Некоммерческое акционерное общество

АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

Кафедра Автоматическая электросвязь

КАЧЕСТВО ОБСЛУЖИВАНИЯ

В ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СЕТЯХ

Конспект лекций

для магистрантов специальности

6M071900 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации

Алматы 2012

Составитель: Туманбаева К.Х. Качество обслуживания в телекоммуникационных сетях. Конспект лекций для магистрантов специальности 6М071900 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации. - Алматы: АУЭС, 2012. – 64 с.

В конспекте лекций по дисциплине «Качество обслуживания в телекоммуникационных сетях» излагаются методы и модели для анализа качества обслуживания в современных телекоммуникационных сетях, методики определения количественных показателей качества обслуживания.

Конспект лекций предназначен для магистрантов специальности 6М071900 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации.

Ил. 11, табл.19 , библиогр.- 13 назв.

Рецензент: д-р техн. наук, проф. М.З.Якубова.

Печатается по плану издания некоммерческого акционерного общества «Алматинский университет энергетики и связи» на 2012г.

Введение

«Качество обслуживания в телекоммуникационных сетях» -теоретический курс для магистрантов специальности 6М071900 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации.

Целью курса является знакомство студентов с методами обеспечения качества обслуживания в современных телекоммуникационных сетях, аспектами нормирования качества услуг, с характеристиками и параметрами качества обслуживания в существующих сетях, моделями и методами их оценки.

Задачами преподавания дисциплины является овладение знаний о характеристиках качества обслуживания в современных телекоммуникационных сетях, методов оценки показателей качества.

Изучения курса, помимо лекционных и практических занятий, предполагает выполнение расчетно-графических работ с применением компьютера и проведение самостоятельных работ с целью углубления общих знаний теории.

К уровню освоения содержания дисциплины предъявляются следующие требования.

Изучив дисциплину, студенты должен знать:

- концепцию качества услуг;

- классификацию служб и услуг телекоммуникационных сетей;

- показатели качества обслуживания в коммутируемой сети связи и методы их оценки;

- показатели качества обслуживания в IP – сети и методы их оценки;

- показатели качества обслуживания в мобильной сети и методы их оценки;

- показатели качества обслуживания в мультисервисной сети.

1 Лекция. Основные понятия качества обслуживания в современных сетях связи

Цель лекции: ознакомление студентов с основными понятиями качества обслуживания.

Содержание:

а) определение качества обслуживания (QoS);

б) модель качества обслуживания в Рекомендации ITU-T Е.800;

в) различия между качеством обслуживания и характеристиками сети.

Главная цель служб электросвязи состоит в предоставлении услуг конечным пользователям. Конкурентоспособность услуг, которые предоставляют современные операторы связи, в значительной степени определяется тем, насколько широк спектр предлагаемых ими для потребителей услуг и как высоко их качество.

Деятельность операторов связи должна быть направлена на то, чтобы пользователь имел возможность получать весь спектр необходимых ему услуг, независимо от его местоположения, в любое время, за доступную цену и с приемлемым качеством обслуживания [1].

Качество обслуживания (Quality of service, QoS) было предметом активных исследований и стандартизации на протяжении всей истории развития телекоммуникаций. Вопросы качества обслуживания являются предметом постоянного и активного интереса со стороны исследователей, разработчиков оборудования и провайдеров сетевых услуг.

Международный союз электросвязи (МСЭ, ITU) внес существенный вклад в развитие различных аспектов концепции QoS, включая, в том числе, разработку норм и требований к показателям качества обслуживания, стандартизацию сетевых механизмов, обеспечивающих необходимые показатели QoS, а также формулировку основополагающих и исчерпывающих определений.

Среди стандартов, посвященных качеству обслуживания в электросвязи, одно из центральных мест занимает Рекомендация ITU-T Е.800. В этой рекомендации качество обслуживания рассматривается как "суммарный эффект рабочих характеристик обслуживания, который определяет степень удовлетворенности пользователя этой службой". То есть показатели QoS в этой рекомендации рассматриваются как результат совместного проявления характеристик обслуживания. На рисунке 1.1 представлена модель, которая определяет компоненты качества обслуживания и их взаимные связи [3]. Пунктирная линия делит рисунок на две части. В верхней части приведены основные характеристики качества обслуживания. Характеристики сети перечислены в нижней части модели.

Большинство пользователей не представляют себе ни принципы Операторской деятельности, ни работу инфокоммуникационной системы. Они, используя терминалы, считают, что обращаются к некому Поставщику инфокоммуникационных услуг. Степень удовлетворенности уровнем обслуживания может оцениваться такими характеристиками:

- обеспечение обслуживания (service support);

- удобство обслуживания (service operability);

- предоставление обслуживания (serveability);

- безопасность обслуживания (service security).

Характеристики обеспечения обслуживания отражают способность Оператора предоставить услуги и способствовать их использованию. Характеристики удобства обслуживания оценивают успешность и простоту пользования услугами. Характеристики предоставления обслуживания, в свою очередь, делятся на три группы, для которых в рекомендации МСЭ E.800 предлагаются такие характеристики:

- доступность услуг (service accessibility);

- непрерывность обслуживания (service retainability);

- полноценность обслуживания (service integrity).

Рисунок 1.1 – Модель ITU-T

Характеристики доступности услуг оценивают возможность их получения (с заранее специфицированными допусками и с соблюдением других заданных условий) по требованиям пользователя и продолжения обслуживания без чрезмерного ухудшения в течение запрошенного интервала времени. Характеристики устойчивости обслуживания определяют возможность пользования полученной услугой с заданными атрибутами в течение запрошенного интервала времени. Характеристики полноценности обслуживания - общая мера того, что обслуживание, будучи полученным, происходит без значительного ухудшения.

Характеристики безопасности обслуживания связаны со следующими аспектами функционирования сети электросвязи: несанкционированный мониторинг, жульническое использование, злонамеренное повреждение, неправильное применение, ошибка человека, стихийное бедствие.

Все перечисленные выше характеристики обслуживания зависят от качества работы сети, а также от ее функциональных возможностей. Соответствующие связи показаны на рисунке 1.1 ниже пунктирной линии.

Характеристики начисления платы (charging performance) определяются через вероятность корректного начисления платы с точки зрения вида связи, пункта назначения, времени суток и длительности соединения.

Характеристики пропускной способности (Trafficability Performance) определяют способность технических средств с известными свойствами обслуживать трафик с определенными параметрами. Эти характеристики разделены на три группы.

Термины для первой группы – "Ресурсы и оборудование" – еще не определены. МСЭ считает, что соответствующая работа должна быть выполнена в ближайшее время.

Вторая группа названа «Функциональная надежность». Этот термин указывает на характеристики готовности (работоспособности). Во вторую группу, входят такие характеристики:

- готовность (availability) – способность технического средства быть в состоянии выполнять требуемые функции в данный момент времени, или в любой момент внутри заданного интервала времени (при наличии соответствующих внешних ресурсов, если они необходимы);

- надежность (reliability) – способность технического средства выполнять требуемые функции при заданных условиях в течение определенного интервала времени;

- восстанавливаемость (maintainability) – пригодность технического средства к тому, чтобы в установленных условиях его использования техническое обслуживание, проводящееся с применением установленных процедур и ресурсов, обеспечивало поддержание или восстановление такого состояния этого средства, в котором оно может выполнять требуемые функции;

- обеспеченность техобслуживания (maintenance support) – способность Оператора, при заданных правилах технического обслуживания, предусмотреть и, если нужно, задействовать ресурсы, необходимые для поддержания работоспособности определенного технического средства.

К третьей группе относятся характеристики передачи (Transmission Performance). Они определяются как уровень воспроизведения сигнала, переданного через систему связи, которая находится в работоспособном состоянии, при заданных условиях. В рекомендации МСЭ E.800 выделены характеристики среды распространения сигналов (propagation performance). Они определяются способностью этой среды обеспечивать прохождение сигнала с заданными допусками (в отношении шума, помех, колебаний уровня и прочих) без искусственного регулирования этого процесса.

Количественные показатели, соответствующие рассмотренным выше характеристикам, могут либо относиться к некоторому моменту времени (мгновенные значения), либо выражаться как среднее значение за какой-то временной интервал. Эти показатели могут быть связаны с событиями (например, повреждение, восстановление), с состояниями (в частности, хорошее, плохое, нерабочее) или с действиями (операциями по техническому обслуживанию).

Характеристики сети определены как способность обеспечения связи между пользователями. Под характеристиками сети понимают совокупность параметров, которые могут быть рассчитаны и измерены. Характеристики сети используются, прежде всего, владельцем. Они ориентированы на разработку системы, проектирование сети на международном или национальном уровнях, эксплуатацию и техническое обслуживание. Взаимосвязь между параметрами QoS и характеристиками сети (Network Performance, NP) очевидна. Для эффективного обслуживания пользователей сетью важно установить количественные соотношения между их значениями, если между ними отсутствует однозначное соответствие. Различия между QoS и характеристиками сети (Network Performance, NP) отражены в таблице 1.1.

Т а б л и ц а 1.1 – Различия между качеством обслуживания и характеристиками сети

Качества обслуживания (QoS)	Характеристики сети (NP)
Ориентировано на пользователя	Ориентированы на оператора сети
Описывается атрибутами услугами	Ориентировано на разработку, проектирование, эксплуатацию и техническое обслуживание
Ориентировано на эффект, воспринимаемый пользователем	Ориентировано на разработку, проектирование, эксплуатацию и техническое обслуживание
Измеряется между точками (в точках) доступа к услуге	Описывают возможности элементов соединения или сквозных соединений

2 Лекция. Необходимость оценки качества телекоммуникационных услуг

Цель лекции: ознакомление студентов с основными понятиями качества обслуживания.

Содержание:

а) услуги служб телефонной связи;

б) характеристики качества обслуживания в телефонной сети;

в) нормирование показателей и параметров качества обслуживания.

Сеть телекоммуникаций общего пользования Республики Казахстан еще неопределенное время будет традиционной (особенно в сельской местности), так как переход на сети нового поколения осуществляется постепенно и, в первую очередь, на городских сетях телекоммуникаций, начиная с областных центров.

В нашей стране нет научно-исследовательских институтов, иных научных организаций занимающихся проблемами развития отрасли, включая разработку перспективных технологий определения и регламентирования характеристик качества услуг телекоммуникаций, норм, требований и т.д.

Для оценки качества услуг, предоставляемых посредством традиционных сетей телекоммуникаций, можно пользоваться Рекомендациями МСЭ, что не противоречит законодательству о техническом регулировании Республики Казахстан, но положение осложняется тем, что по традиционным сетям в МСЭ имеются только отдельные нормы, разбросанные в разных Рекомендациях. Все они относятся к началу 80-х годов и в значительной мере устарели. Новых работ в этой части МСЭ не проводилось, так как для зарубежных стран с большим числом и скоростью сетей передачи данных с коммутацией пакетов и более высоким качеством телефонных сетей общего пользования они не особенно актуальны .

Кроме того, в странах с развитой конкуренцией в сфере телекоммуникаций операторы связи сами заинтересованы в повышении качества обслуживания и услуг.

Например, для оценки качества телефонной связи применяются следующие методы:

- методы, основанные на определении параметров с использованием измерительных приборов;

- методы статистического выборочного контроля;

- социологические методы, основанные на результатах опроса.

