Рисунок 5.2 - Составляющие задержки в сети IP-телефонии
Задержка
Задержка создает неудобство при ведении диалога, приводит к перекрытию разговоров и возникновению эхо. Эхо возникает в случае, когда отраженный речевой сигнал вместе с сигналом от удаленного конца возвращается опять в ухо говорящего. Эффект эхо становится трудной проблемой, когда задержка в петле передачи превышает 50 мс. Системы с пакетной коммутацией речи должны иметь возможность управлять эхо и использовать эффективные методы эхоподавления.
Затруднение диалога и перекрытие разговоров становятся серьезным вопросом качества, когда задержка в одном направлении передачи превышает 250 мс.
Можно выделить следующие источники задержки при пакетной передаче речи из конца в конец (рисунок 5.2):
Рисунок 5.2 - Составляющие задержки в сети IP-телефонии
Необходимо отметить то обстоятельство, что задержки в сетях с коммутацией пакетов влияют не только на качество передачи речевого трафика в реальном времени. Не менее важно и то, что большая задержка передачи пакетов может привести к нарушению правильности функционирования телефонной сигнализации в цифровых трактах Е1 на стыке голосовых шлюзов с оборудованием коммутируемых телефонных сетей. Данное обстоятельство можно расценивать как еще один аргумент в пользу использования выделенных каналов при построении сетей IP-телефонии.
Джиттер
Когда цифровой поток речи или данных разбивается на сегменты для передачи через IP-сеть, пакеты часто прибывают в пункт назначения в различное время и в разной последовательности (напомним, что протокол IP не гарантирует доставку пакетов в требуемой последовательности и с одинаковой задержкой). Это создает разброс времени доставки пакетов (джиттер). Разброс времени доставки пакетов приводит к специфическим нарушениям передачи речи, слышимым как трески и щелчки. Различают три формы джиттера:
На рисунке 5.3 приведены гистограммы джиттера пакетов в локальной сети и в сети Интернет с различными скоростями работы, показывающие эмпирические распределения вероятностей задержек. На оси абсцисс отложена относительная задержка, характеризующая реальное положение пакета в последовательности на временной оси по отношению к идеальному в предположении, что первый пакет пришел без задержки.
Рисунок 5.3 - Гистограммы джиттера пакетов
Величины возникающих задержек и их вероятности важны для организации процедуры обработки и выбора параметров обработки. Понятно, что временная структура речевого пакетного потока меняется. Возникает необходимость организации буфера для превращения пакетной речи, отягощенной нестационарными задержками в канале, с возможными перестановками пакетов, в непрерывный естественный речевой сигнал реального времени. Параметры буфера определяются компромиссом между допустимой величиной запаздывания телефонного сигнала в режиме дуплексной связи и процентом потерянных пакетов. Потеря пакетов является другим серьезным негативным явлением в IP-телефонии.
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 узлов сети голосовые кадры будут отбрасываться, как и кадры данных. Однако кадры данных не связаны со временем и отброшенные пакеты могут быть успешно переданы путем повторения. Потеря голосовых пакетов, в свою очередь, не может быть восполнена таким способом и в результате произойдет передача не всей информации. Предполагается, что потеря до 5% пакетов незаметна, а свыше 15% - недопустима.
На рисунке 5.4 приведены гистограммы потерь пакетов. По оси абсцисс отложено число подряд потерянных пакетов. Анализ гистограмм показывает, что наиболее вероятны потери одного, двух и трех пакетов. Потери больших пачек пакетов редки.
Рисунок 5.4 - Гистограммы потерь пакетов
Существенно то, что потеря большой группы пакетов приводит к необратимым локальным искажениям речи, тогда как потерю одного - трех пакетов можно компенсировать.
Кривые графиков на рисунках 5.3 и 5.4, построенные для различных скоростей передачи информации, убедительно свидетельствуют о необходимости использования как можно более низких скоростей передачи речевой информации при естественном требовании обеспечения желаемого качества телефонной связи.
Взаимосвязь методов обеспечения качества IP-телефонии, показателей качества сети и качества вызова представлена на рисунке 5.5.
Рисунок 5.5 - Схема обеспечения качества IP-телефонии
