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 errorfree, dan kurang akurat dalam memprediksi kualitas suara secara subyektif yang dipengaruhi oleh beberapa kelemahan sistem VoIP. 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 218
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. 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 G.729A 5.3 or 6.3 kbps 8 kbps GSM 13 kbps No ilbc Speex 13.3 kbps (30-ms frames) or 15.2 kbps (20-ms frames) Variable (between 2.15 and 22.4 kbps) Yes (no for passthrough) Yes (no for passthrough) No No 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 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 219
(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. 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 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 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 masingmasing 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 220
RTP Port Min RTP Port Max IP Perangkat VoIP Nomor Interface Card Packet Capture Service Control perangkat VoIP pada sisi pengirim (source/sender). Port minimum yang digunakan untuk transmisi RTP. Port maksimum yang digunakan untuk transmisi RTP. Alamat IP perangkat VoIP yang dianalisis. Nomor kartu jaringan yang dipakai untuk packet capture. Merupakan kontrol untuk memulai dan mengakhiri proses penangkapan paket. Antarmuka bagian-bagian tersebut dapat dilihat pada gambar 9, 10, dan 11 Gambar 9. Halaman analisis delay 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 10. Halaman analisis codec 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. Masingmasing bagian menunjukkan hasil analisis dari setiap sesi percakapan VoIP yang terdeteksi oleh packet capture yaitu delay, tipe codec dan packet loss. 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). 221
[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). 222