Положительным примером внедрения социологического метода контроля качества телефонной передачи может служить опыт работы сети ГТС во Франции (оператора FranceTelecom). Сбор данных по обслуживанию трафика ведется в течение 25 лет, причем последнее десятилетие он осуществляется круглосуточно в автоматизированном режиме [12].

Контроль примерно 20 показателей качества позволяет судить об обслуживании трафика в режиме реального времени, надежности работы сети и собирать сведения, необходимые для маркетинга. Наряду с этим систематически проводятся телефонные опросы пользователей из делового и частного секторов. Число опросов достигает 1 миллиона в год. Их основная цель – выявить количество пользователей, неудовлетворенных качеством услуг, и причины их неудовлетворенности.

В России исследования трафика не автоматизированы и ведутся в меньшем объеме, нерегулярно и с использованием меньшего числа показателей. Основное внимание уделяется характеристикам надежности [12]:

- количеству заявлений абонентов в бюро ремонта и числу жалоб на работу ГТС;

- времени устранения повреждений, в том числе в установленный срок;

- числу неисправных пар в кабелях и негерметичных кабелей;

- числу аварий на линиях, станциях, в электропитании и т.п.

Наряду с этим путем контрольных соединений определяются потери вызовов и качество работы систем передачи (остаточное затухание, уровень псофометрического шума). Оценка качества услуг российских ГТС по методикам FranceTelecom содержит три группы показателей:

- показатели трафика, в том числе процент потерь вызовов из-за занятости и технических неисправностей при установлении соединений, и их составляющие, а также нагрузка в ЧНН пучков межстанционных соединительных линий;

- показатели надежности оконечного станционного оборудования и каналов (на основе заявлений абонентов);

- показатели маркетинга.

Все эти показатели не нормированы и направлены только на то, чтобы в ходе эксплуатации можно было выявить их динамику за определенный период времени и сравнить между собой однотипные показатели разных участков сетей. Однако такие показатели не гарантируют пользователям качество услуг, ни в процессе установления соединения, ни во время разговора. Кроме того, и по форме и по содержанию они отличаются от

показателей, рекомендуемых МСЭ.

В процессе все большей информатизации общества на первый план выдвигаются услуги связи, которые становятся главным товаром на рынке, отодвигая на второй план такие показатели как протяженность сетей, их пропускную способность и др. Уровни развития стран во всем мире оцениваются МСЭ в показателях плотности фиксированной и (или) мобильной связи, доступа в сеть Интернет, в том числе широкополосного,

отражающей число абонентов (пользователей) той или иной сети на 100 человек населения. Пользователя интересуют, в конечном счете, услуги, которые ему предоставляет оператор связи, их ассортимент и качество.

Основной принцип традиционной системы оценки заключается в том, что качество услуг определяется параметрами некоторого набора характеристик передачи информации по сети связи. Сначала определяется такой набор характеристик, который наиболее полно характеризовал бы качество услуг. Потом устанавливают параметры этих характеристик (нормы), которые обеспечивают необходимое качество услуг.

Опыт показал, что общие (интегральные) характеристики качества даже отдельных услуг отсутствуют, поэтому приходится прибегать к их набору [7].

Первая задача на каждом этапе – определение такого набора параметров, который наиболее полно характеризовал бы качество услуг. Вторая – установление значений этих параметров (норм), которые обеспечивают необходимое качество услуг.

Традиционная система оценки качества услуг применяется в следующих службах электросвязи:

- передача данных;

- телефония;

- факсимильная;

- обмена электронными сообщениями;

- телеконференций;

-информационные;

- телеграфные;

- мультисервисные.

Основные требования к характеристикам и их параметрам можно сформулировать так:

- характеристики должны характеризовать качество услуг телеслужб

(телефонии, телематических служб, телеграфии и т.п.) с учетом услуг служб

переноса;

- для каждой услуги число характеристик должно быть минимальным и в то же время достаточно полно характеризовать качество услуг;

- характеристики должны быть понятны пользователям;

- параметры должны иметь количественное выражение (подвергаться

измерению);

- должна быть предусмотрена дифференциация параметров для услуг различного качества с соответствующей градацией цен;

- ответственность, в том числе материальную, за выполнение норм на параметры качества услуг перед пользователем должен нести головной поставщик услуг, с которым у пользователя имеется договор

на их получение;

- должен соблюдаться приоритет пользователя перед оператором при решении вопросов качества услуг.

- желательно унифицировать требования к разным видам связи.

Учитывая все возрастающее влияние потребителя на оценку качества, целесообразно в системе показателей оценки качества услуги вы делить две группы:

- показатели качества работы оборудования;

- показатели качества обслуживания потребителей.

Для оценки качества обслуживания вызовов в ТФОП чаще других используются две меры: вероятность исследуемого события и время выполнения соответствующего процесса. Длительность выполнения большинства процессов, касающихся обслуживания вызовов, является случайной величиной. По этой причине оценка исследуемого времени осуществляется при помощи характеристик, принятых для описания случайных величин.

На рисунке 2.1 показано гипотетическое соединение между двумя телефонными аппаратами, установленное в ТФОП. Слева показан телефонный аппарат вызывающего абонента. Пользователя, который инициирует соединение в ТФОП, обычно именуют абонентом "A". Абонентом "B", соответственно, называют вызываемого пользователя. Его телефонный аппарат изображен в правой части рисунка. Нижний индекс местной станции указывает на тип абонента. Предполагается, что соединение установлено через транзитных станций, а включение обоих телефонных аппаратов осуществляется по индивидуальным двухпроводным абонентским линиям.

Рисунок 2.1 - Установленное соединение между телефонными аппаратами двух абонентов

На основании теоретических исследований и результатов измерений в ТФОП были установлены нормы, которые определяют показатели качества обслуживания вызовов для сети в целом. Далее соответствующие нормы указываются с нижним индексом "0". На рисунке указаны только два таких показателя: – вероятность потери вызова и – среднее время (математическое ожидание) установления соединения.

Для местной станции, в которую включен абонент "A", показаны два возможных исхода процесса установления соединения. С вероятностью вызов в МС_A теряется. Это означает, что с вероятностью соединение продолжает устанавливаться. Если вероятности обслуживания вызова во всех коммутационных станциях являются взаимно независимыми случайными величинами, то значение определяется по такой формуле:

3 Лекция. Качество обслуживания вызовов в телефонной сети общего пользования (ТФОП)

Цель лекции: ознакомление студентов с основными понятиями качества обслуживания.

Содержание:

а) услуги служб телефонной связи;

б) характеристики качества обслуживания в телефонной сети;

в) нормирование показателей и параметров качества обслуживания.

Основной услугой служб телефонной связи является предоставление абонентам возможности передачи телефонных сообщений в реальном масштабе времени и режиме диалога. Дополнительными услугами служб телефонной связи являются:

- информационные: предоставление информации об адресах юридических и физических лиц, репертуаре зрелищных предприятий, расписании и тарифах транспортных организаций, прогнозах погоды и т.п.;

- справочные: услуги о номерах телефонов, точном времени и т.п.;

- заказные: прием от абонентов заказов на международные и междугородные переговоры, передачу телеграмм, ремонт и т.п.;

- дополнительные: на базе электронных АТС выделение внутри сети общего пользования замкнутых групп абонентов, оповещение абонентов, избирательное ограничение входящей и исходящей связи, переадресация вызовов и т.п.

В процессе предоставления услуги связи пользователю должно быть обеспечено следующее:

- доставка сообщения по назначению (адресу);

- время, затраченное на доставку сообщения, не должно превышать заранее обусловленное;

- величина искажений сообщения не должна быть выше допустимой.

Показатели качества услуг телефонной связи делятся на две группы:

- показатели качества обслуживания вызовов;

- показатели качества передачи.

Основной характеристикой качества обслуживания вызовов является величина потерь в час наибольшей нагрузки (ЧНН).

При этом рассматривается ЧНН, средний для 30 наиболее нагруженных дней года (Рекомендация МСЭ Е.500). Нормируются предельно допустимые

вероятности потерь из-за отсутствия каналов и ресурсов узлов коммутации (АТС) для связи внутри города – 0,03 и для междугородной связи – 0,1; доля вызовов, не закончившихся разговором из-за занятости абонентской линии – 0,2-0,3, из-за неответа вызываемого абонента – 0,12- 0,15.

Время установления соединения определяется длительностью промежутка времени между моментом, когда вызывающий абонент закончил набор номера, и моментом начала сигнала контроль посылки вызова или занято. Для электронных АТС в пределах городской сети норма этого времени составляет < 2 с.

Одна из важнейших характеристик качества услуг телефонной сети – надежность. Понятие надежности службы имеет три составляющие – доступность службы, сохранность и непрерывность соединения, которые складываются из возможности обслуживания трафика, гарантии работы службы и характеристик распространения сигналов.

Доступность службы – это возможность получения услуг при определенных допусках и в определенных условиях (Рекомендация МСЭ Е.800). Доступность учитывает как отказы оборудования, так и перегрузки сети и измеряется средней вероятностью отказа соединений:

P = Qn / N,

где Qn – число безуспешных попыток;

N – общее число попыток за некоторый промежуток времени.

Нормы величины доступности подлежат определению и находятся в пределах 10-20%.

Сохранность соединений – это возможность дальнейшего оказания предоставленной услуги в течение требуемого периода (Реко мендация МСЭ Е.800). Она характеризуется отсутствием преждевременного разъединения соединения, то есть прекращение разговора на время, большее 10 с, или наличие последовательности прерываний, длящихся менее 10 с, когда произведение средней длительности прерываний на частоту их появления превышает 0,005.

Непрерывность соединения характеризуется вероятностью пропадания

речи длительностью менее 10 с. Рассматриваются только прерывания речи,

возникшие в результате снижения уровня передачи, повышения уровня шумов, коэффициента ошибок или совокупности этих причин.

Показатель вероятности пропадания речи определяется как:

Pie = ,

где Ti – длительности i-гo прерывания из N-прерываний;

Т – период наблюдения.

Pie подлежит определению, но считается, что он должен быть меньше <0,5%.

Количественной мерой сохранности соединения служит показатель сохранности

Pr = (1 – RN / N) / T,

где N – число последовательно установленных соединений за время Т;

RN – количество успешно законченных соединений из общего числа N.

Нормы:

- типичных соединений – 2x10-4 ≤ Рr ≤ 4x10-4;

- для 9 0 % соединений – 4x10-4 ≤ Рr ≤ х10-4;

- в худшем случае – 8x10-4 ≤ Рr ≤ х10-3.

На качество передачи сигналов по сети влияют также остаточное затухание, переходные разговоры, селективные помехи, нелинейность амплитудно-частотной характеристики АЧХ и другие факторы. В МСЭ имеются только отдельные нормы, разбросанные в разных Рекомендациях. Так, например, Рекомендация Е.845 регламентирует допустимую в сети ТФОП вероятность потерь при установлении соединения величиной ≤ (3% – 7%). В приложении к Рекомендации G.113 содержатся дополнительные требования к каналам сети ТФОП, выполнение которых обеспечивает передачу данных на скорости 2400 бит/с:

- импульсные помехи ≤ 15 штук за 15 мин.;

- групповое время задержки сигнала ≤ 800 мкс в полосе частот 1000 – 2400 Гц;

- дрожание фазы (джиттер) ≤ (10 – 15 град.);

- помехозащищенность ≥ 24дБ;

- частотный сдвиг ≤ 5 Гц;

- кратковременные пропадания сигнала – не более двух пропаданий в час;

- скачки фазы и амплитуды сигнала не более 8 за 15 мин.

