APLIKASI QOS ANALYZER PADA JARINGAN VOIP

APLIKASI

QOS ANALYZER PADA JARINGAN VOIP

Muchammad Husni

husni@its-sby.edu

Fredy Kristanto

Jurusan Teknik Informatika, Fakultas Teknologi Informasi

Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Kampus Keputih Sukolilo Surabaya- 60111

Telp. : +62 31 5922949, Fax : +62 31 5939363

ABSTRAK

Untuk penyedia layanan, VoIP mempunyai daya tarik sendiri, karena mereduksi biaya komunikasi sehingga bisa bersaing dengan penyedia layanan lain, misalnya PSTN. Jaringan IP yang bersifat best-effort memunculkan tantangan baru dalam pengiriman suara yang real time, yaitu: delay tidak dijamin selalu konstan, kemungkinan terjadinya paket yang hilang, serta variasi delay paket (jitter) yang menimbulkan distorsi. Penelitian ini akan mengembangkan sistem untuk menganalisis beberapa parameter yang mempengaruhi QoS pada VoIP, sehingga dapat diketahui kategori suatu percakapan dalam VoIP, baik atau buruk.

Kata kunci: VoIP, QoS, Jitter

1. _PENDAHULUAN

Codec bitrate rendah (high compression ratio) digunakan untuk menurunkan kebutuhan bandwidth pada pengiriman suara berbasis VoIP. Hal ini dapat menimbulkan distorsi pada sinyal asli secara signifikan, bahkan sebelum ditransmisikan. Selain itu, suara terkompresi yang dihasilkan oleh codec tersebut juga lebih sensitif terhadap kemungkinan hilangnya packet. Karakteristik-karakteristik tersebut membuat VoIP lebih menantang untuk menghasilkan pengiriman voice yang berkualitas, sekaligus juga membuat pengukuran kualitas percakapan semakin relatif rumit.

Pengukuran kualitas percakapan secara obyektif yang ada sekarang ini umumnya dikembangkan untuk bitrate tinggi, diterapkan di lingkungan yang error-free, dan kurang akurat dalam memprediksi kualitas suara secara subyektif yang dipengaruhi oleh beberapa kelemahan sistemVoIP. Pada penelitian ini dikembangkan suatu sistem yang dapat menganalisis dan mendeteksi beberapa parameter yang mempengaruhi kualitas layanan (QoS) pada jaringan VoIP, sehingga dapat diketahui bagaimana kategori suatu percakapan dalam jaringan VoIP.

2. SESSION INITIATION PROTOCOL

Dalam proses transmisi komunikasi real-time seperti VoIP, diperlukan beberapa protokol. Pertama-tama,

salah satu tipe signaling dan call control dibutuhkan untuk menentukan, merubah, dan mengakhiri sebuah sesi percakapan. Dalam sistem Public Switched Telephone Network (PSTN), yang merupakan jaringan circuit-switched, Signaling System 7 (SS7) digunakan untuk men-setup dan melakukan terminasi sesi percakapan. Pada jaringan packet-based dapat dipakai protokol SIP atau H.323 untuk menyediakan kontrol percakapan VoIP.

Session Initiation Protocol (SIP), yang mirip dengan HyperText Transfer Protocol (HTTP), adalah sebuah protokol signaling dan pengontrol percakapan yang bekerja pada layer aplikasi dan berbasis teks. SIP digunakan untuk membuat, mengubah, dan mengakhiri sesi. Protokol ini mendukung komunikasi secara unicast dan multicast. Karena SIP berbasis teks, maka kegiatan implementasi, pengembangan dan debugging menjadi lebih mudah daripada H.323. Sebagian besar aplikasi VoIP menggunakan protokol SIP, contoh lainnya adalah Windows Messenger, sedangkan Microsoft NetMeeting menggunakan H.323.

