Применение технологии «голос по IP» в корпоративной области обосновано лишь тогда, когда качество речи удовлетворяет требованиям бизнеса, а этого добиться несколько сложнее, чем при работе с ISDN. Какие же параметры качества и измерительно-технические концепции следует применять для содержательного анализа производительности?

Великолепное качество речи, какое обеспечивает ISDN с коммутацией каналов, установило критерии для профессионального применения, игнорировать которые VoIP не может. Транспортная среда с коммутацией каналов предлагает идеальные условия для передачи непрерывного потока бит: при передаче цифровых голосовых данных не образуется заторов, время задержки умеренное и, что чрезвычайно важно, отсутствует вариация задержки. Отрицательно повлиять на качество в случае ISDN может лишь небольшое количество факторов.

Несмотря на все названные преимущества, передача голоса по IP — в долгосрочной перспективе — сменит ISDN, в пользу чего свидетельствуют экономические и логистические обстоятельства. Тем временем каждый, кто имеет дело с реализацией VoIP, старается достичь качества речи ISDN. Однако для этого требуется сеть с достаточной производительностью и, прежде всего, оптимальное согласование между возможными характеристиками сети и конфигурацией конечных устройств VoIP, для чего необходимо тщательно проанализировать производительность до начала работ по инсталляции, в процессе нее и во время эксплуатации услуг VoIP. Общая схема маршрута сигнала соединения VoIP, влияющие на него факторы и параметры качества представлены на Рисунке 1.

Рисунок 1. Упрощенное представление маршрута сигнала VoIP c указанием факторов, влияющих на качество сигнала, и соответствующих параметров качества.

ШКАЛА ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ГОЛОСА

В классической телефонии качество голоса определялось исключительно на аудиоуровне — путем субъективной оценки голосового сигнала. За шкалу принималась усредненная оценка разборчивости речи (Mean Opinion Score, MOS) — от 1 (очень плохо) до 5 (очень хорошо). Между тем качество речи может быть измерено путем объективного сравнительного анализа эталонного сигнала с тестовым при помощи измерительной техники. Этот метод применяется в случае VoIP для оценки качества голосовых услуг. Результат также выдается в единицах MOS и дает наиболее точную и объективную оценку. Анализ всегда производится на аудиоуровне, доступ к которому осуществляется через микрофон, аудиовход или цифровую запись (голосовые образцы), с последующим преобразованием в аудиофайл (формата *.wav). Таким образом, сигнал можно перехватить в любой точке маршрута и преобразовать его в аудиофайл (тестовый файл), программный анализ которого позволит вычислить ухудшение выходного сигнала (эталонный файл).

К сожалению, оценка MOS на уровне цифровой передачи не дает необходимых сведений о реальной причине потери качества, поэтому дополнительно приходится оценивать цифровой сетевой уровень.

В случае ISDN уровень цифровой передачи может быть оценен посредством классического измерения битовых ошибок. VoIP базируется на пакетно-ориентированной технологии передачи и коммутации, поэтому анализ качества цифрового уровня имеет некоторые отличия: одного лишь выявления ошибок по битам для оценки производительности и локализации ошибок недостаточно. Анализ должен осуществляться на пакетном уровне. В пакетно-ориентированных сетях необходимыми параметрами производительности являются задержка пакета (задержка в оба конца), вариация задержки пакета и доля потерянных пакетов (потеря последовательных пакетов) (см. врезку «Параметры производительности VoIP»). Общее деление измерительно-технических решений представлено на Рисунке 2. Как правило, выделяют пассивный анализ (на базе реальных полезных данных VoIP) и активный анализ (на базе эмуляции полезных данных VoIP).

Рисунок 2. Измерительно-технические решения делятся на решения для пассивного анализа (на основе анализа реальных полезных данных VoIP) и решения для активного анализа (на базе эмуляции полезных данных VoIP).

АКТИВНЫЙ АНАЛИЗ

Активный анализ пакетно-ориентированных параметров производительности осуществляется путем эмуляции и трансляции потоков данных VoIP между двумя тестовыми пунктами. При этом на принимающей стороне входящий поток данных проверяется на задержку и потери. При рациональном распределении тестовых пунктов в сети можно локализовать такие проблемные области, как подверженные ошибкам линии передачи или узкие места на уровне коммутаторов и каналов. Метод предназначается прежде всего для анализа пригодности существующих сетей в преддверии инсталляций VoIP и для последующих измерений. Результаты анализа пригодности (поведение вариации задержки, потребность в пропускной способности) составляют основу для оптимизации сети (скорость каналов, распределение пропускной способности, приоритеты) и конфигурации телефонов VoIP (кодек, буфер). При поиске ошибок тестовые пункты можно активировать, чтобы протестировать производительность. При необходимости тестовый пункт наберет номер пользовательского VoIP-телефона и проанализирует качество во время соединения.