Рекомендация G. 113 нормирует уровень шума значением ≤ минус 43дБМО. Рекомендация G.122 нормирует переходное затухание эхо-сигнала через одну дифсистему средним значением по совокупности соединений ≥ (15 + n) дБ и стандартным отклонением (9 + 4n), где n – число участков четырехпроводных цепей в национальной сети.

Рекомендация G.132 нормирует амплитудно-частотную характеристику канала коммутируемой сети с 6-ю или, как исключение, 12-ю пере приемными участками дополнительным затуханием на краях частотно го диапазона величиной ≤ 9 дБ.

Рекомендация Е.428 нормирует вероятность прерывания установленных соединений значением ≤ 5x10-3. Рекомендация Е.855 нормирует вероятность кратковременного перерыва длительностью более 10 секунд в установленном соединении значением ≤ 5x10-3, причем под перерывом понимается невозможность разговора из-за занижения уровня сигнала, увеличения уровня помех или других факторов.

В России в конце прошлого века были разработаны эксплуатационные нормы на электрические параметры коммутируемых каналов сети ТФОП, которые приведены в таблице 3.1.

Поскольку это нормы на аналоговые каналы сети, а не на качество услуг службы, они предназначены, прежде всего, для оператора. С позиций качества услуг это полуфабрикат, который лишь в некоторой степени отражает качество услуг, оцениваемое пользователем.

В нормах на характеристики телефонных каналов принято деление каналов на три класса качества. При этом вероятность выполнения норм должна быть для каналов 1-го класса – не ниже 0,9; 2-го класса – 0,66; 3-го класса – 0,33.

При показателе вероятности ниже 0,33 каналы считаются несоответствующими нормам.

Т а б л и ц а 3.1

Название электрического параметра

Норма

Абонент-абонент

РАТС-РАТС

Предельное значение остаточного затухания канала на частоте 1000(1020) Гц не должно превышать, дБ (для АТС-Э)

Предельное значение остаточного затухания канала на частотах 1800/2400 Гц не должно превышать, дБ (для АТС-Э)

Соотношение сигнал/шум на выходе коммутируемого канала должно быть не менее, дБ

Размах дрожания фазы сигнала (джиттер) в диапазоне частот 2-300 Гц не должен превышать, градусы

Суммарное воздействие кратковр.

перерывов глубиной более 17 дБ, длительностью менее 300 мс и импульсных помех с амплитудой на 5 дБ выше уровня сигнала, определенное в процентах как отношение секундных интервалов к общему числу секундных интервалов за сеанс измерений, не

должно превышать, % (для АТС-Э)

Для преодоления низкого качества каналов рекомендуется производить

повторные вызовы. При этом исходят из предположения, что при повторных

вызовах вероятность низкого качества уменьшается. Это предположение справедливо только в том случае, когда все участки составного канала (абонентские и соедини тельные линии, узлы коммутации) имеют независимые случайные характеристики.

4 Лекция Экспертная оценка качества обслуживания вызовов

Цель лекции: ознакомление студентов с методами оценки качества обслуживания в ТФОП.

Содержание:

а) качество речи по MOS, LSQ;

б) требования к остаточному затуханию телефонного тракта;

в) коэффициент двоичных ошибок в цифровых системах передачи.

Важнейшей оценкой качества телефонной связи считается мнение абонента. В качестве меры качества речи МСЭ использует среднюю экспертную оценку, известную по аббревиатуре MOS (Mean Opinion Score), изложенную в Рекомендациях ITU-T Р.800 и Р.830. Оценки MOS рассчитываются после прослушивания группой людей тестируемого тракта передачи речи по пятибалльной шкале. Оценки 3,5 баллов и выше соответствуют стандартному и высокому телефонному качеству, 3,0-3,5 – приемлемому, 2,5- 3,0 – синтезированному звуку. Для передачи речи с хорошим качеством целесообразно ориентироваться на MOS не ниже 3,5 баллов.

Метод Quality Rating. Другим субъективным методом оценки является использование единиц рейтинга R (Quality Rating) по стобалльной шкале. ITU-T рекомендует пользоваться единицами R, которые и были использованы в последних материалах ETSI. В качестве базы для оценки принята рекомендация ITU-Т G.109 для сети ТФОП (см. таблицу 4.1)

Т а б л и ц а 4.1 - Метод оценки качества на основе использования единиц рейтинга R

Диапазон R	Категория качества речи	Удовлетворенность пользователей
90£ R £100	Наилучшая (best)	Удовлетворены в высшей степени
80£ R £90	Высокая (high)	Удовлетворены
70£ R £ 180	Средняя (medium)	Некоторые не удовлетворены
60£ R £70	Низкая (low)	Многие не удовлетворены
50£ R£ 60	Плохая (poor)	Почти все не удовлетворены

Таким образом, для соединений хорошего качества желательно ограничиться первыми тремя категориями, т.е. обеспечить R >70 или MOS > 3,5 (см. рисунок 4.1).

Рисунок 4.1 - Зависимость между оценками MOS и R-фактором

Соединения с качеством R<50 не рекомендуется ITU-T. Единицы MOS связаны с R сложной нелинейной зависимостью [10]. Высшему качеству R = 100 соответствует MOS = 4,5. На практике для быстрого пересчета в наиболее важном диапазоне 2,5 < MOS < 4,4 удобна простая линейная аппроксимация: MOS=R/20. Ее погрешность менее 5%, что вполне допустимо, учитывая разбросы при субъективной оценке.

С точки зрения восприятия звуковой информации особое значение придается показателю LSQ (Listener Speech Quality) – качеству речи для слушающего абонента. Величины LSQ, как и значения , определяются субъективно. Тем не менее, существуют и объективные оценки качества телефонной связи. Они прямо или косвенно связаны с субъективными оценками качества передачи речи. Объективные оценки, как правило, отражают один или несколько аспектов качества телефонной связи. Ценность подобных оценок заключается в том, что они позволяют планировать ТФОП с учетом требований к качеству передачи речи. Для объективных оценок обычно используются характеристики, которые могут быть измерены в процессе эксплуатации ТФОП.

На рисунке 4.2 приведена модель тракта обмена информацией между телефонными аппаратами двух абонентов. Как и для модели, рассмотренной ранее, предполагается, что соединение установлено через транзитных станций, а включение обоих телефонных аппаратов осуществляется по индивидуальным двухпроводным абонентским линиям. Для показателей, устанавливаемых между абонентскими терминалами, в качестве нижнего индекса используется цифра "0". В других случаях вводятся буквенные обозначения при нормируемых показателях.

Одним из важнейших показателей качества телефонной связи считается величина остаточного затухания между абонентскими терминалами – . Она определяется как разность между уровнями сигнала частотой 1020 Гц на входе и выходе канала, который установлен между абонентскими терминалами. Снижение уровня принимаемого сигнала (при значительном остаточном затухании) ухудшает восприятие речи. В сочетании с другими мешающими факторами (в частности, с шумами) рост остаточного затухания может привести к невозможности телефонного разговора.

Рисунок 4.2 - Тракт обмена информацией между телефонными аппаратами двух абонентов

Требования абонентов ТФОП к остаточному затуханию разговорного тракта можно оценить при помощи сравнения с общением двух человек, находящихся на расстоянии друг от друга. Процессы, связанные с восприятием речи, очень похожи. В обоих случаях сигнал ослабевает. В таблице приведены данные об изменении требований абонентов к качеству телефонной связи.

Т а б л и ц а 4.2 - Изменение требований абонентов к допустимому

затуханию

Вид соединения в ТФОП	Эквивалентное расстояние при обычном общении, м
Вид соединения в ТФОП	1923 год	1933 год	1950 год	1985 год	Оптимальное
Местное	14	8,3	3,5	2,0	0,6
Междугород- ное	25	11,7	5,0	2,0	0,6

Очевидно, что величина остаточного затухания в процессе модернизации ТФОП должна уменьшаться. При цифровизации ТФОП такая возможность достигается за счет использования концепции "наложенной сети". Для цифрового участка ТФОП (между двумя АЦП – аналого-цифровыми преобразователями) остаточное затухание целесообразно устанавливать на уровне 7 дБ. Эта величина относится к базовой сети. Тогда в цифровой ТФОП остаточное затухание разговорного тракта будет определяться параметрами абонентских линий.

В скобках для каждого обозначения остаточного затухания (между терминалами двух абонентов – , абонентской линии – и базовой сети – ) приведены те перспективные нормы, которые рекомендуются для цифровой ТФОП. Следует заметить, что повышение допустимой величины остаточного затухания для абонентской линии (ранее было нормировано значение 4,5 дБ) может привести к проблемам с применением технологий xDSL. Кроме того, увеличиваются затраты на построение сети доступа.

Рисунок 4.2 - Распределение остаточного затухания

в цифровой телефонной сети

Требования к качеству доставки информации через сеть определяют сетевые службы. Ни одна сеть не может удовлетворить любым требованиям службы. Типы ошибок и их количество во многом определяются способом передачи информации и физической природой канала.

Ни одна система передачи не является идеальной. В реальных каналах действуют искажения сигналов, замирания, шумы, различные помехи, которые в дискретном канале появляются в виде ошибок, определяющих верность приема информации.

Одним из наиболее часто используемых показателей, которым принято характеризовать качество цифровых систем передачи, является коэффициент двоичных ошибок (Bit Error Rate, BER). При передаче в течение достаточно большого (репрезентативного) интервала времени коэффициент двоичных ошибок сходится к вероятности ошибочного приема двоичного символа (вероятность ошибки на бит).

где N_BER– количество двоичных символов, принятых с ошибкой;

N_Σ – общее количество переданных бит.

В ряде публикаций этот коэффициент называется частотой появления ошибочных битов. Увеличение численности ошибочных битов может заметно искажать речевой сигнал и существенно влиять на процессы обмена данными при использовании ресурсов ТФОП для передачи дискретной информации. Качество тракта E1 (стандартный канал с пропускной способностью 2048 кбит/с), соединяющего цифровые коммутационные станции между собой, считается хорошим, если коэффициент ошибок по битам не превышает уровень .

5 Лекция Анализ моделей обеспечения качества обслуживания в IP сетях

Цель лекции: ознакомление студентов с моделями обеспечения качества обслуживания в IP сетях.

Содержание:

а) модели обеспечения качества обслуживания в IP-сетях;

б) дифференцированное обслуживание разнотипного трафика.

Вопросы качества обслуживания в IP-сетях в последнее время стали особенно актуальными, поскольку от их решения напрямую зависит архитектура перспективной сети связи ХХI века.

