Улучшение качества услуг, передаваемых в сетях с коммутацией пакетов

Улучшение качества услуг, передаваемых в сетях с коммутацией пакетов

6

АЛМАТИНСКИЙ ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

Тема: Улучшение качества услуг, передаваемых в сетях с коммутацией пакетов

Алматы 2002

АННОТАЦИЯ

Настоящий дипломный проект посвящен проблеме обеспечения качества услуг в сетях с коммутацией пакетов, путем устранения сигналов электрического эха. Рассмотрены основные комбинированные методы с мешающим действием токов электрического эха. Представлена система математических и имитационных моделей эхоподавления и их среды функционирования. Произведена оценка методов эхоподавления способом имитационного моделирования на ЭВМ и разработаны необходимые программы.

В экономической части дипломного проекта рассмотрены вопросы расчета стоимости разработки.

В разделе "Безопасность жизнедеятельности" приводится расчет искусственного освещения и системы кондиционирования воздуха.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Основные характеристики качества IP-телефонии

1.1 Показатели качества IP-телефонии

1.2 Влияние сети на показатели качества IP-телефонии

1.3 Сравнительный анализ задержек речи и передачи данных по сетям IP и Frame Relay

1.4 Расчет задержек при передаче речи

1.5 Обработка речи в IP-телефонии, необходимая для обеспечения качественной передачи

1.6 Обработка речи в IP-телефонии, необходимая для обеспечения качественной передачи

1.7 Постановка задачи

2. Улучшение качества услуг за счет борьбы с мешающим воздействием электрического эха

2.1 Физиологические аспекты влияния эха

2.2 Механизм возникновения электрического эха

2.3 Возможные способы борьбы с эхосигналом

2.4 Метод самобалансирующейся дифсистемы

2.5 Компенсационный метод

2.6 Метод эхозаграждения

2.7 Эподавление в структуре IP-телефонии

2.8 Комбинированные методы эхоподавления

3. Безопасность жизнедеятельности

3.1 Анализ условий труда

3.2 Расчет естественной освещенности

3.3 Расчет системы кондиционирования

4. Бизнес-план

4.1 Резюме

4.2 Обзор предоставляемых услуг

4.3 Анализ рынка

4.4 Маркетинг

4.5 Финансовый план

Заключение

Список литературы

Приложение

Идея обеспечить гарантированное качество обслуживания в сетях передачи данных впервые возникла в 1970 году. Идея была воплощена в сети Х.25. Однако пакетные системы Х.25, производя проверку ошибок на каждом сетевом узле, вносили задержку порядка нескольких сотен миллисекунд в каждом узле на пути информации от отправителя до получателя.

В сетевых узлах (коммутаторах пакетов) высокоскоростных транспортных сетей Frame Relay проверка и коррекция ошибок не производится. Эти функции возложены на оборудование пользователя, вследствие чего задержка при передаче информации по таким сетям намного ниже, чем в сетях Х.25.

Но самой популярной сегодня технологией пакетной передачи информации является передача речи по сетям пакетной коммутации - концепция “Voice over IP” (VoIP) - с использованием алгоритмов низкоскоростного кодирования речевых сигналов. Объем потоков данных, передаваемых по глобальной информационной сети Интернет, удваивается каждые три месяца. Частично это происходит из-за постоянного увеличения количества новых пользователей сети Интернет, а также из-за того, что мультимедийная передача и видеоконференции через Интернет стали, наконец-то, доступны и популярны среди обеспеченных пользователей. Качество обслуживания в этой сети привлекает все более пристальное внимание специалистов пользователей, так как в Интернет заключается все больше сделок и контрактов, а рост ее пропускной способности несколько отстает от роста спроса.

