Современные информационные технологии

Колосов Е.А.

Донецкий национальный технический университет

Показники якості IP-телефонії

Часто, при організації VoIP| мережі|сіті| на підприємстві проектувальники мають справу|річ| не з|із| побудовою|шикуванням| абсолютно нової телекомунікаційної системи, а з|із| модернізацією вже існуючої мережі|сіті|. І, як правило, модернізувати доводитися|припадати| традиційні системи з|із| комутацією каналів. Причина такого підходу зазвичай|звично| завжди одна – бажання замовника понизити|знизити| витрати|затрати|. При цьому замовник зацікавлений в тому, щоб|аби| якість зв'язку існуючої мережі|сіті| не тільки|не лише| залишалася на колишньому рівні, але і була поліпшена. Проте|однак| на даний момент не існує чіткої системи постановки вимог до IP-телефонної| мережі|сіті| на основі відомих вимог до традиційного телефонного зв'язку. Таким чином, існує необхідність в розробці методики перерахунку показників якості, тобто|цебто| якогось|деякого| “чорного ящика” (рис 1.1), на вході якого ми маємо показники якості традиційної телефонної мережі|сіті|, а на виході показники якості IP-телефонної| мережі|сіті|.

Вхідними даними такої системи є:

· Кількість абонентів N

· Питоме навантаження з одного абонента у, Ерл

· Вірогідність|ймовірність| втрат по викликах, Pв|; по навантаженню Pн|; за часом Pt|.

Вихідними:

· Пропускна спроможність B, біт/с

· Затримка t, мс

· Вірогідність|ймовірність| втрат пакетів, Pп|

При обліку|урахуванні| таких параметрів як тип алгоритму кодування, протокол сигналізації, протокол 2 рівні моделі OSI| маємо

Рис 1. Методика перерахунку показників якості

Зупинимося|зупинятимемося| на підрахунку необхідної пропускної спроможності каналів зв'язку для окремого офісу корпорації X. Припускається, що дана корпорація вже володіє системою традиційного телефонного зв'язку. Необхідно побудувати|спорудити| систему IP-телефонного| зв'язку із|із| збереженням|зберіганням| вже наявного рівня якості зв'язку.

Голос для передачі по мережі спочатку потрапляє на вхід цифрового сигнального процесора DSP (Digital Signal Processor), де він порціями кодується певним кодеком. Вихід з DSP інкапсулюється в PDU (одиниця даних протоколу – фрейми, пакети) і передається по мережі. Розмір корисного навантаження залежить від розміру голосового семплу (звукового файлу), який безпосередньо впливає на необхідну смугу пропускання. Наприклад, стандартний розмір кадру кодека G.729 при швидкості кодування 8 Кбіт/с складає 10 мс. Варто відзначити, що кількість корисної інформації в пакеті є величина конфігурується і впливає на величину змінних затримок (так званих джиттерів – jitter). Так устаткування фірми Cisco інкапсулює в PDU 20мс голосу, тобто два кадру кодека G.729 на пакет.

Розмір семплу в байтах розрахуємо по формулі:

,

(1)

де - розмір семплу в байтах

- розмір семплу в секундах

- бітрейт використовуваного кодека.

Для обчислення смуги пропускання каналу, займаної одним дзвінком, використовуємо наступну формулу:

,

(2)

де - смуга пропускання каналу, займаною одним дзвінком

- об'єм|обсяг| службової інформації протоколу канального рівня в байтах. Розмір службової інформації при використанні Ethernet| II складає 18 байт (6 байт – адреса призначення, 6 байт – адреса джерела, 2 байти – тип, 4 – контрольна сума)

- Заголовки IP, UDP і RTP без компресії в байтах (20 IP, 8 UDP, 12 RTP)

- розмір пакету в байтах.

Як було вказано вище, на підприємстві вже діє система традиційної телефонії, яка забезпечує необхідний рівень якості. Одним з показників є|з'являється| кількість можливих одночасних сеансів зв'язку в системі, при заданому навантаженні. Проектована система IP-телефонії| повинна забезпечити даний рівень. Таким чином, необхідна пропускна спроможність каналів зв'язку складе:

,

(3)

де - число одночасно обслуговуваних викликів.

Поставити вимогу щодо|відносно| числа одночасно обслуговуваних викликів в системі до майбутньої мережі|сіті| IP-телефонії необхідно на основі даних системи традиційної телефонії, що вже діє. Зробити це можливо, скориставшись даними про навантаження і першою формулою Ерланга для певного рівня явних втрат.

Затримка створює незручність при веденні діалогу, приводить|призводить| до перекриття розмов і виникнення луну|ехо-камеру|. Утруднення|скрута| діалогу і перекриття розмов стають серйозним питанням якості, коли затримка в одному напрямі|направленні| передачі перевищує 250 мс. Затримка в межах 150 мс забезпечить якісний зв'язок.

Рис 2. Затримки в мережі

|

Варто відзначити, що затримка при передачі по мережі складається із затримки, що вноситься фізичним середовищем передачі, проміжними мережевими пристроями (маршрутизатори, концентратори і т.п) і часу передачі пакетів по мережі.

Таким чином, сумарну затримку мережі можна описати формулою

,

(4)

де

/- затримка при кодуванні і декодуванні голосових відліків. Дана складова затримки фіксована для типу кодера.

- затримка збору закодованих відліків в пакети (інкапсуляція) для передачі через пакетну мережу є фіксованою.

- затримку, що вноситься фізичним середовищем|середою| передачі. Залежить від типу|типа| і довжини кабелю. Для витої|крученої| пари UTP| cat| 3, затримка складає 0,55 мкс на метр.

- затримка вноситься буфером джиттера|. Розмір буфера джиттера| – величина конфігурується. Зазвичай|звично| встановлюється в межах 30 мс.

- затримка при постановці пакетів в чергу для передачі через мережу.

- затримка передачі пакету по мережі. Визначається формулою:

,

(5)

де - розмір передаваного пакету в байтах

– пропускна спроможність системи.

Зі всіх типів затримки найбільше побоювання викликає затримка, що вноситься чергами. При високій завантаженості системи розмір черги, а разом з нею і затримка, можуть рости необмежено. Середнє значення затримки, що вноситься чергою, для простої системи M/M/1 можна визначити як:

,

(6)

де - інтенсивність потоку заявок, packet/c

- середня частота обслуговування заявок, packet/c.

Література:

1. Гольдштейн B.C., Пинчук А.В., СуховицкийА.Л. IP-Телефония. — М.: Радио и связь, 2001. — 336с.: ил.

2. Росляков А. В., Самсонов М. Ю., Шибаева И.В. IP - телефония. — М.: Эко-Трендз, 2003. — 252с.: ил.

3. Cisco Technical Solution Series: IP Telephony Solution Guide – Cisco Systems, Inc., 2001

4. Cisco Voice Over IP. Student Guide - Cisco Systems Inc., 2003

5. Ярцев И., Принципы организации IP-телефонии на базе решений Cisco Systems. «Jet Info» №9(160) – М.: «Инфосистемы Джет», 2006.