Качество доставки в традиционных сетях IP базируется на принципе так называемой «наилучшей попытки» (best effort). Концепция «наилучшей попытки» предполагает, что пользователи справедливо разделяют доступные сетевые ресурсы, трафик передается со скоростью, максимально возможной в данных условиях загрузки ресурсов сети, но при этом не гарантируется обеспечение любого предварительно определенного уровня качества обслуживания. Очевидно, что такой подход к обслуживанию означает следующее: отсутствуют различия между разными видами трафика, нет гарантии в доставке пакетов в правильном порядке, и что он будет доставлен в требуемое время или вообще будет доставлен, и т. д.

Концепция «наилучшей попытки» была достаточно эффективной для приложений, где можно передавать данные не в реальном времени (электронная почта, передача файлов). Кроме того, с учетом переизбытка сетевых ресурсов в транспортных сетях, построенных на базе волоконно-оптических линий связи, принцип «наилучшей попытки» в определенной степени позволяет обеспечить сегодня требования телефонии (голос поверх IP) и других приложений реального времени [6,10].

В последние годы появились и стремительно развиваются новые виды услуг: мобильная связь, услуги сети Интернет, IP-телефония, высокоскоростная передача данных, услуги интеллектуальных сетей.

Внедрение этих услуг стало возможным благодаря появлению оборудования нового поколения, основанного на пакетной коммутации, пришедшей на смену коммутации каналов. В отличие от упомянутых выше технологий в классических сетях IP применяется метод доставки, полностью исключающий любую форму организации соединений - как физических, так и виртуальных. Этот метод основан на рассылке пакетов-дейтаграмм.

Технологии пакетной коммутации позволяют предоставить пользователю ряд новых инфокоммуникационных услуг:

- дистанционное обучение;

- телемедицина;

- передача по запросу видео информации;

- удаленный мониторинг и управление объектами;

- участие в интерактивных играх;

- аудио-видео конференции;

- маршрутизация вызовов на другие телефонные номера;

- универсальная почта и др.

Сегодня общепризнанно, что сети с коммутацией каналов и пакетов постепенно эволюционируют в направлении создания общей инфраструктуры, базирующейся на протоколах семейства IP. Этот процесс получил название конвергенции. Инфраструктура, возникшая в результате конвергенции, должна будет обеспечивать транспортировку трафика телефонных сетей, сетей телевидения и трафика приложений, традиционно использующих сети Интернет. Подобный сценарий конвергенции предлагает как экономический выигрыш, получаемый благодаря объединению технологий, так и определяет развитие сектора телекоммуникаций через создание новых услуг.

С появлением нетрадиционных услуг подходы к показателям оценки качества несколько видоизменяются, так как появляются новые потребительские свойства услуги. Одни показатели становятся менее значимыми, другие приобретают большее значение. Кроме того, возникает необходимость в разработке и использовании новых показателей оценки качества.

Традиционно по сетям передачи данных по технологии IP передавались данные. С появлением IP-телефонии появился новый вид трафика - телефонный.

При этом разделение ресурсов и процессы управления трафиком должны быть скоординированы в условиях наличия большого числа разнообразных приложений с существенно отличающимися

Основная услуга IP-телефонии заключается в обеспечении возможности интерактивного обмена речевой информацией, факсимильными сообщениями и информацией мультимедиа в режиме реального времени между двумя или несколькими абонентами/пользователями сети передачи данных общего пользования, работающей по протоколу IP.

Также служба IP-телефонии должна обеспечивать возможность взаимодействия со службой телефонии сетей ТФОП как по входящей, так и по исходящей связи.

Обеспечение высокого качества услуг отличается от принципов классической телефонии вследствие использования системы и коммутации пакетов.

В IP-сетях для обеспечения качества обслуживания может использоваться несколько протоколов QoS: RSVP (ReSerVation Protocol), DiffServ (Differentiated Services), MPLS (Multi-Protocol Label Switching).

Протоколы QoS обеспечивают различные сервисы, которые должны быть согласованы между собой для поддержки качества ''из конца в конец''.

Еще одной моделью поддержки QoS в сетях IP является «traffic engineering» - комплекс методов и механизмов, позволяющий оператору увеличить пропускную способность сети.

Дифференцированное обслуживание разнотипного трафика

Для обеспечения гарантированного качества обслуживания комитет IETF разработал модель дифференцированного обслуживания разнотипного трафика DiffServ. В соответствии с этой моделью байт ToS (Type of Service) в заголовке IP-пакета получил другое название DS (Differentiated Services), а шесть его битов отведены под код DiffServ. Каждому значению этого кода соответствует свой класс РНВ (Per-Hop Behavior Forwarding Class), определяющий уровень обслуживания в каждом из сетевых узлов. Пакеты каждого класса должны обрабатываться в соответствии с определенными для этого класса требованиями к качеству обслуживания.

Модель DiffServ описывает архитектуру сети как совокупность пограничных участков и ядра. Пример сети согласно модели DiffServ приведен на рисунке 5.1.

Рисунок 5.1 – Модель DiffSerf

Поступающий в сеть трафик классифицируется и нормализуется пограничными маршрутизаторами. Нормализация трафика предусматривает измерение его параметров, проверку соответствия заданным правилам предоставления услуг профилирование (при этом пакеты, не укладывающиеся в рамки установленных правил, могут быть отсеяны) и другие операции. В ядре магистральные маршрутизаторы обрабатывают трафик в соответствии с классом РНВ, код которого указан в поле DS.

Достоинства модели DiffServ состоят в том, что она, во-первых, обеспечивает единое понимание того, как должен обрабатываться трафик определенного класса, а во-вторых, позволяет разделить весь трафик на относительно небольшое число классов и не анализировать каждый информационный поток отдельно. К настоящему времени для DiffServ определено два класса трафика:

- класс срочной пересылки пакетов (Expedited Forwarding PHB Group);

- класс гарантированной пересылки пакетов (Assured Forwarding

PHB Group).

Механизм обеспечения QoS на уровне сетевого устройства, применяемый в DiffServ, включает в себя четыре операции. Сначала пакеты классифицируются на основании их заголовков. Затем они маркируются в соответствии с произведенной классификацией (в поле DiffServ). В зависимости от маркировки выбирается алгоритм передачи (при необходимости - с выборочным удалением пакетов), позволяющий избежать заторов в сети. Заключительная операция, чаще всего, состоит в организации очередей с учетом приоритетов.

- класс срочной пересылки пакетов (Expedited Forwarding PHB Group);

- класс гарантированной пересылки пакетов (Assured Forwarding PHB Group).

Хотя эта модель и не гарантирует качество обслуживания на 100%, у нее есть серьезные преимущества. Например, нет необходимости в организации предварительного соединения и в резервировании ресурсов. А так как в модели DiffServ используется небольшое, фиксированное количество классов и трафик абонентов распределяется по общим очередям, не требуется высокая производительность сетевого оборудования.

Таким образом, в технологии DiffServ пакеты на границе сети классифицируются, маркируются кодом в заголовке IP-пакета и на основании этого кода причисляются к определенному агрегированному потоку. У каждого агрегированного потока свой приоритет и ожидаемый уровень обслуживания.

6 лекция (продолжение лекции 5)

Цель лекции: ознакомление студентов с моделями обеспечения качества обслуживания в IP сетях.

Содержание:

а) архитектура интегрированных услуг IntSerf;

б) обеспечение качества обслуживания на базе протокола RSVP;

в) многопротокольная коммутация по меткам.

Архитектура интегрированных услуг IntSerf

Этот подход явился одной из первых попыток комитета IETF разработать действенный механизм обеспечения качества обслуживания в IP-сетях. Для трафика реального времени вводятся два класса обслуживания: контролируемой загрузки сети и гарантированного обслуживания.

Классу гарантированного обслуживания предоставляется определенная полоса пропускания, а также гарантируются задержка в определенных пределах и отсутствие потерь при переполнении очередей.

Класс контролируемой загрузки сети идентичен традиционному подходу «best effort», но уровень QoS для уже обслуживаемого потока данных остается неизменным при увеличении нагрузки в сети. Основными компонентами модели IntServ являются система резервирования ресурсов, система контроля доступа, классификатор и диспетчер очередей. Архитектура модели изображена на рисунке 6.1.

Рисунок 6.1 – Модель IntServ

Спецификация потока (flow specification) нужна для определения необходимого уровня качества обслуживания потока.

Система контроля доступа, получив запрос сеанса связи, в зависимости от наличия требуемых ресурсов, либо допускает этот запрос к дальнейшей обработке, либо дает отказ.

Классификатор определяет класс обслуживания на основе содержания поля приоритета в заголовке. Диспетчер определяет способ организации и механизм обслуживания очереди. Система резервирования ресурсов использует специальный протокол сигнализации, который служит для запроса приложением нужного ему уровня качества обслуживания и для координации обработки этого запроса всеми устройствами сети. Отличительной особенностью протокола резервирования ресурсов RSVP является универсальность, так как отправлять запросы на резервирование может любое приложение, поддерживающее данный протокол.

Преимущества модели IntServ заключаются в четко определенной и гарантированной пропускной способности, а значит, в более высокой степени детализации. Этот механизм легко контролировать, поскольку можно следить за каждым маршрутом и каждым соединением.

Обеспечение качества обслуживания на базе протокола RSVP

Протокол резервирования ресурсов RSVP был разработан в исследовательском центре Xerox в Пало-Альто. В разработке RSVP участвовал также Институт научной информации ISI (Information Science Institute) при Южнокалифорнийском университете, а первая окрытая версия протокола была специфицирована IETF в документе RFC 2205 в 1997 году. В скором времени протокол RSVP стал восприниматься как самостоятельный механизм, обеспечивающий гарантированное качество обслуживания и призванный решить проблему передачи по IP-сетям трафика реального времени.

RSVP - это протокол сигнализации, который обеспечивает резервирование ресурсов для предоставления в IP-сетях услуг эмуляции выделенных каналов. Протокол позволяет системам запрашивать, например: гарантированную пропускную способность такого канала, предсказуемую задержку, максимальный уровень потерь. Но резервирование выполняется лишь в том случае, если имеются требуемые ресурсы.

В основе протокола RSVP лежат три компонента:

- сеанс связи, который идентифицируется адресом получателя данных;

- спецификация потока, которая определяет требуемое качество обслуживания и используется узлом сети, чтобы установить соответствующий режим работы диспетчера очередей;

- спецификация фильтра, определяющая тип трафика, для обслуживания которого запрашивается ресурс.

На рисунке 6.2 представлена процедура назначения и распределения меток с использованием протокола RSVP.

Отправитель данных передает на индивидуальный или групповой адрес получателя сообщение Path, в котором указывает желательные характеристики качества обслуживания трафика - верхнюю и нижнюю границу полосы пропускания, величину задержки и вариации задержки. Сообщение Path пересылается маршрутизаторами сети по направлению к получателю данных с использованием таблиц маршрутизации в узлах сети. Каждый маршрутизатор, поддерживающий протокол RSVP, получив сообщение Path, фиксирует определенный элемент «структуры пути» - адрес предыдущего маршрутизатора. Таким образом, в сети образуется фиксированный маршрут. Поскольку сообщения Path содержат те же адреса отправителя и получателя, что и данные, пакеты будут маршрутизироваться корректно даже через сетевые области, не поддерживающие протокол RSVP.