Активная тестовая система VoIP должна обладать следующими функциями:

  • сигнализацией VoIP для построения тестовых соединений, в том числе через шлюзы;
  • эмуляцией достаточного количества соединений VoIP (более 100) с реальными аудиоданными VoIP (звук, файл *.wav, микрофон);
  • эмуляцией вариации пакетов и потери пакетов на стороне отправителя в целях загрузки конечных устройств и шлюзов;
  • эмуляцией буфера пакетов на стороне получателя для определения его оптимального объема;
  • одновременным генерированием сеансов ТСР в качестве дополнительной нагрузки;
  • поддержкой различных кодеков;
  • разнообразными возможностями конфигурации приоритетов для сигнализации, голосового канала и дополнительной нагрузки ТСР в целях проверки влияния приоритетов на качество и корректности назначения приоритетов в сети.

К этому добавляются общие функции: сохранение результатов анализа на тестовом пункте, централизованное удаленное управление тестовыми пунктами для конфигурации и передачи результатов, а также составления отчетов.

ПАССИВНЫЙ АНАЛИЗ

Пассивный анализ пакетно-ориентированных параметров производительности выполняется путем мониторинга соединений VoIP. Основополагающее условие: техника для анализа должна подключаться не через порт монитора на коммутаторе, а непосредственно через ответвление к наблюдаемому каналу (к примеру, через оптический разветвитель). Порт для мониторинга на коммутаторе копирует трафик по отслеживаемому каналу в обоих направлениях передачи на свой передающий порт, из-за чего изменяется поведение пакетов во времени и фальсифицируются результаты измерений.

При пассивном методе поведение потоков данных VoIP определяется на специальном измерительном пункте, где характеристики потоков данных VoIP быстро и просто распознаются путем классификации на «хорошие», «средние» и «плохие», а также путем их цветного представления (зеленые, желтые и красные, соответственно). Если на конечных устройствах VoIP активирован протокол управления в реальном времени (Real Time Control Protocol, RTCP), то проблемную область можно идентифицировать «справа» и «слева» от измерительного пункта: если потоки обозначены красным цветом, администратору необходимо лишь найти у них общие черты. Например, все потоки исходят из одной подсети IP или входят в одну подсеть IP, либо приоритеты установлены неправильно.

Если на пакетном уровне проблем с производительностью нет, но тем не менее жалобы на плохое качество речи поступают, то помочь может анализ на аудиоуровне. Для этого при помощи анализатора целенаправленно сохраняются проблемные потоки данных VoIP. Аналитическое программное обеспечение впоследствии преобразует их в аудиоданные и воспроизводит через динамики персонального компьютера. Так можно проверить влияние громкоговорителя, микрофона, акустического эха, кодека и буфера пакетов конечных устройств.

Однако анализ лишь пакетно-ориентированных параметров производительности не позволяет сделать четких выводов о том, какое реальное акустическое качество будут иметь голосовые услуги, которые получит пользователь. Помочь могла бы оценка MOS на основании пакетно-ориентированных значений производительности. Так называемая E-модель, разработанная ITU-T, предлагает соответствующее решение: особенности конечных устройств VoIP, например используемый кодек или объем буфера, математически — на базе опытных значений — вводятся в качестве данных в пакетно-ориентированный анализ производительности. Если измерительная система определит значение вариации задержки, которое при стандартной настройке объема буфера означает потерю пакета, то это ведет к снижению значения MOS.

Привлекательными измерительными пунктами для пассивного анализа являются, в частности, интерфейсы на границе между разными зонами ответственности. Важно обратить внимание на следующий момент: если данные в пределах одного соединения терминируются в определенном пункте на уровне VoIP (перевод VoIP в телефонную сеть или замена голосовой кодировки c G.711 на G.723), то все соединение VoIP оценить нельзя. Голосовой сигнал может ухудшиться из-за плохих характеристик предшествующего канала или неверно заданного объема буфера на шлюзе.

Роланд Штоосс — консультант по измерительным решениям. С ним можно связаться по адресу: pf@lanline.awi.de.

Параметры производительности VoIP

Вариация задержки описывает отклонение во времени прохождения пакетов по сети. Она возникает из-за использования в сети с коммутацией пакетов принципа коммутации «с промежуточным хранением» (пакет считывается в память на входе, коммутируется на выход и отправляется дальше) (цель: менее 30 мс).

Задержка описывает время прохождения пакетов по сети. Задержка в сети в большинстве случаев измеряется как время перемещения пакета туда и обратно. Однако она представляет собой лишь часть общего времени задержки. К этому добавляется задержка на устройствах VoIP вследствие сжатия и пакетирования речи (от 20 до 100 мс), а также в буфере на стороне получателя. Общая задержка не должна превышать 250 мс.

Потеря пакетов характеризует число не дошедших до получателя пакетов, которое определяется только процентной долей или абсолютным числом утерянных пакетов. Важно, однако, знать, в какой временной промежуток произошла потеря пакета в рамках соединения VoIP.

Потеря последовательных пакетов описывает потерю ряда пакетов. Наиболее содержательной характеристикой является частотное распределение потерь последовательных пакетов, т. е. потенциальное пропадание звука. При представлении в виде гистограммы ось Х соответствует последовательностям потерянных пакетов различной длины, а ось Y — частоте появления этих последовательностей.

? AWi Verlag