Влияние характеристик QoS на качество речевого трафика в пакетных сетях



В данной статье проанализированы основные методы оценки качества речевого трафика в сети, критерии оценки качества сетевого трафика согласно QoS и Е-модели. Произведено сравнение субъективной и объективной методик оценки качества речевого трафика. Проанализировано влияние технических характеристик сети на субъективную оценку качества речевого трафика в сети. На основе проведенного исследования авторами было показано, что параметры QoS оказывают значительное влияние на качество речевого трафика в сети.

Ключевые слова: QoS,MOS, E-модель, R-factor, Качество, сеть.

Influence of QoS characteristics on the quality of voice traffic over packet networks

Kirill Korchagin, Luxoft

Vadym Poltorak, NTUU KPI

Ukraine, Kiev

Annotation

Key words: QoS, MOS, E-model, R-factor, Quality,network.

This article analyzes the main methods for evaluating the quality of voice traffic in the network, the quality of the evaluation criteria of network traffic according to QoS and E-model. Comparison of subjective and objective methods of assessing the quality of the voice traffic. The influence of the technical characteristics o fthe network on the subjective assessment of the quality of voice traffic in the network. Based on studies conducted by the authors have shown that the QoS parameters have a significant influence on the quality of the voice traffic in the network

Наиболее распространенный и точный критерий оценки качества речи в VoIP сетях – это восприятие услуги пользователем. Наиболее широко используемой методикой является методика субъективной оценки качества которая известна как MOS (Mean OpinionScore). В соответствии с данной методикой качество предоставляемого сервиса рассчитывается как среднее арифметическое от всех оценок, выставляемых экспертами после прослушивания тестового звонка. Экспертные оценки составляются в соответствии со следующей шкалой: 5 — отлично, 4 — хорошо, 3 — приемлемо, 2 — плохо, 1 — неприемлемо.Оценка 3.5 и выше характеризирует хорошее качество речи.

Помимо субъективной оценки качества также существуют объективные методики оценки качества сети, которые ориентируется на технические характеристики. Одной из таких методик является Е-модель. Данная методика описана в рекомендации ITU-T Rec. G.107 и назывется E-модель. «Данная модель основана на математическом алгоритме, с помощью которого отдельные параметры передачи преобразуются в различные отдельные "факторы ухудшения состояния", которые считаются аддитивными на психологическом уровне. Алгоритм Е-модели также учитывает комбинированные эффекты нарушений в связи, которые происходят одновременно, а также некоторые эффекты маскирования. E-модель основана на моделировании результатов большого количества субъективных тестов,проведенных в прошлом, в широком диапазоне параметров передачи. Основным результатом расчетов E-модели является скалярная величина оценки качества известная как "Transmission Rating Factor, R-factor, R". Представляется Е-модель в следующем виде:

\[R={{R}_{0}}-{{L}_{s}}-{{L}_{e}}-{{L}_{d}}+A,\]

где:

${{R}_{0}}$ – максимальное значение r-factor которое возможно достичь при использовании выбранного кодека.

${{L}_{s}}$ – искажения, вносимые кодеками и шумами в канале;

${{L}_{e}}$ – искажения, вносимые оборудованием, включая и потери пакетов;

${{L}_{d}}$ – искажения за счет суммарной сквозной задержки ("из конца в конец") в сети;

A – фактор преимущества который предназначается для корректирования значения r-factor`а.»[1]

Согласно рекомендации ITU-T Rec. G.107, значения r-factor`a и MOS можно свести в таблицу

Е-модель предоставляет критерии качества сети и опирается на технические составляющие, которые включают в себя и параметры задержки и параметры голосовых кодеков. Помимо Е-модели существуют и другие критерии оценки качества трафика в сети, такие какQOS.

QoS представляет собой набор критериев по которым можно оценить качество сети и качество передаваемого речевого трафика. «Согласно QoS все сети можно разделить на три класса качества:

I класс сети характеризуется следующими техническими параметрами – потеря пакетов не должна превышать 0.5% от общего количества пакетов сети и вариативная задержка не должна превышать 10 мс. Сети первого класса качества предоставляют наилучшее качество речи в сети.

II класс - потеря пакетов не превышает 1% от общего количества пакетов в сети и вариативная задержка не превышает 20 мс. Сети второго класса качества предоставляют высокое качество речи в сети.

III класс - потеря пакетов не превышает 2% от общего количества пакетов в сети и вариативная задержка не превышает 40 мс. Сети третьего класса качества предоставляют среднее качество речи в сети.» [2]

Помимо критериев качества QoS так же включает в себя набор сервисов которые, при должной настройке, приведут к улучшению качества голосового трафика в сети.

Сопоставим критерии качества QoS и оценки MOS Оценим взаимозависимость критериев качества QoS и оценки MOS. Для этого обратимся к значению r-factor'а и его корреляции с оценками MOS.

Для этого преобразуем формулу расчета R-factor`a к следующему виду:

\[R={{R}_{0}}-{{L}_{s}}-{{L}_{e}}-{{L}_{d}}+A={{R}_{0}}-2{{L}_{s}}-{{D}_{P}}-\Delta{{R}_{i}}+\Delta {{S}_{i}}-{{J}_{i-1}}-\frac{\left| \Delta{{R}_{i-1}}-\Delta {{S}_{i-1}} \right|-{{J}_{i-1}}}{16}-{{L}_{e}}+A,(2)\]

Где:

${{L}_{d}}={{D}_{}}+{{D}_{}}+{{D}_{}}+{{D}_{}}$ – сумма всех задержек в сети

${{D}_{}}={{D}_{i}}=\left({{R}_{i}}-{{R}_{i-1}} \right)-\left( {{S}_{i}}-{{S}_{i-1}} \right)=\Delta{{R}_{i}}-\Delta {{S}_{i}}$ – сквозная задержка

(R – время прибытия пакета в метках времени RTP, S – временная метка RTP, взятая из пакета.)

${{D}_{}}\sim {{L}_{s}}$ – задержки вносимые джитером

${{D}_{P}}$ – задержка распространения

\[{{D}_{}}={{J}_{i}}={{J}_{i-1}}+\frac{\left|{{D}_{i-1}} \right|-{{J}_{i-1}}}{16}\] – «задержка в джитер буфере» [3]

Анализ полученного выражения показывает, что подавляющее количество параметров влияющих на значение r-factor'a являются параметрами задержки. При применении и соответствующей настройке сервисов QoS можно улучшить значения параметров задержки и увеличить значение r-factor'a, что приведет к увеличению значения R. Одним из основных принципов QoS является приоритизация трафика и выделение отдельной полосы под каждый вид трафика, что приводит к уменьшению количества потерянных пакетов и уменьшению вариативной задержки в сети.

Основываясь на этих возможностях можем сделать вывод, что применение сервисов QoS позволит значительно улучшить параметр r-factor`a и, как следствие, улучшить значение MOS в сети за счет уменьшение вариативной задержки и количества потерянных пакетов.

Литература:

  1. «E-model»/ [Електронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.itu.int/ITU\-T/studygroups/com12/emodelv1/tut.htm

  2. «Оценка качества VoIP» / [Електронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.ixc.ua/110

  3. «Облегченный протокол пользовательских дейтаграмм (UDP-Lite)»/ [Електронный ресурс]. – Режим доступа: http://rfc.com.ru/rfc3828.htm
May 26, 2016