Рисунок 6.2 – Процедура распределения меток с помощью протокола RSVP

Сообщение Path должно нести в себе шаблон данных отправителя (Sender Template), описывающий тип этих данных. Шаблон специфицирует фильтр, который отделяет пакеты данного отправителя от других пакетов в пределах сессии (по IP-адресу отправителя и, возможно, по номеру порта). Кроме того, сообщение Path должно содержать спецификацию потока данных отправителя Tspec, которая определяет характеристики этого потока.

Спецификация Tspec используется, чтобы предотвратить избыточное резервирование.

Шаблон данных отправителя имеет тот же формат, что и спецификация фильтра в сообщениях Resv. Приняв сообщение Path, его получатель передает к маршрутизатору, от которого пришло это сообщение, запрос резервирования ресурсов - сообщение Resv.

Многопротокольная коммутация по меткам

В основе концепции MPLS лежит возможность создания и последующего использования виртуальных маршрутов (тоннелей) к пункту (к пунктам) следования информационного потока. Тоннели создаются программным путём и применяются для переноса агрегированного трафика, имеющего общий пункт назначения или использующего при движении по сети общую часть её инфраструктуры. Применение данной технологии позволяет изолировать заранее выбранный информационный поток и обеспечить ему требуемые характеристики качества обслуживания. Для этого средствами MPLS выделяется необходимый канальный ресурс. Понятно, что трудно построить семейство тоннелей для всех возможных точек назначения, поэтому обычно технология MPLS используется в ядре сети. Все граничные маршрутизаторы ядра соединены между собой MPLS-тоннелями, обеспечивая качественную передачу информации сетей доступа.

Приведём более подробную характеристику для основных компонентов рассматриваемой технологии. Фундаментом MPLS является принцип коммутации по меткам. Они присваиваются пакету на входе в сеть MPLS и только их значения, а не IP-адреса, используются далее при выборе маршрута движения пакета по сети MPLS. Присвоение меток пакету выполняется в соответствии с понятием класса эквивалентной пересылки FEC (Forwarding Equivalence Class). Согласно этому понятию пакетам, принадлежащим одному классу FEC, на входном узле сети MPLS присваивается одна и та же метка. Далее все эти пакеты пересылаются по сети по одному маршруту. Определение FEC носит достаточно общий характер и даёт оператору большой выбор возможностей по объединению пакетов в некую общность с целью последующей их пересылки в одинаковых условиях. Класс FEC может объединять в себе: пакеты, попавшие в сеть MPLS с одного входного узла и вышедшие с одного выходного узла; пакеты, имеющие одинаковый класс обслуживания; пакеты, составляющие заданный поток и т.д. В общем случае объединение пакетов в один класс FEC выполняется на основе информации, хранящейся в пакете, или на основе информации, являющейся внешней по отношению к пакету (например, номер порта входного узла, по которому пакет попал в узел). Допустима и комбинация этих двух возможностей. Метка имеет смысл только между парой узлов, соединенных линией, и только в направлении от узла-источника к узлу получателю информации.

7 Лекция. Параметры качества работы IP сети

Цель лекции: ознакомление студентов с основными параметрами качества работы IP сети.

Содержание:

а) основные параметры качества работы IP сети;

б) нормы потерь вызовов для местной телефонной сети.

Рассмотрим основные параметры качества работы IP сети.

Задержка речевых пакетов

Задержка (delay) является неотъемлемой чертой любой сети передачи данных с пакетной коммутацией. Сети с коммутацией пакетов были созданы для передачи данных, и возможность их использования для передачи голосового или факсимильного трафика в реальном времени, по аналогии с традиционной телефонией, в значительной степени зависит от вносимой задержки. Здесь под задержкой понимается промежуток времени, за который пакет пересекает сеть IP-телефонии от отправителя до получателя. Исследования показали, что человеческое ухо нетерпимо к задержкам свыше 400-500 мс. Экспериментально установлено, что задержка в 150 мс обеспечивает очень хорошее качество, от 150 до 300 мс – почти не воспринимается на слух, но если она превышает величину 500 мс, то речь становится неразборчивой. Общая задержка при IP-телефонии складывается из задержек на оцифровку, сжатие, формирование голосового пакета, а также задержек при передаче по каналам, обработке и коммутации пакета в промежуточных узлах, локальной коммутации в приемном узле, декомпрессии и преобразовании к аналоговому виду. Основные средства для минимизации задержки – использование в сети высокопроизводительных голосовых коммутаторов и приоритезация голосового трафика над трафиком данных.

Джиттер задержки пакетов

Джиттер или вариация задержки – это разность во времени прохождения в сети последовательных пакетов одного соединения. Чем больше джиттер, тем сильнее будет отличаться задержка при передаче одного пакета от задержки при прохождении другого. Джиттер возникает в сети из-за очередей и маршрутизации пакетов одного сегмента речи по разным путям. При сборке пакетов на приемном конце их последовательность может быть нарушена. Джиттер приводит к специфическим нарушениям передачи речи, слышимым как трески и щелчки. Джиттер подавляют путем включения в приемную часть шлюза буфера статической или динамической памяти, который восстанавливает исходную последовательность пакетов. Пакеты, джиттер которых превышает время их “удержания” в буферной памяти, не воспринимаются приемным устройством. Таким образом, буфер подавляет джиттер ценой увеличения как общего времени задержки, так и потери пакетов; регулировка времени удержания (размера буфера) представляет собой компромисс между ними. По разным данным и в зависимости от типа кодека не воспринимается джиттер не более 15-50 мс.

Потери речевых пакетов

Поскольку голосовые пакеты не повторяются, при их потере (или искажении) в сети на приемной стороне появляется короткая пауза в речи. Частые потери голосовых пакетов, вызванные плохим качеством каналов связи и перегрузками в сети, могут привести к ухудшению разборчивости речи, а иногда и к полной невозможности общения. Искажения от потери пакетов также зависят от применяемых в шлюзах типов кодеков. Качество речи при использовании низкоскоростных кодеков типа G.729 и G.723.1 в большей степени зависит от потери пакетов, по сравнению с высокоскоростными кодеками типа G.711. Приближенно можно считать, что при IP-телефонии хорошего качества допустимый уровень потерь пакетов должен составлять 1-3%, причем меньшая величина относится к низкоскоростным кодекам, а большая – к высокоскоростным.

Готовность сети

Под готовностью сети (service availability) понимается надежность соединения пользователя с информационным сервисом. Применительно к сети IP-телефонии это означает надежность установления телефонного соединения между двумя абонентами. Телефонные сети общего пользования имеют подтвержденную десятилетиями репутацию исключительно надежной инфраструктуры. Их коэффициент готовности составляет 99,999% (“пять девяток”), или 5 минут отказа за год. В то же время сеть Интернет со всей ее непредсказуемостью обладает низкой степенью надежности и не отвечает требованиям корпоративных заказчиков. Надежность в сетях IP-телефонии должна обеспечивается аппаратными, программными и сетевыми средствами. Если в сети IP-телефонии используется технология динамической маршрутизации, трафик может обходить сбойные участки сети, причем, в случае необходимости, для обхода могут использоваться даже каналы ТФОП. Современные шлюзы IP-телефонии имеют достаточно высокие показатели надежности. Коэффициент готовности с учетом резервирования составляет 99,999%, среднее время между повреждениями (MTBF) – не менее 80-100 тысяч часов.

Методы оценки качества передачи речи в IP сети

Первые три рассмотренные выше параметра качества работы сети IP-телефонии (задержка, джиттер и потери речевых пакетов) непосредственно влияют на качество передачи речевой информации. Эти параметры не характерны для обычных телефонных сетей, поэтому для оценки качества передачи пакетной речи требуются критерии, которые отличаются от тех, которые используются для нормирования аналоговых и цифровых телефонных каналов.

Ввиду различной природы передачи информации по каналам коммутируемой и IP-сети наиболее надежным способом сравнительной оценки качества передаваемой речи является субъективный метод общего мнения (Mean Opinion Score - MOS), изложенный в Рекомендациях ITU-T Р.800 и Р.830. Оценки MOS рассчитываются после прослушивания группой людей тестируемого тракта передачи речи по пятибалльной шкале. Оценки 3,5 баллов и выше соответствуют стандартному и высокому телефонному качеству, 3,0…3,5 – приемлемому, 2,5…3,0 – синтезированному звуку. Для передачи речи с хорошим качеством целесообразно ориентироваться на MOS не ниже 3,5 баллов.

Другим субъективным методом оценки является использование единиц рейтинга R (Quality Rating) по стобалльной шкале. ITU-T рекомендует пользоваться единицами R, которые и были использованы в последних материалах ETSI. В качестве базы для оценки принята рекомендация МСЭ-Т G.109 для сети ТФОП (см. таблицу 7.1).

Т а б л и ц а 7.1

Диапазон R	Категория качества речи	Удовлетворенность пользователей
90 < R < 100	Наилучшая (best)	Удовлетворены в высшей степени
80 < R < 90	Высокая (high)	Удовлетворены
70 < R < 180	Средняя (medium)	Некоторые не удовлетворены
60 < R < 70	Низкая (low)	Многие не удовлетворены
50 < R < 60	Плохая (poor)	Почти все не удовлетворены

Соединения с качеством R< 50 не рекомендуется ITU-T. Единицы MOS связаны с R сложной нелинейной зависимостью (рекомендация G.107). Высшему качеству R = 100 соответствует MOS = 4,5. На практике для быстрого пересчета в наиболее важном диапазоне 2,5 < MOS < 4,4 удобна простая линейная аппроксимация: MOS=R/20. Ее погрешность менее 5%, что вполне допустимо, учитывая разбросы при субъективной оценке. Таким образом, для соединений хорошего качества желательно ограничиться первыми тремя категориями, т.е. обеспечить R < 70 или MOS < 3,5.

Недостатками указанных способов измерения качества передачи речи являются их субъективизм и неэффективность. Эти методы не могут быть использованы на практике для управления сетью, так как они не учитывают влияние различных параметров работы IP-сети на общую величину качества передачи речи.

Кроме субъективных методов имеется также автоматический метод измерения качества передачи речи, названный PSQM (Perceptual Speech Quality Measurement), представленный в Рекомендации ITU-T Р.861. Этот метод основан на сравнении эталонного речевого сигнала и сигнала, поступившего из кодека или IP-сети (см. рисунок 7.1). Метод PSQM может быть использован для сравнительной оценки качества работы различных речевых кодеков или сетей, но он также не позволяет учитывать влияние отдельных параметров IP-сети на качество передачи речи.

Рисyнок 7.1 - Схема измерения объективного качества речи по методу PSQM

Наиболее удобным для оценки качества работы реальных сетей IP-телефонии является метод “рассчитываемого планируемого параметра ухудшения” ICPIF (Calculated Planning Impairment Factor), основанный на Рекомендации ITU-T G.113. Основная идея метода состоит в расчете величин различных параметров ухудшения качества передачи речи на каждом участке соединения в сети связи и сложения этих величин для получения общего параметра. Существуют различные факторы ухудшения качества передачи речи в сетях связи (шум, задержка, эхо и т.д.) и ITU-T разделяет их на 5 категорий. Величина общего параметра ухудшения Itot определяется по формуле:

Itot = Io + Iq + Idte + Idd + Ie,

где Io – параметр ухудшения качества, обусловленный неоптимальным уровнем громкости и/или высоким шумом в канале;

Iq - параметр ухудшения качества, обусловленный шумами квантования в ИКМ;

Idte - параметр ухудшения качества, обусловленный акустическим эхо;

Idd – параметр ухудшения качества, обусловленный передачей речи на большое расстояние (задержка);

Ie - параметр ухудшения качества, обусловленный специальными устройствами, в частности низкоскоростными кодеками.

