6.1 Показатели качества ip-телефонии
Традиционные телефонные сети коммутируют электрические сигналы с гарантированной полосой пропускания, достаточной для передачи сигналов голосового спектра. При фиксированной пропускной способности передаваемого сигнала цена единицы времени связи зависит от удалённости и расположения точек вызова и места ответа.
Сети с коммутацией пакетов не обеспечивают гарантированной пропускной способности, поскольку не обеспечивают гарантированного пути между точками связи.
Для приложений, где не важен порядок и интервал прихода пакетов (например, электронная почта) время задержек между отдельными пакетами не имеет решающего значения. IP-телефония является одной из областей передачи данных, где важна динамика передачи сигнала, которая обеспечивается современными методами кодирования и передачи информации, а также увеличением пропускной способности каналов.
Основными составляющими качества IP-телефонии являются качество речи и сигнализации (см. рисунок 14). Качество речи включает:
- диалог или возможность пользователя связываться и разговаривать с другим пользователем в реальном времени и полнодуплексном режиме;
- разборчивость или чистота и тональность речи;
- эхо слышимость собственной речи;
- уровень или громкость речи.
Качество сигнализации включает:
- установление вызова или скорость успешного доступа и время установления соединения;
- завершение вызова или время отбоя и скорость разъединения;
- DTMF или определение и фиксация сигналов многочастотного набора номера.
Рисунок 14 – Факторы, влияющие на качество IP-телефонии
Факторы, которые влияют на качество IP-телефонии, могут быть разделены на две категории: качества IP сети и шлюза.
Факторы качества IP сети:
- максимальная пропускная способность или максимальное количество полезных и избыточных данных, которая она передаёт;
- задержка или промежуток времени, требуемый для передачи пакета через сеть;
- джиттер или задержка между двумя последовательными пакетами.
- потеря пакета или пакеты, потерянные при передаче через сеть.
Факторы качества шлюза:
- требуемая полоса пропускания или различные вокодеры требуют различную полосу;
- задержка или время, необходимое цифровому процессору или другим устройствам обработки для кодирования или декодирования речевого сигнала;
- буфер джиттера или сохранение пакетов данных до тех пор , пока все пакеты не будут получены и можно будет передать в требуемой последовательности для минимизации джиттера;
- потеря пакетов или потеря пакетов при сжатии или передаче в оборудовании IP-телефонии;
- подавление эха или механизм для подавления эха, возникающего при передаче по сети;
- управление уровнем или возможность регулировать громкость речи.
6.2 Влияние сети на показатели качества IP-телефонии
Задержка создаёт неудобство при ведении диалога, приводит к перекрытию разговоров и возникновению эха. Эхо возникает, когда отражённый речевой сигнал вместе с сигналом от удалённого конца возвращается опять к говорящему. Эхо становится трудной проблемой, когда задержка в петле передачи больше, чем 50 мс.
Затруднение диалога и перекрытие разговоров становится серьёзным вопросом качества, когда задержка в одном направлении превышает 250 мс.
Можно выделить следующие источники задержки при передаче речи из конца в конец (см. рисунок 15):
- задержка накопления (алгоритмическая задержка): эта задержка обусловлена необходимостью сбора кадра речевых отсчётов, выполняемая в речевом кодере;
- задержка обработки: определённые задержки создаются в процессе кодирования и сбора закодированных отсчётов в пакеты для передачи через пакетную сеть;
- сетевая задержка: задержка обусловлена физической средой и протоколами, а также буферами, используемыми для удаления джиттера на приёмном конце. Сетевая задержка зависит от ёмкости сети и процессов передачи в сети.
Рисунок 15 – Составляющие задержки в сети IP-телефонии
Время задержки можно отнести к одному из трёх уровней:
- первый уровень до 200 мс отличное качество связи. Для сравнения, в СТОП допустимы задержки 150, 200 мс;
- второй уровень до 400 мс хорошее качество связи. Но при сравнении с СТОП разница ощутима;
- третий уровень до 700 мс приемлемое качество связи для неделовых переговоров. Такое качество связи возможно и в спутниковой связи.
Когда речь или данные разбиваются на пакеты для передачи через IP сеть, пакеты часто прибывают в различное время и в разной последовательности. Это создаёт разброс времени доставки пакетов (джиттер). Джиттер приводит к нарушениям передачи речи, слышимым как трески и щелчки. Различают три формы джиттера:
- джиттер, зависимый от данных, происходит в случае ограниченной полосы пропускания или при нарушениях в сети;
- искажения рабочего цикла обусловлено выдержкой распространения между передачей снизу вверх и сверху вниз;
- случайный джиттер является результатом теплового шума.
Потерянные пакеты в IP-телефонии нарушают речь и создают искажения тембра. Все голосовые кадры обрабатываются как данные, поэтому при пиковых нагрузках голосовые кадры будут отбрасываться, как и кадры данных. Кадры данных не связаны со временем, и отброшенные пакеты могут быть успешно переданы путём повторения, а потеря голосовых пакетов приведёт к неполной передаче информации. Предполагается, что потеря до 5% пакетов незаметна, а свыше 10 – 15 % недопустима. Можно предположить, что с повышением трафика возрастают задержки и потери в канале.