Нормирование параметров качества работы сети ip-телефонии
Рис. 2.3. Схема измерения объективного качества речи по методу PSQM
Наиболее удобным для оценки качества работы реальных сетей IP-телефонии является метод “рассчитываемого планируемого параметра ухудшения” ICPIF (Calculated Planning Impairment Factor), основанный на Рекомендации ITU-T G.113. Основная идея метода состоит в расчете величин различных параметров ухудшения качества передачи речи на каждом участке соединения в сети связи и сложения этих величин для получения общего параметра. Существуют различные факторы ухудшения качества передачи речи в сетях связи (шум, задержка, эхо и т.д.) и ITU-T разделяет их на 5 категорий. Величина общего параметра ухудшения Itot определяется по формуле:
Itot = Io + Iq + Idte + Idd + Ie,
где Io – параметр ухудшения качества, обусловленный неоптимальным уровнем громкости и/или высоким шумом в канале;
Iq - параметр ухудшения качества, обусловленный шумами квантования в ИКМ;
Idte - параметр ухудшения качества, обусловленный акустическим эхо;
Idd – параметр ухудшения качества, обусловленный передачей речи на большое расстояние (задержка);
Ie - параметр ухудшения качества, обусловленный специальными устройствами, в частности низкоскоростными кодеками.
Для сравнения работы различных сетей IP-телефонии можно не учитывать параметры Io и Iq, а значение Idte принять равным нулю. Зависимость величины параметра Idd от задержки передачи речевого сигнала в сети приведена в Рекомендации G.113 (табл. 2).
Таблица 2
Задержка (мс) | Параметр Idd |
> 800 |
Параметр Ie используется для оценки качества работы сложных устройств обработки речевых сигналов, например низкоскоростных кодеков. В Рекомендации G.113 каждый тип кодека характеризуется специфическим параметром Кi для оценки ухудшения качества передачи речи. Когда в IP-телефонном соединении используется несколько различных кодеков, то общая величина параметра ухудшения Ie определяется суммированием индивидуальных значений параметра Кi для каждого кодека:
В таблице 2 приведены величины параметра К для некоторых наиболее распространенных кодеков, часть из которых применяется в сетях IP-телефонии.
Таблица 2
Тип кодека | Скорость передачи (Кбит/с) | Параметр K |
PCM (G.711) | ||
APDCM ( G.726, G.727) | ||
CS-ACELP/CA-ACELP (G.729/G.729a) | ||
LD-CELP (G.728) | 12.8 | |
VSELP (IS 54, USA) | ||
RPE-LTP (GSM) |
Следует отметить, что в Рекомендации G.113 не учитывается такой важный фактор ухудшения качества речи в сетях IP-телефонии, как потери пакетов. На практике для учета данного фактора предлагается рассчитывать процент потерянных пакетов по методу PSQM и по нему определять параметр Ie для конкретного типа кодека и скорости передачи пакетов. Значения параметра ухудшения качества передачи речи Ie с учетом потерь пакетов для некоторых типов кодеков приведены в таблице 3 [3].
Таблица 3
Потери пакетов, % | Параметр Ie | |
кодек G.711 | кодек G.729/G.792a | |
Качество передачи речи в различных сетях связи во многом определяется человеческим восприятием с учетом фактора ожидаемого уровня качества. Например, в силу специфики работы сети сотовой подвижной связи пользователи ожидают более низкое качество передачи речи, чем в проводных сетях. Этот субъективный момент человеческого восприятия качества передачи речи в различных сетях учитывается путем уменьшения параметра ухудшения качества Icpif на некоторую величину фактора ожидания А:
Icpif = Itot - A
Когда параметр ожидания А равен нулю, то Icpif = Itot и в этом случае характеристики качества передачи речи определяются только параметрами ухудшения качества сетевыми устройствами. Это справедливо только для проводных сетей связи. В Рекомендации G.113 приведены численные значения фактора ожидания А для различных сетей передачи речи (табл. 4).
Таблица 4
Сеть связи | Параметр А |
Проводная сеть связи | |
Мобильная локальная сеть (сеть беспроводных телефонов в здании) | |
Мобильная сотовая сеть (на большой территории или в подвижном объекте) | |
Спутниковая сеть |
Для IP-телефонии значение параметра А в рекомендации G.113 не определено. Однако для проведения общей оценки качества работы сети IP-телефонии можно предложить использовать значения А=15?30 для определенных долей вызовов. В таблице 5 приведены граничные значения параметра Icpif для различных уровней качества передачи речи в соответствии с Рекомендацией G.113.