8 Лекция (продолжение лекции 7) Параметры качества работы IP сети

Цель лекции: ознакомление студентов с основными параметрами качества работы IP сети.

Содержание:

а) автоматический метод измерения качества передачи речи, названный PSQM (Perceptual Speech Quality Measurement).

Для сравнения работы различных сетей IP-телефонии можно не учитывать параметры Io и Iq, а значение Idte принять равным нулю. Зависимость величины параметра Idd от задержки передачи речевого сигнала в сети приведена в Рекомендации G.113 (см. таблицу 8.1).

Т а б л и ц а 8.1 – Зависимость параметра Idd от задержки

Задержка (мс)	Параметр Idd
150	0
200	3
250	10
300	15
400	25
500	30
600	35
800	40
> 800	40

Параметр Ie используется для оценки качества работы сложных устройств обработки речевых сигналов, например низкоскоростных кодеков.

В Рекомендации G.113 каждый тип кодека характеризуется специфическим параметром К_i для оценки ухудшения качества передачи речи. Когда в IP-телефонном соединении используется несколько различных кодеков, то общая величина параметра ухудшения Ie определяется суммированием индивидуальных значений параметра К_iдля каждогокодека:

Ie = K_i .

В таблице 8.2 приведены величины параметра К для некоторых наиболее распространенных кодеков, часть из которых применяется в сетях IP-телефонии.

Следует отметить, что в Рекомендации G.113 не учитывается такой важный фактор ухудшения качества речи в сетях IP-телефонии, как потери пакетов. На практике для учета данного фактора предлагается рассчитывать процент потерянных пакетов по методу PSQM и по нему определять параметр Ie для конкретного типа кодека и скорости передачи пакетов.

Т а б л и ц а 8.2 – Значения параметра К

Тип кодека	Скорость передачи (Кбит/с)	Параметр K
	64	0
APDCM ( G.726, G.727)	40	2
	32	7
	24	25
	16	50
CS-ACELP/CA-ACELP (G.729/G.729a)	8	10
LD-CELP (G.728)	16 12.8	7 20
VSELP (IS 54, USA)	8	20
RPE-LTP (GSM)	13	20

Значения параметра ухудшения качества передачи речи Ie с учетом потерь пакетов для некоторых типов кодеков приведены в таблице 8.3 [10].

Т а б л и ц а 8.3 – Значения параметра Ie с учетом потерь пакетов

Потери пакетов, %	Параметр Ie
Потери пакетов, %	кодек G.711	кодек G.729/G.792a
0	0	10
1	8	15
2	12	20
3	18	25
4	22	30
5	26	34
6	28	38
7	30	40
8	32	42
9	34	44

Качество передачи речи в различных сетях связи во многом определяется человеческим восприятием с учетом фактора ожидаемого уровня качества. Например, в силу специфики работы сети сотовой подвижной связи пользователи ожидают более низкое качество передачи речи, чем в проводных сетях. Этот субъективный момент человеческого восприятия качества передачи речи в различных сетях учитывается путем уменьшения параметра ухудшения качества Icpif на некоторую величину фактора ожидания А:

Icpif = Itot - A

Когда параметр ожидания А равен нулю, то Itot<Icpif и в этом случае характеристики качества передачи речи определяются только параметрами ухудшения качества сетевыми устройствами. Это справедливо только для проводных сетей связи. В Рекомендации G.113 приведены численные значения фактора ожидания А для различных сетей передачи речи (см. табл. 8.4).

Т а б л и ц а 8.4 – Численные значения фактора ожидания А

Сеть связи	Параметр А
Проводная сеть связи	0
Мобильная локальная сеть (сеть беспроводных телефонов в здании)	5
Мобильная сотовая сеть (на большой территории или в подвижном объекте)	10
Спутниковая сеть	20

Для IP-телефонии значение параметра А в рекомендации G.113 не определено. Однако для проведения общей оценки качества работы сети IP-телефонии можно предложить использовать значения А=15-30 для определенных долей вызовов. В таблице 8.5 приведены граничные значения параметра Icpif для различных уровней качества передачи речи в соответствии с Рекомендацией G.113.

Т а б л и ц а 8.5 – Граничные значения параметра Icpif

Величина параметра Icpif	Качество передачи речи
5	Очень хорошее
10	Хорошее
20	Удовлетворительное
30	Иногда плохое
45	Часто плохое
55	В основном неудовлетворительное

9 Лекция. Нормирование параметров качества работы сети IP - телефонии

Цель лекции: ознакомление студентов с вопросами нормирования качества работы сети IP - телефонии.

Содержание:

а) четыре класса по качеству обслуживания;

б) требования к параметрам сети по каждому классу;

в) стандартизация QoS в области IP - телефонии.

Европейский институт по стандартизации телекоммуникаций ETSI предлагает разделить сети IP-телефонии на четыре класса по качеству обслуживания QoS, основным показателем которого является задержка пакетов. В Рекомендации ITU-T G.114 для телефонной сети общего пользования приведены близкие к градациям ETSI задержки, которые соответствуют различным видам связи:

- до 150 мс – исходная норма;

- до 260 мс – задержка на участке спутниковой связи;

- до 400 мс – допустимая задержка с учетом участка спутниковой связи;

- свыше 400 мс – недопустимая задержка.

В таблице 9.1 даны рекомендации по задержке ITU-T (в таблице данные сопоставлены с классами QoS ETSI и дополнены оценкой качества речи в баллах MOS по Рекомендациям Р.800 и Р.830).

Т а б л и ц а 9.1

Классы		Высший (Best)	Высокий (High)	Средний (Medium)	Низший (Low)
Задержка	ETSI	<150 мс	<250 мс	<350 мс	<450 мс
Задержка	ITU-T	<150 мс	<260 мс	<400 мс	<400 мс
Баллы MOS		>4,5	4,0-4,5	3,5-4,0	3,0-3,5

Для каждого класса ETSI дает следующую субъективную оценку качества речи:

- высший – эквивалентно или лучше, чем телефонная сеть общего пользования (ТФОП) с кодеком G.711; предлагается для IP-сетей, поддерживающих разные уровни QoS;

- высокий – эквивалентно ТФОП с кодеком G.726 (32 Кбит/с) или сотовой связи GSM хорошего качества с кодеком повышенной достоверностью передачи EFR (12,2 Кбит/с); также предлагается для IP-сетей, поддерживающих различные уровни QoS;

- средний – эквивалентно сотовой связи GSM со стандартным кодеком FR (13 Кбит/с); предлагается для IP-сетей без перегрузок;

- низший – предполагает использование VoIP в сети Интернет.

Если считать участки спутниковой и сотовой связи составными частями ТФОП, то качество передачи речи в такой сети будет соответствовать первым трем класса, приведенным в таблице 9.1. Следовательно, эквивалентная по качеству передачи речи IP-сеть должна иметь параметры, соответствующие классу не ниже среднего.

Учитывая зависимость качества речи от потери пакетов, можно сформулировать ориентировочные требования к эквивалентной сети IP-телефонии:

- максимальная задержка должна быть не больше 350…400 мс;

- потери пакетов – не более 1-3%;

- субъективное качество речи – не ниже 3,5 балла MOS.

Анализ показывает, что современные системы и сети VoIP могут отвечать этим требованиям. Естественно при этом следует ориентироваться на решения операторского класса, предназначенные для обслуживания большого количества абонентов.

В рамках проекта QUASIMODO (QUAlity of ServIce MethODOlogies) европейского института EURESCOM (European Institute for Research and Strategic Studies in Telecommunications) разработаны требования к параметрам сети для двух классов качества услуг и трех категорий приложений (см. таблицу 9.2).

Т а б л и ц а 9.2 – Требования к параметрам качества услуг

Класс качества услуг	Параметры сети	Интерактивные услуги реального времени (VoIP)	Не интерактивные услуги реального времени (аудио/видео)	Услуги не реального времени (WEB, e-commerce)
Высшее качество		150	300	100
	Джиттер, мс	3	50	Best effort
	Потери, %	2	1	2,5
	Гарантия, %	99	99	98
Основное качество	Задержка, мс	800	600	300
	Джиттер, мс	2	100	Best effort
	Потери, %	4	5	15
	Гарантия, %	95	95	92

В целом можно констатировать, что параметры современной аппаратуры и IP-сетей в состоянии обеспечить качество передачи речи не ниже, чем ТФОП с участками спутниковой и сотовой связи. И хотя качество передачи речи в сетях IP-телефонии еще не достигло полностью уровня ТФОП, но уже вплотную к нему приблизилось.

Следует, однако, отметить, что практическое внедрение VoIP на сети Интернет при всей заманчивости этой идеи остается проблематичным с точки зрения передачи с высоким качеством. Из-за очередей и непредсказуемости соотношения нагрузки и пропускной способности в сети Интернет нет гарантии, что будут обеспечены требуемые показатели QoS. Для полностью гарантированной качественной коммерческой передачи речи и данных необходимо создавать специальные выделенные IP-сети, параметры которых, в том числе задержка и потери пакетов могут оговариваться в соглашениях об уровне обслуживания SLA (Service Level Agreement).

Операторы связи нуждаются в универсальном способе договоренности с пользователем о качестве предоставляемых услуг – методе, который бы представил для оператора качество услуг с точки зрения пользователя. Таким методом стало "соглашение об уровне обслуживания" (Service Level Agreement, SLA).

Чтобы обеспечить определенный уровень качества услуги доставки информации, необходимо решить две задачи:

- контроля производительности сети;

- выполнения специальных процедур для поддержания требуемого уровня качества услуги.

Стандартизация QoS в области IP - телефонии

В последние годы были созданы протоколы установления и маршрутизации телефонных вызовов и протоколы управления ресурсами IP-сети. Их разработка и реализация в виде стандартов зачастую велись отдельно друг от друга. Между тем, от координации этих протоколов зависит качество телефонного сервиса в сетях с пакетной коммутацией. Поэтому сеть IP-телефонии должна удовлетворять ряду дополнительных требований. Прежде всего, пользователи должны быть идентифицированы и авторизованы перед доступом к ресурсам сети, обеспечивающим телефонные услуги с гарантированным качеством. Кроме того, до телефонного соединения с вызываемой стороной должны быть известны сведения о наличии достаточных ресурсов, а за пользование сетевыми ресурсами должны быть введены корректные начисления (например, плата может взиматься только за использованное время).

Вопросами обеспечения заданного качества услуг QoS в IP-сетях занимается ряд международных организаций в области стандартизации телекоммуникаций. В настоящее время разработаны модели QoS следующими организациями и форумами:

- сектор стандартизации телекоммуникаций Международного союза электросвязи ITU-T;

- европейский институт по стандартизации телекоммуникаций ETSI;

- инженерная группа поддержки Интернет IETF (Internet Engineering Task Force);

- форум по мультимедийным коммуникациям MMCF (Multimedia Communications Forum);

- европейский институт по исследованиям и стратегическому планированию в телекоммуникациях EURESCOM (European Institute for Research and Strategic Studies in Telecommunications).

