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. 13.1):
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 установления соединения - скорость успешного доступа и
времяустановления соединения;
• время завершения 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, вокодерG.723 требует полосы 16,3 кбит/с для каждогоречевого 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 данных
дотех пор, пока все пакеты не будут получены и можно будет передавать
их в требуемой последовательности для минимизации джиттера;
■ потеря пакетов - потеря пакетов при сжатии и/или передаче
воборудовании IР-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). Этазадержка обусловлена необходимостью сбора кадра речевых отсчетов,выполняемая в речевом кодере. Величина задержки определяется типомречевого кодера и изменяется от небольших величин (0,125 мкс) донескольких миллисекунд. Например, стандартные речевые кодеры имеютследующие длительности кадров:
G.729 CS-ACELP (8 кбит/с) - 10 мс,
G.723.1 - MultiRateCoder (5,3 и 6,3 кбит/с) - 30 мс.
2. Задержка обработки. Процесс кодирования и сбора закодированных отсчетов в пакеты для передачи через пакетную сеть создает определенныезадержки. Задержка кодирования или обработки зависит от времени работыпроцессора и используемого типа алгоритма обработки.
| Качество передачи | Качество передачи сигнализации |
| 1. Диалог. 2. Разборчивость и узнаваемость. 3. Наличие эхосигнала. 4. Громкость. | 1. Время установления соединения. 2. Время завершения соединения. |
| Качество шлюза | Качество сети |
| 1. Задержка на обработку. 2. Буфер для устранения вариации задержки. 3. Степень подавления эха. 4. Управление уровнем. | 1. Максимальная пропускная способность. 2. Задержка на передачу. 3. Вариация задержки. 4. Потеря пакетов. |
Рис. 13.1. 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, очередь не может быть восполнена таким способом и в результате кадры данных не связаны со временем, и отброшенные пакеты могут быть успешно переданы путем повторения. Потеря голосовых пакетов приводит к неполной передачеинформации. 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.