Анализ задержки передачи речи по сети передачи данных IP

Саданова Бакытгуль Маратовна

старший преподаватель КарГТУ, г. Караганда

Е-mail: sbbm_70@mail.ru

Лейзер Людмила Ильинична

старший преподаватель КарГТУ, г. Караганда

Е-mail: leileo@mail.ru

Исатаева Гайнель Сабидулловна

преподаватель КарГТУ, г. Караганда

Е-mail: gainel-delicado@rambler.ru

Организация речевой связи по протоколу IP основана на использовании метода VoIP. VoIP (Voice over IP) — система связи, обеспечивающая передачу речевого сигнала по сети Интернет или по другим IP-сетям. Сигнал по каналу связи передаётся в цифровом виде и перед передачей преобразовывается (сжимается) с тем, чтобы удалить избыточность.

Качество речи зависит от типа используемой IP-сети. Анализ задержки передачи речи по сети дает возможность оценить число речевых трактов, которые можно организовать на основе физических каналов сети передачи данных пропускной способности 19,2 и 2048 кбит/c, а также расчет общей задержки, возникающей при передаче речи по корпоративной IP сети передачи данных.

В сетях передачи данных используется оборудование, не позволяющее в полной мере реализовать все требования стандарта VoIP IA 1.0, так как не все маршрутизаторы поддерживают протокол резервирования ресурсов RSVP, который рассматривается в этом стандарте как средство обеспечения гарантированного качества передачи речи.

Можно для кодирования речи использовать вокодер ACELP, описанный в рекомендации ITU G.723.1. Выбор этого вокодера обусловлен самым выгодным соотношением «качество речи / скорость потока».

Для обеспечения соответствующего качества речи необходимо учитывать следующие особенности, определяемые типом кодеков и интервалами передачи пакетов [1]:

·           качество речи кодеков изменяется следующим образом: (высокое) G.722, G.711, G.729A (низкое);

·           чем короче интервал передачи пакетов, тем выше качество речи;

·           чем выше качество речи, обеспечиваемое IP-телефонами, тем большая ширина полосы пропускания требуется для IP-телефонов.

Метод передачи информации, предусмотренный протоколом Ethernet, заключается в том, что перед посылкой данных станции «слушают» сеть, чтобы определить, используется ли она в данный момент. Если сеть используется, то станция, желающая передавать, ожидает. Передача информации осуществляется кадрами Ethernet, которые имеют формат, представленный в таблице 1.

Таблица 1

Формат кадра Ethernet

Каждый речевой пакет пользователя упаковывается в кадр Ethernet и передается по локальной сети. Это означает, что пакет 103-го абонента будет передан с задержкой 8 мс., так как размер кадра Ethernet для каждого абонента будет иметь размер 94 байта или 752 бита (68 байтов — размер речевого пакета IP, 26 байтов — служебная информация кадра Ethernet), а скорость передачи кадра по локальной сети составляет 10 Мбит/c [2]. Значит, максимальная задержка передачи по локальной сети будет составлять:

103*[752 бита / 10000000 бит/c]=0,008 с.

На скоростных направлениях применяются магистральные маршрутизаторы, которые отличаются высокой производительностью (например, у маршрутизатора Cisco 7200 скорость передачи по системной шине составляет 600 Мбит/с). Из этих соображений, вносимая ими задержка, при обработке пакетов IP на сетевом уровне ЭМВОС, будет незначительная и учитываться не будет.

Из маршрутизатора речевой пакет IP передается на порт с FRAD «Функциональными требованиями к авторитетным данным» коммутатора FrameRelay серии Cascade STDX-6000, где формируется кадр FrameRelay для передачи информации между узлами сети.

Информация между маршрутизатором и коммутатором передается со скоростью 2048 кбит/c (скорость физического интерфейса), и это означает, что последовательная задержка передачи пакета IP составит 27 мс (задержка передачи 103 пакетов IP размером 68 байт со скоростью 2048 кбит/с составит 27 мс).

Размер кадра FrameRelay составит 74 байта (2 байта — флаги, 2 байта — FCS, 2 байта — стандартный заголовок, 68 байтов — пакет IP). Таким образом, последовательная задержка передачи речевого пакета 103-го пользователя составит 30 мс [2].

Задержка распространения сигнала, рассчитывалась из того условия, что передача осуществляется по коаксиальному кабелю, и в соответствии с рекомендацией ITU G.114 рассчитывается из соотношения:

задержка распространения (мс)=0,004*протяженность канала связи (км)

На рис. 1 представлена схема распределения задержек при передаче речи по сети IP КСПД.

Рисунок 1. Схема распределения задержек в сети IP

Для передачи речи по сети передачи данных IP в соответствии с рекомендацией ITU-T H.323 необходима скорость передачи канала связи 19,6 кбит/с. В физическом канале со скоростью передачи 2048 кбит/с можно организовать 104 отдельных речевых тракта. С этих позиций можно делать выводы о количестве абонентов КСПД, имеющих возможность вести телефонные переговоры по сети IP [3].

Вносимая в речь задержка может достигать значительных величин, существенно превышающих рекомендованное ITU-T в рекомендации G.114 значение 150 мс.

Опираясь на приведенную схему распределения задержек, а также учитывая количество транзитных узлов, при передаче речевого сигнала от абонента к абоненту, можно с достаточной точностью определить величину совокупной задержки передачи речевого сигнала по сети передачи данных IP КСПД, в соответствии со следующим соотношением:

где t_{накопл.}=30 мс; t_обраб. =30 мс; t_ЛВС=8 мс; t_{посл.комм.}=30 мс; t_{посл.маршр.}=27 мс; t_распр.=30 мс.

В случае передачи речи по сети передачи данных FrameRelay в соответствии со стандартом FRF.11 количество возможных телефонных абонентов в сети увеличивается. В канале пропускной способности 19,2 кбит/с можно организовать 2 речевых тракта, а в канале 2048 кбит/c — 268.

Величина вносимой в речь задержки несколько ниже, чем при передаче речи по сети IP. Увеличить качество речи можно путем ограничений максимального количества речевых трактов в канале и использования наиболее приемлемых алгоритмов кодирования речи.

Для решения подобных проблем можно использовать такие меры, как:

·           использование алгоритмического восстановления потерянных частей голоса (усреднение по соседним данным);

·           применение кодеков с меньшей алгоритмической задержкой (для уменьшения нагрузки на процессор, осуществляющий АЦП и ЦАП).

Список литературы:

1.        Гургенидзе А. Мультисервисные сети и услуги широкополосного доступа. — М.: Наука и техника, 2003. — 400 с.

2.        Норенков И. Т. Телекоммуникационные технологии и сети. — М.: Изд. МГТУ им. Баумана, 2000. — 248 с.

3.        Олифер Н. А., Олифер В. Г. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы: Учебник для ВУЗов. 2-е изд. — СПб.: Питер, 2004. — 864 с.: ил.