Анализ некоторых существующих моделей QoS приведен в таблице 9.3.

Т а б л и ц а 9.3

Разработчик модели QoS	QoS из конца в конец	Классы качества	Начисления за услуги	Измерение/ Менеджмент	Зависимость от особенностей услуг
ITU-T	Да	Нет	Нет	Да	Нет
ETSI	Да	Да	Нет	Да	Да
IETF	Нет	Нет	Нет	Да	Нет
MMCF	Да	Да	Нет	Да	Да
EURESCOM	Да	Нет	Нет	Да	Нет

На основании данных таблицы 9.3 можно сделать следующие выводы:

- только некоторые модели включают концепцию классов (уровней) качества (Quality Classes);

- ни одна из моделей не включает расчет начислений за оказанные услуги;

- некоторые модели ориентированы только на применение для специфических услуг.

Таким образом, в настоящее время ни одна из разработанных моделей оценки качества услуг в сетях IP-телефонии не может считаться универсальной и, следовательно, необходимы дальнейшие теоретические исследования в данной области. Совокупное использование различных существующих моделей позволяет сделать, хотя и не всеобъемлющий, но многокритериальный анализ качества услуг в реальных сетях IP-телефонии.

10 Лекция. Расчет показателей качества обслуживания в сетях передачи данных

Цель лекции: ознакомление магистрантов с задачами расчета сетей передачи данных.

Содержание:

а) расчет длительности задержек в узле коммутации пакетов;

б) расчет вероятности потерь в узле коммутации пакетов.

В качестве основных параметров качества обслуживания (QoS) в сетях ПД на базе коммутации пакетов рассчитываются задержки и потери (и в узлах сети, и сквозные).

Расчет длительности задержек в узле коммутации пакетов

Рассматривается задача расчета средней длительности задержек в узле коммутации пакетов. Термин «узел коммутации пакетов» означает здесь и концентратор (статистический мультиплексор), и узел виртуальной коммутации пакетов (сети Х.25, Frame Relay, сети ATM), и маршрутизатор (сети IP). Узел коммутации пакетов может быть представлен в виде элемента с множеством входных каналов и одним выходным каналом (концентратор) или элемента с множеством входных и выходных каналов (коммутатор/ Маршрутизатор). С использованием символики Кендалла такие сетевые элементы могут быть представлены системами массового обслуживания вида G/G/1 или G/G/n (произвольные вероятностные распределения, описывающие и входящий поток заявок (в нашем случае - пакетов или протокольных блоков), и время их обслуживания (отметим, что при анализе узлов коммутации пакетов часто используются модели с одним обслуживающим прибором, то есть системы G/G/1).

Средняя длина очереди в системе M/G/1 (пуассоновский поток пакетов на входе, произвольное распределение времени обслуживания) при бесконечном размере буфера рассчитывается по классической формуле Хинчина-Полячека:

= ρ< 1, (10.1)

где

- нагрузка системы массового обслуживания (отношение интенсивности входящего потока заявок к интенсивности их обслуживания);

- квадратичный коэффициент вариации распределения времени обслуживания;

D(t_s) - дисперсия распределения времени обслуживания;

- среднее время обслуживания протокольного блока (датаграммы, пакета, кадра, ячейки) в системе.

Для определения средней длительности задержки в системе M/G/1 воспользуемся формулой Литтла:

Тогда средняя длительность задержки определится как:

=. (10.2)

Для расчета средней длины очереди и средней длительности задержки необходимо знать значения дисперсии и математического ожидания (или коэффициента вариации) распределения времени обслуживания протокольного блока (время обслуживания пропорционально длине протокольного блока). В таблице 8.1 приведены выражения для расчета квадратичных коэффициентов вариации некоторых распределений, применяемых при оценке средней длительности задержки в сетях Интернет.

Т а б л и ц а 10.1 - Квадратичные коэффициенты вариации для некоторых распределений

Распределение	Коэффициент С
Экспоненциальное (М)	С² = 1
Эрланга	(k - порядок распределения Эрланга)
Гиперэкспоненциальное (H)	0 < S ≤ (S - параметр гиперэкспоненциального распределения для случая суммы двух экспонент)
Геометрическое (Geom)	C²= ρ_i, 0 < ρ_i<1 (ρ_i - параметр геометрического распределения)
Постоянное время обслуживания заявки (D)	С²= 0

Параметры систем вида G/G/1 с бесконечной памятью не могут быть рассчитаны точно при распределениях параметров входящих потоков, отличных от пуассоновского. Однако существует набор приближенных формул, позволяющих рассчитать очереди и задержки. Ниже приведены формулы для расчета средней длины очереди в системе G/G/1, откуда легко может быть получена средняя длительность задержки:

; (10.3)

; (10.4)

; (10.5)

где С_а и C_s - квадратичные коэффициенты распределения входящего потока протокольных блоков и времени их обслуживания, соответственно.

Из формул для оценки средних длин очередей (задержек) видно, что в знаменателе каждой формулы присутствует множитель (1 - ρ), который является полюсом уравнения.

Приближение (8.3) сводится к формуле Хинчина-Полячека, то есть является точным для системы M/G/1. Использование той или иной приближенной формулы для расчета очереди определяется тем, насколько распределение входящего потока отличается от пуассоновского, а также от нагрузки обслуживающего устройства ρ [24].

Расчет вероятности потерь в узле коммутации пакетов

Еще одним важным параметром QoS в сетях передачи данных является вероятность потерь пакетов. Имеется ряд факторов, благодаря которым пакеты не доставляются в пункт назначения.

Среди основных причин отметим искажение пакетов в процессе передачи через сеть, превышение «времени жизни» пакетов, а также отброс пакетов в узлах при отсутствии свободного места в буферном накопителе узла.

Последнее явление встречается в том случае, если накопитель имеет конечную емкость памяти. Вероятность потерь определяется как вероятность переполнения буферного накопителя.

В данном разделе рассматривается задача расчета вероятности переполнения памяти в узле, который в общем виде описывается системой массового обслуживания вида G/G/1/N. Начнем с модели простейшей системы с пуассоновским входящим потоком и экспоненциальным распределением времени обслуживания, а затем рассмотрим более общие модели системы массового обслуживания.

Система M/M/1/N. Вероятность переполнения памяти определяется на основе процессов гибели и размножения и равна:

. (10.6)

Очевидно, что при значениях ρ<< 1 для системы M/M/1/N может быть использована следующая аппроксимация:

P_loss≈ P^N^. (10.7)

Из уравнения (10.7) можно также получить необходимый размер буфера в узле, исходя из вероятности потерь. Решение уравнения относительно емкости буфера N выражается следующей формулой:

. (10.8)

Система G/G/1/N. Получение точных решений в замкнутой форме для систем такого типа при известных распределениях входящего потока и времени обслуживания, особенно при конечной емкости накопителя, сопряжено со значительными трудностями. Более эффективным является использование приближенных, но простых в применении оценок, базирующихся на квадратичных коэффициентах вариации входящего потока и времени обслуживания. Приближенная формула для оценки вероятности потерь в системе, если эти параметры распределений входящего потока и времени обслуживания известны, была предложена в середине 70-х годов прошлого столетия В.В. Липаевым и С.Ф. Яшковым и имеет следующий вид:

. (10.9)

Зная распределения входящего потока и времени обслуживания и, таким образом, получив значения квадратичных коэффициентов вариации, можно рассчитать вероятность потерь в довольно сложной системе. Конечно, следует учитывать, что эти оценки будут приближенными, но можно всегда оценить погрешность вычислений, проведя имитационное моделирование выбранной системы, например, с использованием системы ns2.

11 Лекция. Качество обслуживания в сетях подвижной связи

Цель лекции: ознакомить студентов с основными вопросами качества обслуживания в сетях подвижной связи

Содержание:

а) основные понятия качества обслуживания в СПС;

б) особенности СПС с точки зрения качества обслуживания;

в) инструментальные средства для оценки QoS.

Качество обслуживания в СПС

Показателям качества обслуживания трафика речи в СПС свойственны особенности, которые объясняются двумя основными причинами. Во-первых, СПС, строго говоря, не представляет собой самостоятельную сеть связи. Она, в значительной мере, использует ресурсы фиксированной ТФОП. Во-вторых, мобильность терминала, присущая СПС, требует учитывать ряд аспектов, которые не были существенны для фиксированной ТФОП и не рассматривались специалистами по качеству обслуживания [6].

На рисунке 11.1 приведена модель телекоммуникационной системы, адаптированная к изучаемому объекту - сети подвижной связи.

Центры коммутации мобильной связи MSC включаются на зоновом уровне и взаимодействуют с местными коммутационными станциями фиксированной телефонной сети и с АМТС фиксированной телефонной сети, включенными на зоновом уровне. Для организации междугородной и международной связи используются также транзитные междугородные/международные узлы связи.

Рисунок 11.1 - Модель телекоммуникационной системы, адаптированная к СПС

Поэтому средства поддержки услуг целесообразно разделить на две группы. Первая группа представляет собой те средства поддержки услуг, которые используются в ТФОП и доступны также абонентам СПС. Ко второй группе относятся те средства поддержки услуг, которые создаются только для обслуживания абонентов СПС.

Упомянутые особенности систем связи с подвижными объектами усложняют (иногда - очень заметно) нормирование показателей качества обслуживания и анализ ряда важных характеристик функционирования СПС. Поэтому проблемы, касающиеся качества обслуживания в СПС, сложнее аналогичных задач в ТФОП. Это иллюстрируют таблицы 1 и 2, содержащие примеры показателей качества СПС по изложенным в предыдущем разделе критериям.

Т а б л и ц а 11.1 - Технические показатели качества для телефонии в СПС

Услуга	Критерии качества	Показатель качества
Телефония	Доступ к обслуживанию	Доступность услуги
	Доступ к обслуживанию	Время установления соединения
	Полноценность обслуживания	Качество передачи речи
	Непрерывность обслуживания	Доля успешных вызовов

Т а б л и ц а 11.2 - Технические показатели качества для услуг SMS

Услуга	Критерии качества	Показатели качества
SMS	Доступ к обслуживанию	Доступность SMS-услуги
	Доступ к обслуживанию	Время задержки доступа
	Полноценность обслуживания	Время доставки SMS между пользователями
	Непрерывность обслуживания	Доля успешно выполненных передач SMS в сети

Безусловно, мобильность терминала существенно усложняет обеспечение заданных показателей качества обслуживания. Можно привести внушительный перечень факторов, способных снизить качество связи в СПС по сравнению с ТФОП. В следующем разделе мы остановимся только на трех из них. Сети IP подвижной связи предлагают огромный потенциал для новейших услуг, но в тоже время это самая сложная среда для достижения высоких показателей QoS.

Для предоставления приложений и услуг на базе протоколов IP операторы сетей подвижной связи должны разработать сети радиосвязи на базе IP, используя технологии радио доступа и базовые сети с коммутацией пакетов. Сети IP проводной связи и подвижной радиосвязи - это два фундаментально разных типа сетей, и для них требуются разные стратегии для обеспечения QoS. Чтобы достигнуть QoS для сквозного соединения, должен быть учтен участок между проводной и беспроводной сетью.

