Ж у р н а л   о   к о м п ь ю т е р н ы х   с е т я х   и   т е л е к о м м у н и к а ц и о н н ы х   т е х н о л о г и я х
СЕТИ И СИСТЕМЫ СВЯЗИ on-line
  ПОИСК: ПОДПИСКА НА НОВОСТИ: НОМЕР:
    ДОМОЙ • Архив: Новостей | Конференций | НомеровПодписка
 
   
 
   
    
РЕДАКЦИЯ
 
Все о журнале
Подписка
Как проехать
Где купить
Отдел рекламы
График выхода журнала
Адреса в Интернет

РУБРИКАТОР
   
• Инфраструктура
• Информационные
   системы

• Сети связи
• Защита данных
• Кабельные системы
• Бизнес
• Колонка редактора
• Электронная
   коммерция

• Только на сервере
• Системы
   учрежденческой
   связи

• Новые продукты


Rambler's Top100

  

Анатомия пакетной передачи речи. Часть II. Качество

В. Л. Гордиевский

В первой части статьи (см.: Сети и системы связи. 2000. № 11. С. 92) были рассмотрены пять вариантов пакетной передачи речи — один по технологии VoFR (речь поверх Frame Relay) и четыре по технологии VoIP (речь поверх IP). Мы привели методику расчета пропускной способности линии связи, необходимой для передачи определенного числа телефонных каналов, и сравнили указанные варианты по этому критерию. Продолжим анализ технологий пакетной передачи речи, теперь с точки зрения параметров качества телефонной связи.

Когда в дело вступают пакеты

Качество телефонной связи может быть определено относительно качества восприятия речи в идеальной ситуации, каковой является диалог находящихся рядом двух лиц, визуально разделенных полностью звукопроницаемой перегородкой. Любая телефонная линия всегда снижает качество диалога — ухудшаются такие параметры, как разборчивость и узнаваемость речи, а также ряд других, которые можно объединить общим понятием “психологический комфорт”. На него, безусловно, влияют разного рода внятные и невнятные помехи, а также задержка речевого сигнала в телефонной линии. Для нас важно понять, какие показатели качества связаны непосредственно с пакетными технологиями передачи речи.

В обычной телефонной линии спектр речевого сигнала ограничен полосой от 300 до 3400 Гц; кроме того, присутствуют шум аналогового канала и эхосигнал говорящего абонента в его трубке. Однако влияние этих факторов снижает обобщенную субъективную оценку качества связи (MOS) примерно на четверть балла по принятой для таких оценок пятибалльной шкале — разборчивость и узнаваемость являются практически полными, шумы незаметны, а эхосигнал приходит с опозданием по отношению к основному сигналу всего на несколько миллисекунд и потому не замечается абонентами.

Если в телефонные аппараты установить кодеки G.729, то аналоговый речевой сигнал будет оцифрован методом ИКМ на скорости 64 Кбит/с с последующим его сжатием по алгоритму CS-ACELP до скорости 8 Кбит/с. Сжатие осуществляется путем представления ИКМ-сигнала на коротком интервале времени 10 мс в виде определенной кодовой последовательности, содержащей в восемь раз меньше битов, чем исходная. На интервале 10 мс уровень речевого сигнала практически не изменяется и при его восстановлении на приемном конце линии разборчивость и узнаваемость речи хотя и ухудшаются по сравнению с ситуацией, когда используется только ИКМ-преобразование, но весьма незначительно. Поэтому качество передачи по шкале MOS имеет уровень 4 балла для кодека G.729, а в некоторых случаях, например при реализации алгоритма ACELP в оборудовании NetPerformer фирмы ACT Networks, MOS равно 4,4 балла при скорости сжатия 8 Кбит/с. Уровень качества передачи речи, равный 4 баллам и выше по шкале MOS, в англоязычной литературе называется Tall Quality.

Таким образом, современные кодеки при эффективном сжатии сигнала обеспечивают практически такие же разборчивость и узнаваемость речи, как и при обычной телефонной связи. Однако пакетная форма передачи речи сопровождается рядом специфических явлений, ухудшающих качество разговора. К ним относятся задержка сигнала во входном буфере кодера и в других элементах тракта передачи, потеря части пакетов при перегрузках сетевых портов, нестабильность интервала времени между началом обработки двух соседних пакетов в декодере (джиттер), а также эхосигнал, который при задержках выше 50 мс становится ощутимой помехой в трубке говорящего абонента.

Эхосигнал устраняется методом компенсации. Потери пакетов в контролируемой корпоративной сети могут быть сведены к допустимому уровню или полностью исключены выбором достаточной пропускной способности линии. Влияние джиттера тоже устраняется, если на входе декодера использовать специальный сглаживающий буфер. В результате единственным фактором, отрицательное влияние которого на качество пакетной передачи речи нельзя устранить, остается задержка сигнала.

Все внимание — задержке

Экспериментально установлено, что если задержка меньше 150 мс, то большинство разговаривающих по телефону абонентов ее просто не замечают. Вместе с тем задержка в 400 мс и более, согласно Рекомендации МСЭ-Т G.114, является уже неприемлемой, поскольку естественность диалога нарушается. С учетом этих граничных значений рассмотрим влияние элементов тракта передачи речевых пакетов на значение задержки сигнала при использовании технологий VoFR и VoIP.