Setelah sesi percakapan dibuat, suara akan disampling dan dikonversikan ke format digital. Sampel data tersebut kemudian dienkapsulapsi ke dalam paket Real-time Transport Protocol (RTP). Dari RTP kemudian dienkapsulasi lagi ke dalam protokol transport, yaitu User Datagram Protocol (UDP). Dalam transmisinya, RTP memanfaatkan Real-time Control Protocol (RTCP) yang digunakan

untuk memonitor kualitas dari sesi RTP. Gambar 1 menunjukkan proses enkapsulasi lengkap, dari paket RTP ke frame link layer.

Gambar 1. Enkapsulasi protokol pada VoIP Komponen utama SIP terdiri atas , server SIP dan user agent SIP. Sedang SIP Server sendiri terbagi lagi menjadi 3 macam yaitu proxy, registrar dan redirect. Proxy berfungsi sebagai mediator antara client user agent dan server user agent, registrar berfungsi menerima permintaan REGISTER, dan redirect berfungsi menerima inisiasi, dalam bentuk request SIP INVITE.

Suatu model alur panggilan sesi SIP bisa diperlihatkan pada gambar 2, dimana sebuah proxy server berada di jalur antara dua user agent. Proxy server berfungsi sebagai user server dan user agent. Sewaktu bertindak sebagai user server, proxy menerima request SIP dan meneruskannya ke user agent tujuan. Sewaktu bertindak sebagai user agent, proxy menerima respon SIP dan meneruskannya ke user agent tujuan.

Gambar 2. Alur panggilan proxy server SIP

3.

AUDIO DIGITIZATION DAN AUDIO COMPRESSION

Untuk melakukan transmisi data suara melalui jaringan packet-based, sinyal suara yang berbentuk analog harus dikonversikan (digitasi) ke bentuk digital. Data digital ini kemudian di encode (dan di compress) sebelum ditransmisikan. Sesampai di

penerima, data harus di decode (dan decompress) dan dikonversikan lagi ke bentuk analog (suara). Proses yang terkenal dengan sebutan CODEC ini berbasis perangkat lunak, dan dilakukan untuk memperbaiki utilitas jaringan, sehingga diharapkan bisa meningkatkan kualitas suara. Konversi dari bentuk analog ke digital dan bentuk digital kembali ke analog dilakukan oleh perangkat keras (hardware).

Jenis codec dengan algoritma kompresi yang digunakan menentukan bandwidth yang dibutuhkan untuk melakukan transmisi data suara. Sebagai contoh, setiap percakapan suara analog menggunakan PSTN membutuhkan bandwidth 64 Kbps. Nilai ini didapatkan dari encoding dan algoritma kompresi (PCM), yang dapat menyediakan data dan suara dengan kualitas tinggi. Salah satu keuntungan menggunakan telephone IP adalah kemampuan untuk memanfaatkan perkembangan teknologi codec yang terkini, sehingga bandwidth 64 Kbps yang hanya dapat digunakan untuk sebuah percakapan pada jaringan PSTN, dapat dimanfaatkan untuk sekitar 10 percakapan pada jaringan packet-switched menggunakan codec G.723.1. Tabel di bawah menunjukkan bermacam-macam codec beserta bandwidth yang diperlukan.

Tabel 1. Jenis-jenis Codec

Codec Data bitrate (kbps) Licence required?

G.711

(PCM) 64 kbps No

G.726 16, 24, or 32 kbps No

G.723.1 5.3 or 6.3 kbps Yes (no for

passthrough)

G.729A 8 kbps Yes (no for

passthrough) GSM 13 kbps No iLBC 13.3 kbps (30-ms frames) or 15.2 kbps (20-ms frames) No

Speex Variable (between 2.15

and 22.4 kbps) No

4. PERANCANGAN PERANGKAT LUNAK Secara umum perangkat lunak yang dibuat dibagi menjadi 3 bagian yaitu Packet Capture, Analis RTCP & RTP, dan Penghitung E-Model. Sedang proses pengukurannya dilakukan pada jaringan tanpa menginterupsi percakapan yang sedang aktip dan biasanya menggunakan statistik yang didapat pada percakapan tersebut. Perangkat untuk melakukan pengukuran ini (test pasip), dapat terintegrasi

(embedded) dalam perangkat VoIP itu sendiri, dan berlokasi di dalam jaringan IP atau service provider VoIP. Selain itu perangkat lunak ini juga single ended, artinyaproses analisis hanya dilakukan pada salah satu sisi percakapan (percakapan searah) saja tidak secara bolak-balik, seperti diperlihatkan pada gambar 3.