Таблица 5
Величина параметра Icpif | Качество передачи речи |
Очень хорошее | |
Хорошее | |
Удовлетворительное | |
Иногда плохое | |
Часто плохое | |
В основном неудовлетворительное |
НОРМИРОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ КАЧЕСТВА РАБОТЫ СЕТИ IP-ТЕЛЕФОНИИ
Европейский институт по стандартизации телекоммуникаций ETSI предлагает разделить сети IP-телефонии на четыре класса по качеству обслуживания QoS, основным показателем которого является задержка пакетов. В Рекомендации ITU-T G.114 для телефонной сети общего пользования приведены близкие к градациям ETSI задержки, которые соответствуют различным видам связи:
- до 150 мс – исходная норма;
- до 260 мс – задержка на участке спутниковой связи;
- до 400 мс – допустимая задержка с учетом участка спутниковой связи;
- свыше 400 мс – недопустимая задержка.
В табл. 6 рекомендации по задержке МСЭ-Т сопоставлены с классами QoS ETSI [ 4] (таблица дополнена оценкой качества речи в баллах MOS по Рекомендациям Р.800 и Р.830).
Таблица 6
Классы | Высший (Best) | Высокий (High) | Средний (Medium) | Низший (Low) | |
Задержка | ETSI | < 150 мс | < 250 мс | < 350 мс | < 450 мс |
ITU-T | < 150 мс | < 260 мс | < 400 мс | > 400 мс | |
Баллы MOS | > 4,5 | 4,0-4,5 | 3,5-4,0 | 3,0-3,5 |
Для каждого класса ETSI дает следующую субъективную оценку качества речи:
- Высший – эквивалентно или лучше, чем телефонная сеть общего пользования (ТфОП) с кодеком
G.711; предлагается для IP-сетей, поддерживающих разные уровни QoS;
- Высокий – эквивалентно ТфОП с кодеком
G.726 (32 Кбит/с) или сотовой связи GSM хорошего качества с кодеком повышенной достоверностью передачи EFR (12,2 Кбит/с); также предлагается для IP-сетей, поддерживающих различные уровни QoS;
- Средний – эквивалентно сотовой связи
GSM со стандартным кодеком FR (13 Кбит/с); предлагается для IP-сетей без перегрузок;
- Низший – предполагает использование
VoIP в сети Интернет.
Если считать участки спутниковой и сотовой связи составными частями ТфОП, то качество передачи речи в такой сети будет соответствовать первым трем класса, приведенным в табл. 6. Следовательно, эквивалентная по качеству передачи речи IP-сеть должна иметь параметры, соответствующие классу не ниже среднего. Учитывая зависимость качества речи от потери пакетов, можно сформулировать ориентировочные требования к эквивалентной сети IP-телефонии:
- максимальная задержка должна быть не больше 350…400 мс;
- потери пакетов – не более 1-3%;
- субъективное качество речи – не ниже 3,5 балла
MOS.
ETSI предлагает следующие классы оконечной аппаратуры терминального оборудования (табл. 7) и IP-сетей (табл. 8). Следует отметить, что в табл. 7 в значение задержки включено время кодирования/декодирования и пакетизации, но не задержка за счет буфера подавления джиттера.
Таблица 7
Класс | А | В | С |
Задержка, мс | < 50 | < 75 | < 100 |
Таблица 8
Класс | I | II | III |
Потери пакетов, % | < 0,5 | < 1 | < 2 |
Джиттер, мс | < 10 | < 20 | < 40 |
Анализ показывает, что современные системы и сети VoIP могут отвечать этим требованиям. Естественно при этом следует ориентироваться на решения операторского класса, предназначенные для обслуживания большого количества абонентов.
В рамках проекта QUASIMODO (QUAlity of ServIce MethODOlogies) европейского института EURESCOM (European Institute for Research and Strategic Studies in Telecommunications) разработаны требования к параметрам сети для двух классов качества услуг и трех категорий приложений (табл. 9) [ 5] .
Таблица 9
Интерактивные услуги реального времени (VoIP) | Не интерактивные услуги реального времени (аудио/видео) | Услуги не реального времени (WEB, e-commerce) | ||
Высшее качество | Задержка, мс | |||
Джиттер, мс | Best effort | |||
Потери, % | 2,5 | |||
Гарантия, % | ||||
Основное качество | Задержка, мс | |||
Джиттер, мс | Best effort | |||
Потери, % | ||||
Гарантия, % |
В целом можно констатировать, что параметры современной аппаратуры и IP-сетей в состоянии обеспечить качество передачи речи не ниже, чем ТфОП с участками спутниковой и сотовой связи. И хотя качество передачи речи в сетях IP-телефонии еще не достигло полностью уровня ТфОП, но уже вплотную к нему приблизилось.
Следует, однако, отметить, что практическое внедрение VoIP на сети Интернет при всей заманчивости этой идеи остается проблематичным с точки зрения передачи с высоким качеством. Из-за очередей и непредсказуемости соотношения нагрузки и пропускной способности в сети Интернет нет гарантии, что будут обеспечены требуемые показатели QoS. Для полностью гарантированной качественной коммерческой передачи речи и данных необходимо создавать специальные выделенные IP-сети, параметры которых, в том числе задержка и потери пакетов могут оговариваться в соглашениях об уровне обслуживания SLA (Service Level Agreement).