Задержка сигнала во входном буфере кодера определяется объемом полезной нагрузки речевого пакета и скоростью кодирования. Например, для кодека G.729 при объеме нагрузки 20 байт задержка равна 20 мс. Выполняющиеся затем процедуры формирования речевого пакета и его инкапсуляции в кадр Frame Relay или пакет IP вместе с собственно сжатием сигнала увеличивают задержку еще примерно на 5 мс. Далее кадр или пакет поступает в сетевой порт, который может быть занят передачей другого пакета — либо речевого, либо канала данных. Время этой передачи зависит от длины пакета и скорости сетевого порта. Если последняя выбрана из расчета обслуживания только одного телефонного канала, то пакет с полезной нагрузкой 20 байт будет передаваться 20 мс. В случае, например, десятиканальной линии без использования механизма VAD это время за счет увеличения скорости порта уменьшится в 10 раз и составит 2 мс. Однако в многоканальном варианте при одновременной загрузке всех каналов кадр или пакет одного из них должен подождать, пока равноприоритетные кадры других каналов будут переданы через порт. В результате максимальное время ожидания в очереди на передачу кадра некоего канала в многоканальной линии останется равным тем же 20 мс, как если бы линия была одноканальной, а полное время задержки сигнала, связанное с его передачей в линию, составит 22 мс (20 + 2). В случае применения механизма VAD при активности всех каналов среднее число поступающих в порт пакетов уменьшится вдвое, а максимальное время их пребывания в очереди сократится примерно в полтора раза.

Рассмотренная выше ситуация относится к периодам пика телефонной нагрузки, в остальное время задержка речевых пакетов в очереди к сетевому порту будет существенно меньше.

Проведенный анализ позволяет понять и причины образования джиттера в рамках одного сетевого узла: его значение равно разнице во времени задержки соседних пакетов одного речевого канала при их передаче через сетевой порт. Этих причин — две: колебание времени обслуживания портом предыдущего пакета относительно момента прихода последующего и нестабильность числа пакетов других каналов в очереди на передачу. Поскольку возможны ситуации, когда задержка равна нулю либо максимальному значению, специальный буфер декодера должен быть рассчитан на сглаживание этой нестабильности. Для рассмотренного выше примера (десятиканальной телефонной линии) объем сглаживающего буфера должен быть таким, чтобы он мог задерживать сигнал на 22 мс. Понятно, что, если скорость сетевого порта превышает минимально необходимую для передачи только телефонного трафика и выбрана с учетом совместной передачи речи и данных, задержка речевых пакетов в очереди уменьшится вследствие их приоритетного обслуживания.

Помимо уже рассмотренных составляющих задержки речевых пакетов, а также задержки при декодировании, равной 4 мс, должно учитываться время распространения сигнала в среде передачи, которое составляет 1 мс на каждые 300 км линии связи. В наземных линиях это время измеряется единицами миллисекунд. В спутниковых каналах время распространения сигнала равно примерно 250 мс, и поэтому задержку во всех остальных элементах тракта передачи нужно свести к минимуму, и в сумме она не должна быть больше 150 мс, чтобы ее результирующее значение не превысило допустимый порог (400 мс).

Проведенный анализ показывает, что если скорости сетевых портов мультиплексора Frame Relay и маршрутизатора выбраны достаточными для того, чтобы число потерянных речевых пакетов не превышало допустимый уровень, то значения задержки в одинаковых элементах тракта передачи при прочих равных условиях для технологий VoFR и VoIP практически не различаются. Однако маршрутизаторы, как обязательные устройства третьего уровня модели OSI, выполняют ряд операций, которые отсутствуют в мультиплексорах. Это проверка контрольной суммы, считывание IP-адреса получателя, поиск в таблице маршрутизации адреса порта, на который должен быть отправлен пакет, передача пакета на нужный порт. Каждая из этих операций вносит дополнительную задержку, общее же значение задержки для типичного случая классической маршрутизации имеет порядок 30 мс и даже больше. Коммутаторы Frame Relay на транзитных узлах сети обрабатывают данные на втором уровне OSI и задерживают сигнал лишь на доли миллисекунды. Учитывая указанные обстоятельства, можно сделать вывод, что при связи абонентов оконечных узлов корпоративной сети по технологии VoIP (рис. 1) задержка сигнала примерно на 90 мс больше по сравнению с той, какая имеется в случае использования технологии VoFR при одинаковой величине речевого пакета.

***

Полную версию данной статьи смотрите в 12-м номере журнала за 2000 год.

Об авторе
Гордиевский Валентин Леонидович,
канд. техн. наук, консультант отдела телекоммуникаций
и средств связи компании “Классика”
Телефон: (095) 796-9040
E-mail: vlg@classics.ru


сро дешево в Казани.Компания "СтройЮрист"- допуск сро.




  
12 '2000
СОДЕРЖАНИЕ

колонка редактора

• Прощай, DES

локальные сети

• Некоторые аспекты полевого тестирования волоконно-оптических систем, поддерживающих Gigabit Ethernet

• Кабельные системы категории 6 — миф или реальность?

• Современные ленточные накопители

• Магия беспроводных ЛВС

услуги сетей связи

• Анатомия пакетной передачи речи. Часть II. Качество

• MPLS: новый регулировщик движения на магистралях вашей сети

• Беспроводные мосты: быстрее, лучше дешевле

• Расширяем сеть Frame Relay

• Центр России в коммуникационном пространстве

• Нужно ли выбрасывать К-60П?

корпоративные сети

• Как задействовать все возможности DHCP

• Как выбрать средство удаленного управления

• Служба имен операционной системы Windows2000: проблемы и решения

защита данных

• Виртуальные частные сети в середе Windows 2000

• Управление отзывом сертификатов

электронная коммерция

• Инструменты управления содержимым Web-узлов. Руководство для покупателя.

• Готов ли ваш электронный магазин к обслуживанию покупателей?

бизнес

• Многоликий сервер

новые продукты

• Network Alchemy - философия интеграции


• КАЛЕЙДОСКОП



 Copyright © 1997-2007 ООО "Сети и Системы Связи". Тел. (495) 234-53-21. Факс (495) 974-7110. вверх