Gambar 3. Pengukuran kualitas VoIP perangkat A

4.1.

WinDump Packet Capture

Windump adalah sebuah versi Windows dari tool Unix yang terkenal yaitu TCPDump. TCPDump dapat menangkap sebagian atau semua paket yang diterima oleh interface jaringan. Cakupan paket yang ditangkap dapat diseleksi berdasarkan kombinasi operator logika dan parameter-parameter seperti source dan destination alamat MAC atau IP, tipe protoko (IP dan Ethernet) dan nomor port TCP/UDP. Paket-paket yang ditangkap dapat ditulis ke file sebagai data raw untuk selanjutnya diproses lagi oleh TCPDump atau aplikasi lainnya.

Berikut adalah contoh syntax untuk melakukan capture header RTP: tcpdump –T rtp – vvv src orac and dst port 57392

Isi dump file yang dihasilkan :

18:00:56.156473 orac.erg.abdn.ac.uk.1052 > 224.2.156.220.57392: udp/rtp 741 c31 * 50140 2686364689 489542890 0x1200 (ttl 127, id 22854, len 781)

Gambar 4. Contoh Capture Header RTP

Sedang contoh syntax untuk melakukan capture paket RTCP adalah :

tcpdump –s 96 –vvv –T rtcp src orac and port 57393 Isi dump file yang dihasilkan :

11:58:52.027102 orac.erg.abdn.ac.uk.1053 >

224.2.156.220.57393: sr 489542890 @3238744444.18 2584794646 12583800p 2794620371b 489542890 1l 12646339s 0j @0.00+0.00 sdes 60 489542890 (ttl 127, id 19051, len 140)

Gambar 5. Contoh Capture Header RTCP

4.2.

Analisis RTCP & RTP

Setelah packet capture menghasilkan file log atau dump file, pemilah paket menyeleksi paket RTCP dan paket RTP. Paket yang sudah terpisah kemudian dimasukkan dalam satu database.

Gambar 6. Arsitektur Perangkat Lunak

Penghitung Id akan melakukan query terhadap tabel RTCP dengan header paket RTCP Delay Since Last SR sehingga menghasilkan nilai Id atau one-way delay. Penghitung Ie(codec) melakukan query terhadap tabel RTP untuk menemukan tipe codec yang digunakan. Setelah diketahui tipe codec, kemudian dibandingkan dengan tabel Equipment Impairment Factor berdasarkan ITU-T Recommendation G.113 Appendix I, yang telah dimasukkan ke dalam database. Perbandingan tersebut menghasilkan nilai Ie(codec). Sedang penghitung Ie(loss) mengambil nilai packet loss pada header paket RTCP Cumulative Number of Packets Lost atau menganalisa paket-paket RTP pada header Sequence Number.

Penghitung R-Factor akan menampung hasil Id, Ie(codec) dan Ie(loss) jika ada. Setelah itu melakukan kalkulasi berdasarkan persamaan :

R = 93,4 – Id – Ie(codec) – Ie(loss)

Kemudian R dipetakan ke dalam nilai MOS dan nilai User Satifaction atau Subjective Score masing-masing oleh Konverter E-Model dan Converter Subjective Score. Akhirnya nilai R, MOS dan Subjective Score ditunjukkan kepada pengguna melalui sebuah tampilan, browser, ataupun console. 5. IMPLEMENTASI

Tabel di bawah menunjukkan beberapa parameter masukan yang dibutuhkan aplikasi.

