Calitatea serviciilor VoIP
Avatajele reducerii costurilor şi a economiei lăţimii de bandă ale reţelelor ce permit transmiterea semnalelor vocale prin protocoale IP sunt asociate cu calitatea serviciilor (QoS) oferite – rezultate unice în reţelele cu comutare de pachete.
Întârzierea
Întârzierea determină apariţia a două probleme majore: ecou şi suprapunerea vorbitorilor. Ecoul devine o problemă importantă în momentul în care timpul de întoarcere devine mai mare de 50ms. Ecoul este perceput ca o problemă semnificativă a calităţii transmisiei prin reţele, sistemele VoIP trebuie să implementeze echipamente specifice reducerii ecoului.
Suprapunerea vorbitorilor devine semnificativă dacă întârzierea pe o singură cale este mai mare de 250 ms.
Întârzierea cap la cap este aşadar restricţia majoră care influenţează întârzierea în reţelele cu comutare de pachete. Sursele care influenţează întârzierea apelurilor VoIP sunt:
Întârzierea de acumulare
(Întârzierea algoritmică)
Această întârziere este datorată necesităţii grupării eşantioanelor vocale într-un cadru ce va fi procesat de codorul de semnale vocale. Această întârziere este influenţată de tipul codorului utilizat şi poate varia de la simplă perioadă de eşantionare la (0,125ms) până la mai multe ms.
În tabelul următor sunt prezentate codoarele standard utilizate în reţele:
Denumire Perioada de eşantionare
G726 – ADPMC modulaţie diferenţială adaptivă
cu impulsuri codificate (în variantele 16, 24, 32, 40 kb/s) 0,125 ms
G.728 LD-CELP anticipare liniară a codului (16 kb/s) 2,5 ms
G.729 CS-ACELP (8kb/s) 10 ms
G.723.1 codor pentru frecvenţe multiple(5,3; 6,3 kb/s) 30 ms
Întârzierea de procesare
Această întârziere este determinată de procesul actual de codificare şi grupare într-un pachet a eşantioanelor codificate pentru transmiterea prin reţea.
Întârzierea de codificare depinde de viteza de procesare precum şi de algoritmul folosit. Frecvent, cadrele codoarelor de semnale vocale multiple sunt grupate într-un singur pachet pentru a evita supra-încărcarea reţelei. De exemplu 3 cadre din G.729, echivalente cu 30ms de convorbire, pot fi grupate şi împachetate într-un singur pachet.
Întârzierea de reţea
Această întârziere este determinată de mediul fizic şi de protocoalele folosite pentru transmiterea vocii precum şi de bufferele folosite pentru a reduce fluctuaţia pachetelor la destinaţie.
Întârzierea de reţea depinde de capacitatea legăturilor din reţea şi de procesele care apar în timpul traficului pachetelor de date prin reţea. Bufferele instabile măresc întârzierea. Acestea sunt folosite pentru a reduce variaţia pachetelor întârziate, fenomen la care sunt supuse toate pachetele ce tranzitează reţeaua.
Această întârziere poate fi o parte importantă a întârzierii totale, poate fi de ordinul 70 – 100 ms în anumite relee de cadre şi reţele IP.
Fluctuaţia
Întârzierea este influenţată de fluctuaţia pachetelor în reţea.
Îndepărtarea fluctuaţiei necesită gruparea pachetelor şi memorarea lor un timp suficient care să permită ajungerea la destinaţie a pachetelor cele mai lente pentru a fi rearanjate în secvenţa corectă.
Aceasta determină o întârziere suplimentară.
Cele 2 obiective: reducerea întârzierii şi înlăturarea fluctuaţiei au determinat apariţia diferitelor scheme de adaptare a mărimii bufferului instabil, pentru a determina timpul necesar eliminării fluctuaţiilor în reţea.
Această adaptare are scopul explicit de a minimiza mărimea şi întârzierea bufferului instabil asigurându-se simultan un flux de date optim prin reţea.
În continuare, vor fi prezentate două metode de adaptare a mărimii bufferului instabil. Metoda aleasă de utilizator depinde de tipul reţelei utilizate pentru transmiterea datelor.
