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.