Tabel 2 Parameter masukan aplikasi

Parameter Keterangan

RTCP Enable Nilai On, metode analisis menggunakan paket RTCP. Nilai Off, metode analisis menggunakan paket RTP.

RTCP Interval Waktu yang menunjukkan transmisi paket RTCP yang dikeluarkan oleh

perangkat VoIP pada sisi pengirim (source/sender).

RTP Port Min Port minimum yang digunakan untuk transmisi RTP.

RTP Port Max Port maksimum yang digunakan untuk transmisi RTP.

IP Perangkat VoIP Alamat IP perangkat VoIP yang dianalisis.

Nomor Interface Card

Nomor kartu jaringan yang dipakai untuk packet capture.

Packet Capture Service Control

Merupakan kontrol untuk memulai dan mengakhiri proses penangkapan paket .

5.1. Tampilan halaman konfigurasi

Halaman ini, berisi konfigurasi status RTCP dan interval RTCP. Jika status RTCP “on” berarti metode analisis memanfaatkan paket RTCP dan RTP. Sebaliknya jika “off” berarti metode analisis hanya memanfaatkan paket RTP. Interval RTCP

menunjukkan rentang waktu transmisi antar paket RTCP oleh perangkat VoIP.

Gambar 7. Halaman konfigurasi setting RTCP

5.2. Tampilan halaman kontrol service

Halaman ini berisi tombol yang dapat digunakan user untuk memulai dan mengakhiri proses packet capture. Jika tombol “Start” ditekan maka aplikasi akan memulai untuk menangkap paket percakapan VoIP, sampai user menekan tombol “Stop”.

Gambar 8. Halaman Control Service 5.3. Tampilan halaman analisis

Halaman ini terdiri dari 3 bagian analisis. Masing-masing bagian menunjukkan hasil analisis dari setiap sesi percakapan VoIP yang terdeteksi oleh packet capture yaitu delay, tipe codec dan packet loss.

Antarmuka bagian-bagian tersebut dapat dilihat pada gambar 9, 10, dan 11

Gambar 9. Halaman analisis delay

Gambar 10. Halaman analisis codec

Gambar 11. Halaman Analisis Packet Loss 6. _KESIMPULAN

a. Telah berhasil diimplementasikan sistem penganalisis kualitas VoIP dengan baik. b. Sistem ini bisa membantu administrator

untuk menganalisis kualitas percakapan telepon melalui VoIP.

c. Dari serangkaian ujicoba yang telah dilakukan, sistem ini memberikan hasil yang sesuai dengan realita.

7. _REFERENSI

[1] Alcatel : IP Telephony Design Guide. (2003). [2] Alexandre, C. dan Philippe, Serge.: QoS for

Voice over Internet Protocol.(2003).

[3] Amin, A.H.M.: VoIP Performance Measurement Using QoS Parameters.(2005).

[4] Fluke: Quality Management Troubleshooting Techniques for Voice over IP. (2005).

[5] Friedman, T.: IETF RFC 3611 : RTP Control Protocol Extended Reports (RTCP XR). (2003). [6] Hall, T.A.: Objective Speech Quality Measures

for Internet Telephony.

[7] Houck, D.J. dan Yang, W.: Lucent Technologies: Voice over Internet Protocol Voice Qualty of Service.(2004).

[8] Huitema, C.: IETF RFC 3605 : Real Time Control Protocol (RTCP) Attribute In Session Description Protocol (SDP). (2003).

[9] Ixia : Assessing VoIP Call Quality Using E-Model. (2005).

[10] Rosenberg, J.: IETF RFC 3261 : SIP - Session Initiation Protocol. (2002).

[11] Schulzrinne, H.: IETF RFC 3550 : RTP – A Transport Protocol for Real Time Applications. (2003).

[12] Shim, C., Xie, L., Zhang, B. dan Sloane, C.J.: How Delay and Packet Loss Impact Voice Quality in VoIP.(2003).

[13] Telecommunications Industry Association : Telecommunications Systems Bulletin – Voice Quality Recommendations for IP Telephony. (2001).