rede VoIP. PESQ combina o melhor do método PSQM juntamente com um método chamado Perceptual Analysis Measurement System (PAMS). As pontuações do PESQ variam de 1 (pior) a 4,5 (melhores), sendo 3.8 consideradas de qualidade regular e aceitável principalmente para comparativo entre transmissões de voz em redes ip e em redes telefônicas tradicionais. Os efeitos da comunicação bidirecional, como perda de sonoridade, atraso, eco e diafonia, não são refletidos nas pontuações PESQ, tendo sua arquitetura conceitual proposta pelo ITU-T P.862 e ilustrado na figura 1.

Figura 1: Representação Gráfica Arquitetura PESQ.

 

O quadro 3 traz um comparativo entre as técnicas abordadas para mensuração de qualidade.

TIPO MOS PSQM PESQ
Método de Teste Subjetivo Objetivo Objetivo
Testes fim a fim Inconsistente Não Sim
Testes de Jitter Fim a Fim Inconsistente Não Sim

Quadro 3: Comparativo entre técnicas para mensuração de qualidade.

A qualidade de serviço é importantíssima nos ambientes de redes atuais e será fundamental nos ambientes de rede de nova geração.  Sob os atuais critérios e especificações, a figura 2 ilustra uma proposta de classificação para QoE (Qualidade da Experiência do Usuário) sob o contexto dos graus de interatividade e da complexidade de serviço

Figura 2: Classificação baseada em QoE, com os níveis de complexidade de serviço e interatividade

CONCLUSÃO

Em conclusão, é necessário considerar que não são todas as aplicações de rede que de fato necessitam de garantias de qualidade de serviço para que seus requisitos sejam atendidos e seu desempenho seja satisfatório, entretanto existem aplicações que são críticas e sensíveis a jitter e alta latência. O objetivo das técnicas de QoS é fornecer qualidade ao serviço de rede, inclusive dando garantias mínimas. Em ambientes multisserviços onde rodam aplicações críticas ou mesmo aplicações multimídia de tempo real (como telefonia ou TV), a existência de uma política efetiva e eficaz de QoS passa a ser fundamental para o bom desempenho da rede e as garantias mínimas de SLA para as diversas aplicações rodando na mesma rede IP.

Victor Mansur

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