Использование технологии VoIP приводит также к увеличению времени распространения сигналов даже в относительно «коротких» каналах и, как следствие, появлению в них эхосигналов. Существующие способы борьбы с мешающим воздействием электрического эха (методы эхозаграждения, эхокомпенсации и самобалансирующейся дифференциальной системы - СДС) имеют свои достоинства и недостатки. Так, например, широко применяемы на зарубежных сетях связи эхокомпенсатор (ЭК), обладая более высокой абонентской оценкой качества передачи, чем эхозаградитель (ЭЗ), неработоспособен на значительной части (до 20%) эхотрактов (ЭТ) Взаимоувязанной сети связи Республики Казахстан (ВСС РК) [2]. Данную проблему можно решить либо значительным повышением сложности технической реализации эхоподавителей (ЭП), не гарантируя при этом их стопроцентную работоспособность, либо созданием ЭП комбинированного типа. Последние должны обладать положительными качествами существующих методов эхоподавлениядля наибольшего улучшения качества услуг.

Следует отметить, что высокое качество обслуживания представляет интерес не только для конечного пользователя, но и для самого поставщика услуг. Например, исследования, проведенные в сетях мобильной связи, показали, что с улучшением качества передачи речи абоненты чаще и дольше пользуются услугами таких сетей, что означает увеличение годовых доходов операторов.

1 ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КАЧЕСТВА IP-ТЕЛЕФОНИИ

1.1 Показатели качества IP-телефонии

Традиционные телефонные сети коммутируют электрические сигналы с гарантированной полосой пропускания, достаточной для передачи сигналов голосового спектра. При фиксированной пропускной способности передаваемого сигнала цена единицы времени связи зависит от удаленности и расположения точек вызова и места ответа.

Сети с коммутацией пакетов не обеспечивают гарантированной пропускной способности, поскольку не обеспечивают гарантированного пути между точками связи.

Для приложений, где не важен порядок и интервал прихода пакетов, например, e-mail, время задержек между отдельными пакетами не имеет решающего значения. IP-телефония является одной из областей передачи данных, где важна динамика передачи сигнала, которая обеспечивается современными методами кодирования и передачи информации, а также увеличением пропускной способности каналов, что приводит к возможности успешной конкуренции IP-телефонии с традиционными телефонными сетями.

Основными составляющими качества IP-телефонии являются (рисунок 1.1):

а) качество речи, которое включает:

1) диалог - возможность пользователя связываться и разговаривать с другим пользователем в реальном времени и полнодуплексном режиме;

2) разборчивость - чистота и тональность речи;

3) эхо - слышимость собственной речи;

4) уровень - громкость речи.

б) качество сигнализации, включающее:

1) установление вызова - скорость успешного доступа и время установления соединения;

2) завершение вызова - время отбоя и скорость разъединения;

3) DTMF - определение и фиксация сигналов многочастотного набора номера.

Факторы, которые влияют на качество IP-телефонии, могут быть разделены на две категории:

а) факторы качества IP-сети:

1) максимальная пропускная способность - максимальное количество полезных и избыточных данных, которые она передает;

2) задержка - промежуток времени, требуемый для передачи пакета через сеть;

3) джиттер - задержка между двумя последовательными пакетами;

4) потеря пакета - пакеты или данные, потерянные при передаче через сеть;

б) факторы качества шлюза:

1) требуемая полоса пропускания - различные вокодеры требуют различную полосу. Например, вокодер G.723 требует полосы 16,3 кбит/с для каждого речевого канала;

2) задержка - время, необходимое цифровому сигнальному процессору DSР или другим устройствам обработки для кодирования и декодирования речевого сигнала;

3) буфер джиттера - сохранение пакетов данных до тех пор, пока все пакеты не будут получены и можно будет передать в требуемой последовательности для минимизации джиттера;

4) потеря пакетов - потеря пакетов при сжатии и/или передаче в оборудование IP-телефонии;

5) подавление эхо - механизм подавления эхо, возникающего при передаче по сети;

6) управление уровнем - возможность регулировать громкость речи

Рисунок 1.1 - Факторы, влияющие на качество IP-телефонии

23

Суммарная задержка не должна превышать 250 мс

Рисунок 1.2 - Составляющие задержки в сети IP-телефонии

Время задержки при передаче речевого сигнала можно отнести к одному из трех уровней:

- первый уровень до 200 мс - отличное качество связи. Для сравнения, в телефонной сети общего пользования допустимы задержки до 150- 200 мс;

- второй уровень до 400 мс - считается хорошим качеством связи. Но если сравнивать с качеством связи по сетям ТфОП, то разница будет видна. Если задержки постоянно удерживаются на верхней границе 2-го уровня (400 мс), то не рекомендуется использовать эту связь для деловых переговоров;

- третий уровень до 700 мс - считается приемлемым качеством связи для ведения неделовых переговоров. Такое качество связи возможно при передаче пакетов по спутниковой связи.