Prima metodă constă în determinara variaţiei numărului de pachete în bufferul instabil într-o anumită perioadă de timp şi adaptarea incrementală a mărimii acestuia pentru a egala fluctuaţia calculată. Această metodă poate fi aplicată cu succes în cadrul reţelelor în care fluctuaţia se menţine constantă în timp, reţele ATM.
A doua metodă constă în numărarea pachetelor care ajung mai târziu în buffer şi determinarea raportului dintre numărul acestor pachete şi numărul pachetelor procesate corect. Acest raport este utilizat pentru a adapta bufferul instabil astfel încât să se obţină valoarea predeterminată a raportului menţionat.
Metoda se poate aplica în reţelele în care intervalele de sosire a pachetelor la destinaţie variază foarte mult – cum ar fi reţele IP.
Pe lângă utilizarea tehnicilor descrise, reţelele trebuie configurate şi administrate astfel încât să asigure întârzieri şi fluctuaţii minime, ceea ce va influenţa semnificativ calitatea serviciilor.
Compensarea pachetelor pierdute
Pierderea pachetelor cu informaţii poate fi o problemă acută şi este influenţată de tipul reţelelor utilizate.
Deoarece reţelele IP nu garantează întreţinerea informaţiilor, acestea sunt uzual expuse la o frecvenţă mult mai mare a pachetelor pierdute decât reţelele ATM. În reţelele IP actuale, toate cadrele cu semnale vocale sunt tratate ca date. În cazul apariţiei unor vârfuri de sarcină sau a aglomerării reţelelor, cadrele vocale vor fi transmise în acelaşi fel cu cadrele de date.
Cadrele de date sunt idenpendente în timp deci pachetele pierdute pot fi recuperate printr-un proces de retransmitere. Pachetele vocale nu pot fi tratate în aceeaşi manieră.
Programele utilizate pentru transmiterea vocii prin reţele tratează problema cadrelor pierdute prin diverse metode:
• interpolarea pachetelor vocale pierdute prin reactivarea ultimului pachet primit în intervalul de timp în care se presupune că s-a pierdut un pachet; această schemă este o metodă care umple intervalul de timp dintre cadrele vocale neînvecinate. Se poate aplica cu succes dacă frecvenţa cadrelor pierdute este mică.
• Trimiterea de informaţii suplimentare dacă se utilizează lăţime de bandă mare. Această metodă reproduce şi trimite pachetul “n” de informaţii simultan cu pachetul “n+1”. Are avantajul că este capabilă să corecteze exact pachetele pierdute, dar utilizează lăţime de bandă mare şi determină o întârziere semnificativă în trasmiterea datelor.
• Utilizarea unei metode mixte prin folosirea unui codor cu lăţime de bandă mai mică pentru a furniza informaţii suplimentare transmise simultan cu pachetul “n+1”.Această metodă reduce lăţimea de bandă necesară transmisiei, dar nu rezolvă problema întârzierii.
Compensarea ecoului
Ecoul în reţelele telefonice este datorat reflexiei semnalului transmis, reflexie generată de circuitul hibrid care converteşte semnalul între un circuit cu 4 fire (2 perechi transmiţător – receptor) şi un circuit cu 2 fire (o singură pereche transmiţător – receptor). Aceste fenomene detemină auzirea propriei voci de către persoana care vorbeşte.
Ecoul este prezent chiar şi în reţelele telefoniei convenţionale cu comutare de circuite. Totuşi este acceptabil deoarece întârzierile din reţea sunt mai mici de 50 ms şi ecoul este mascat de tonul generat de fiecare telefon.
Ecoul devine o problemă în reţelele care transmit semnalele vocale în pachete, deoarece pentru acestea întârzierea este de cele mai multe ori mari mare de 50 ms. Deci pentru a obţine rezultate satisfăcătoare se utilizează întotdeauna metode de reducere a ecoului.
Standardul ITU G165 defineşte cerinţele pe care echipamentele de reducere a ecoului trebuie să le îndeplinească prin specificaţia G.IEC.
Ecoul se propagă din reţelele telefonice în reţelele cu comutare de pachete. Echipamentele de reducere a ecoului compară datele vocale recepţionate din reţea cu datele vocale ce vor fi tramsmise.
În reţelele telefonice hidbride ecoul este anulat prin intermediul unui filtru digital introdus pe calea de transmisie în reţeaua cu comutare prin pachete.
– va urma –
Ioana Enache