Качество обслуживания в сетях передачи данных

Показатели качества IР-телефонии

Общие сведения

IP-телефония представляет собой технологию, позволяющую использовать любую сеть с коммутацией пакетов на базе протокола IP в качестве средства организации и ведения телефонных разговоров.

Поскольку IP-телефония претендует на роль конкурента традиционной телефонной связи, она должна гарантировать пользователю некий уровень качества обслуживания (QoS), сравнимый с ТфОП.

Основными составляющими качества IP -телефонии являются (рис. 4.1):

1.. Качество речи, включающее:

• диалог - возможность пользователя связываться и разговаривать с другим пользователем в реальном времени и полнодуплексном режиме;

• разборчивость и узнаваемость - чистота и тональность речи;

• наличие эхосигнала - слышимость собственной речи с задержкой;

• громкость - громкость речи.

2. Качество сигнализации, включающее:

• время установление соединения - скорость успешного доступа и

времяустановления соединения;

• время завершение соединения - время отбоя и скорость разъединения.
Факторы, которые влияют на качество IP-телефонии, могут быть разделены на две категории:

1. Факторы качества IP-сети:

■ максимальная пропускная способность - максимальное количество полезных и избыточных данных, которая она передает;

■ задержка на передачу - промежуток времени, требуемый для передачи пакета через сеть;

■ вариация задержки - задержка между двумя последовательными пакетами;

■ потеря пакета - пакеты или данные, потерянные при передаче через сеть.

2. Факторы качества шлюза:

■ требуемая полоса пропускания - различные вокодеры требуют

различную полосу.

Например, вокодер G.723 требует полосы 16,3 кбит/с для каждого

речевого канала;
задержка на обработку - время, необходимое цифровому сигнальному
процессору DSP или другим устройствам обработки для кодирования и

декодирования речевого сигнала;

буфер для устранения вариации задержки - сохранение пакетов даны

до тех пор, пока все пакеты не будут получены и можно будет передавать

их в требуемой последовательности для минимизации джиггера;

потеря пакетов - потеря пакетов при сжатии и/или передаче

в оборудовании 1Р-телефонии;

степень подавления эха - механизм для подавления эха, возникающего при

передаче по сети;

управление уровнем - возможность регулировать громкость речи.

 

Задержка

 

При передаче речи по IP-сети возникают намного большие, чем в ТфОП. задержки, которые, к тому же, изменяются случайным образом. Этот факт представляет собой проблему и сам по себе, но, кроме того, усложняет проблему эха.

Можно выделить следующие составляющие задержки при пакетной передачи речи из конца в конец:

1. Задержка накопления (иногда называется алгоритмической задержкой). Эта

задержка обусловлена необходимостью сбора кадра речевых отсчетов,

выполняемая в речевом кодере. Величина задержки определяется типом

речевого кодера и изменяется от небольших величин (0,125 мкс) до

нескольких миллисекунд. Например, стандартные речевые кодеры имеют

следующие длительности кадров:

G.729 CS-ACELP (8 кбит/с) - 10 мс

G.723.1 - Multi Rate Coder (5.3, 6.3 кбит/с) - 30 мс.

2. Задержка обработки. Процесс кодирования и сбора закодированных отсчетов в пакеты для передачи через пакетную сеть создает определенные

задержки. Задержка кодирования или обработки зависит от времени работы

процессора и используемого типа алгоритма обработки.

 

Качество передачи речи

• Диалог

• Разборчивость и узнаваемость

• Наличие эхосигнала

• Громкость

Качество передачи сигнализации

• Время установления соединения

• Время завершения соединения

 

Качество шлюза

Качество сети

 

Задержка на обработку Буфер для устранения вариации задержки Степень подавления эха Управление уровнем

Максимальное пропускная способность

Задержка на передачу Вариация задержки Потеря пакетов

 

Рис. 4.1. Факторы, влияющие на качество IP-телефонии

 

Для уменьшения загрузки пакетной сети обычно несколько кадров речевого кодера объединяются в один пакет. Например, три кадра кодовых слов G.729, соответствующих 30 мс речи, могут быть объединены для уменьшения размера одного пакета.

3. Сетевая задержка. Задержка обусловлена физической средой и протоколами, используемыми для передачи речевых данных, а также буферами, используемыми для удаления джиттера пакетов на приемном конце.

Сетевая задержка зависит от емкости сети и процессов передачи пакетов в сети.

Время задержки при передаче речевого сигнала можно отнести к одному из

трех уровней:

• до 200 мс (первый уровень) - отличное качество связи. Для сравнения, в телефонной сети общего пользования допустимы задержки до 150-200 мс;

• до 400 мс (второй уровень) - считается хорошим качеством связи, но если сравнивать с качеством связи по сетям ТфОП, то разница будет видна. Если задержка постоянно удерживается на верхней границе этого уровня (на 400 мс), то не рекомендуется использовать эту связь для деловых переговоров:

• до 700 мс (третий уровень) - считается приемлемым качеством связи для ведения неделовых переговоров. Такое качество связи возможно также при передаче пакетов по спутниковой связи.

 

Джиттер

В случае разбивки речи или данных на пакеты для передачи через IP-сеть, пакеты часто прибывают в пункт назначения в различное время и в разной последовательности. Это создает разброс времени доставки пакетов (джиттер ). Джиттер приводит к специфическим нарушениям передачи речи, слышимым как трески и щелчки.

Возникает необходимость организации буфера для превращения пакетной речи, отягощенной нестационарными задержками в канале, возможными переста­новками пакетов, в непрерывный естественный речевой сигнал реального времени. Параметры буфера определяются компромиссом между величиной запаздывания телефонного сигнала в режиме дуплексной связи и процентом потерянных пакетов.

 

Потеря пакетов

 

Потерянные пакеты в IP-телефонии нарушают речь и создают искажения тембра. В существующих IP-сетях все голосовые кадры обрабатываются как данные. При пиковых нагрузках и перегрузках голосовые кадры будут отбрасываться, как и кадры данных. Однако ю очередь, не может быть восполнена таким способом и в результате пкадры данных не связаны со временем, и отброшенные пакеты могут быть успешно переданы путем повторения. Потеря голосовых пакетов в свороизойдет неполная передача информации. Предполагается, что потеря до 5% пакетов незаметна, а свыше 10-15% недопустима. Причем данные величины существенно зависят от алгоритмов компрессии/декомпрессии.

Наиболее вероятны потери одного, двух и трех пакетов подряд. Потери больших пачек пакетов редки. Существенно, что потеря большой группы пакетов приводит к необратимым локальным искажениям речи, тогда как потери одного, двух, трех пакетов можно пытаться компенсировать.