Качество Интернет-телефонии попадает под 2-3 уровни, причем невозможно уверено сказать, что тот или иной провайдер Интернет-телефонии работает по второму уровню, так как задержки в сети Интернет изменчивы. Более точно можно сказать о провайдерах IP-телефонии, работающих по выделенным каналам. Они попадают под 1-2 уровни. Также необходимо учитывать задержки при кодировании/декодировании голосового сигнала. Средние суммарные задержки при использовании IP-телефонии обычно находятся в пределах 150-200 мс.

Важно отметить тот факт, что задержки в сетях с коммутацией пакетов влияют не только на качество передачи речевого трафика в реальном времени. Не менее важно и то, что данные задержки в определенных ситуациях могут нарушить правильность функционирования телефонной сигнализации в цифровых трактах Е1/Т1 на стыке голосовых шлюзов с оборудованием коммутируемых телефонных сетей. Причиной этого можно назвать тот факт, что набор рекомендаций Н.323 на рисунке 1.3 в момент своего появления в 1997 году был ориентирован на мультимедийные приложения, осуществляющие аудио и видеоконференцсвязь через сети IP. Данное решение позволяло значительно снизить стоимость таких систем по сравнению с их аналогами, работающими в сетях традиционной телефонии с коммутацией каналов. В процессе выделения IP-телефониии в самостоятельное направление и развития ее до услуги операторского уровня возникла необходимость соединения IP-шлюзов с телефонными станциями ТфОП по цифровым трактам Е1/Т1.

Рисунок 1.3 - Совокупность рекомендаций Н.323

При этом, шлюзы осуществляют взаимодействие с цифровыми АТС, используя стандартные механизмы телефонной сигнализации Q.931, интерпретированные через команды Н.225 и транслируемые в IP-сети с использованием протокола ТСР. Сообщения сигнализации Q.931 могут передаваться по логическому каналу через gatekeeper (контроллер зоны) или непосредственно между двумя оконечными устройствами. Выбор способа передачи осуществляет gatekeeper и сообщает об этом оконечному оборудованию. Согласно рекомендации Q.931, при установлении телефонного соединения значения временных задержек между фазами выполнения команд сигнализации строго регламентированы. Однако, при интерпретации в IP-шлюзах команд телефонной сигнализации Q.931 стеком Н.225/ТСР/IP, задержки, возникшие на пути прохождения сигнала, увеличивают заданные временные интервалы между командами Q.931, и в большинстве случаев нарушают целостность функционирования данного протокола. Хотя версия второго набора рекомендаций Н.323 в фазе два предусматривает процедуру Н.323v2 Fast Connect, ускоряющую обработку команд Q.931 стеком Н.323/ТСР, задержки IP-канала, особенно характерные для инфраструктуры Интернет, могут заведомо превышать все допустимые значения временных интервалов протокола Q.931. Данное обстоятельство можно расценивать как еще один аргумент в пользу использования выделенных каналов при построении сети IP-телефонии.

1.2.2 Джиттер

Когда речь или данные разбиваются на пакеты для передачи через IP-сеть, пакеты часто прибывают в пункт назначения в различное время и в разной последовательности. Это создает разброс времени доставки пакетов (джиттер). Джиттер воспринимается в виде тресков и щелчков, искажает в первую очередь короткие звуки типа взрывных согласных. Не воспринимается джиттер не более 30-50 мс. Аналога таких искажений в коммутируемой сети нет. Различают три формы джиттера:

а) джиттер, зависимый от данных (Data Dependent Jitter - DDJ) - происходит в случае ограниченной полосы пропускания или при нарушениях в сетевых компонентах;

б) искажение рабочего цикла (Duty Cycle Distortion - DCD) - обусловлено задержкой распространения между передачей снизу вверх и сверху вниз;

в) случайный джиттер (Random Jitter - RJ) - является результатом теплового шума.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9