Сети радио доступа имеют ограниченную пропускную способность, которая должна быть разделена между пользователями. Наряду с обеспечением мобильности пользователей, это приводит к чрезвычайно изменчивым уровням качества. Методы обеспечения QoS для подвижной связи должны гарантировать справедливый доступ к ограниченной полосе частот радио сигналов и использовать метод управления мобильностью для оптимизации передачи данных IP по сети подвижной связи. В IP-сетях на линиях проводной связи механизмы обеспечения QoS имеют дело, в основном, с готовностью полосы пропускания и обработкой трафика по приоритетам при обслуживании случайного трафика с часто повторяющимися пачками данных.

К параметрам QoS сети подвижной связи относятся качество сеанса и время отклика сети, а также общая готовность услуги и сети.

Качество сеанса оценивается по:

- величине фазового дрожания, т.е. изменению задержки в сети

- пропускной способности, т.е. скорости, с которой пакеты данных могут передаваться без потери .

Время отклика оценивается по:

- времени передачи при двойном прохождении (RTT), т.е. промежутка времени от момента передачи пакета до момента приема подтверждения;

- времени задержки однонаправленного сквозного соединения, также называемой временем запаздывания (latency) ;

- пропускной способности .

Готовность и надежность оценивается по:

- возможности получения доступа к ресурсам сети или (коэффициенту использования)

- результатам контроля уровня обслуживания 24/7 .

Основываясь на контрольных результатах для этих параметров, можно спроектировать QoS в сети и использовать в качестве эталона во время эксплуатации для получения реальных рабочих показателей сети. В сетях подвижной связи критичным фактором для всех параметров будет радио звено и мобильность пользователей.

Чтобы обеспечить QoS для сквозного соединения, требуются гарантированные уровни обслуживания в пунктах доступа и на магистральной линии.

12 Лекция. Качество услуг мобильной связи

Цель лекции: ознакомление студентов с задачами определения качества услуг мобильной связи.

Содержание:

а) показатели качества телефонии;

б) показатели качества услуг передачи коротких сообщений;

в) показатели качества услуг передачи мультимедийных сообщений.

В сетях подвижной связи вопросы оценки качества обслуживания рассматриваются несколько иначе, чем в ТФОП. Разумеется, есть естественные ограничения зоны приема радиосигнала от движущегося абонента СПС и к нему, но проблемы качества обслуживания в мобильной связи этим не ограничиваются.

Согласно определению, данному в рекомендации ITU-T E.800, под качеством услуг мобильной связи QoS понимается суммарный эффект ряда параметров обслуживания, который определяет степень удовлетворения пользователя предоставленным обслуживанием.

В Казахстане к сетям мобильной связи разработан документ СТ РК 1784-2008 «Мобильная телекоммуникационная связь. Параметры и показатели качества услуг сотовой связи». Документ устанавливает единые нормы на показатели/параметры качества основных и дополнительных услуг сетей мобильной связи вне зависимости от стандарта мобильной связи, в котором предоставляются услуги.

Рассмотрим показатели качества услуг телефонии [5].

Критерий доступа к услуге телефонии характеризуется показателями доступности услуги телефонии и времени установления телефонного соединения.

Доступности услуги телефонии, Service Accessibility Telephony (SA-T), представляет собой вероятность того, что конечный пользователь по запросу может получить доступ к службе подвижной телефонной связи, который ему предлагается посредством отображения индикатора сети на дисплее устройства подвижной сети. Подобный показатель определен Рекомендацией Е.800 МСЭ-Т для сетей стационарной связи и представляет вероятность того, что по запросу пользователя услуга может быть обеспечена в пределах определенных допусков и при других заданных эксплуатационных условиях.

Полноту услуг определяет показатель качества передачи речи, Speech Quality (SpQ), который представляет собой количественную меру передачи речи между пользователями в сети подвижной связи в среднем на один вызов.

Непрерывность услуг определяется долей успешных вызовов в сети с коммутацией каналов, Call Completion Ratio circuit switched (CCR-CS). Количественно этот параметр может быть выражен показателем, представляющим собой вероятность того, что полученная в результате завершенного соединения услуга будет и дальше обеспечиваться при заданных условиях в течении нужной продолжительности времени. В роли дополнительного показателя качества услуг телефонии, определяющего непрерывность предоставляемых услуг, может быть использован параметр относительное число невыполненных соединений (вызовов) в сети с коммутацией каналов, Call Non Completion Ratio circuit switched (CNCR-CS).

Рассмотрим показатели качества услуг передачи коротких сообщений. Критерий доступа к услуге характеризуется показателями доступности услуги SMS и временем задержки доступа [5].

Доступности услуги SMS, Service Accessibility SMS MO (SA SMS MO). Данный показатель представляет собой вероятность того, что конечный пользователь по запросу может получить доступ к услуге передачи коротких сообщений, который ему предлагается после отображения индикатора сети на дисплее абонентского терминала подвижной связи. В роли дополнительного показателя качества передачи коротких сообщений в сети подвижной связи может быть использован параметр недоступность услуги SMS, Service Non-Accessibility SMS MO (SNA SMS MO).

Время задержки доступа, Access Delay SMS MO (AD SMS MO). Данный показатель представляет собой временной интервал между временем отправки короткого сообщения в центр передачи коротких сообщений и временем подтверждения от центра передачи коротких сообщений.

Время передачи SMS между конечными пользователями, End-to-end Delivery Time SMS (DT SMS MO), определяет полноту услуг. Данный показатель представляет собой интервал времени между отправкой короткого сообщения в центр передачи коротких сообщений и получением этого короткого сообщения на другом конце линии связи потребителем. Предполагается, что адресат готов принять SMS.

Относительное число выполненных передач SMS в сети с коммутацией каналов, Completion Rate SMS circuit switched (CR SMS CS), характеризует непрерывность услуг. Количественно этот показатель представляет собой вероятность того, что короткое сообщение SMS будет доставлено по месту назначения при заданных условиях. Предполагается, что адресат готов принять SMS.

Рассмотрим показатели качества услуг передачи мультимедийных сообщений.

Доступ к услуге характеризует относительное число неудачно переданных мультимедийных сообщений, время передачи сообщения, относительное число неудачных выборок мультимедийных сообщений, время выборки ММS-сообщений и время доставки сообщения.

Относительное число неудачно переданных мультимедийных сообщений, MMS Send Failure Ratio (MSFR(MO)). Данный показатель представляет собой вероятность того, что конечный пользователь не может передать MMS, хотя запрашивает доступ к услуге путем нажатия кнопки «Передача» абонентского терминала.

Время передачи сообщения, MMS Send Time MO. Доступ конечного пользователя к услуге MMS предлагается посредством появления индикатора требуемой сети на дисплее абонентского терминального устройства. Количественно этот показатель представляет собой временной интервал между временем нажатия кнопки «Передача» после редактирования MMS-сообщения до окончания его передачи.

Относительное число неудачных выборок мультимедийных сообщений, выраженное в процентах, MMS Retrieval Failure Ratio MT. Данный показатель представляет собой вероятность того, что MMS-сообщение не может быть загружено в мобильный абонентский терминал, который принял уведомление об MMS-сообщении.

Время выборки MMS-сообщения, MMS Retrieval Time MT. Прием MMS-сообщения осуществляется следующим образом: отправленной абонентом сети сообщение пересылается на мобильный терминал конечного пользователя.

Время доставки сообщения, MMS Delivery Time MТ, временной интервал мажду включением WGR и окончанием загрузки MMS в мобильный терминал конечного пользователя.

Полноту услуги характеризует время доставки MMS между конечными пользователями, MMS End-to-end Delivery Time MO/MT (MEDT/MO-MT). Доступ конечного пользователя к услуге MMS предлагается посредством появления индикатора требуемой сети на дисплее абонентского терминального устройства.

Относительное число неудачно доставленных уведомлений о мультимедийных сообщениях, выраженное в процентах, MMS Notification Failure Ratio (MNFR (MO)). Количественно этот показатель представляет собой вероятность того, что при обмене мультимедийными сообщениями невозможно доставить уведомление об MMS-сообщении на мобильный терминал адресата (получателя).

Время задержки уведомления об MMS-сообщении, выраженное в секундах, MMS Notification Delay (MND). Данный показатель представляет собой временной интервал между временем поступления мультимедийного сообщения в центр передачи MMSC и временем приема извещения об MMS-сообщении на мобильном терминале адресата.

Относительное число неудачно переданных MMS-сообщений между конечными пользователями, MMS End-to-end Failure Ratio (MEFR). Количественно этот показатель представляет собой вероятность того, что служба обмена мультимедийными сообщениями не может доставить MMS-сообщение после того, как была нажата кнопка «передача» или абонентский терминал не получил уведомления от центра передачи MMSC, подтверждающего успешную передачу MMS.

Все показатели качества рассчитываются по результатам проведения оценочных испытаний и нормируются.

··Значение общего суммарного числа контрольных вызовов за все сеансы испытаний N рассчитывается для каждого направления связи, указанного в программе испытаний. Результат расчета заносится в таблицу результатов обработки данных испытаний.

Доля неуспешных вызовов Р_о оценивается по данным испытаний числа успешных и неуспешных вызовов, создаваемых абонентами сети мобильной связи в направлении абонентов сети мобильной связи и абонентов ТФОП.

Значение этого показателя, выраженное в процентах, определяется по формуле

P₀ = (Q/N)· 100% ,

(12.1)

где Q - общее суммарное число неуспешных контрольных вызовов за все сеансы испытаний.

Значение Q определяется по методике измерений для каждого направления связи, указанного в программе испытаний. Результат расчета заносится в таблицу результатов обработки данных испытаний.

Доля вызовов с преждевременным разъединением установленного соединения Р_р оценивается по данным испытаний числа успешных вызовов и вызовов с преждевременным разъединением, создаваемых абонентами сети мобильной связи в направлении абонентов сети мобильной связи и абонентов ТФОП.

Значение этого показателя, выраженное в процентах, определяется по формуле

P_p =(R/N) · 100% ,

(12.2)

где R - общее суммарное число контрольных вызовов с преждевременным разъединением за все сеансы испытаний. Значение R определяется по методике измерений для каждого направления связи, указанного в программе испытаний. Результат расчета заносится в таблицу результатов обработки данных испытаний.

Доля вызовов, не удовлетворяющих нормативам по качеству передачи речи, - R_п оценивается по данным испытаний числа вызовов с удовлетворительным и неудовлетворительным качеством передачи речи, создаваемых абонентами сети мобильной связи в направлении абонентов сети мобильной связи и абонентов ТФОП.

Значение показателя, выраженное в процентах, определяется по формуле

R_n =(N_np/N) · 100% ,

(12.3)

где N_n_р - общее суммарное число контрольных вызовов, не удовлетворяющих нормативам по качеству передачи речи, за все сеансы испытаний.

Результат расчета заносится в таблицу результатов обработки данных испытаний.

Доля вызовов, не удовлетворяющих нормативам по величине времени задержки сигнала ответа, - Q_3C0 оценивается по данным испытаний числа вызовов с удовлетворительным и неудовлетворительным временем задержки сигнала ответа, создаваемых абонентами сети мобильной связи в направлении абонентов сети мобильной связи и абонентов ТФОП.

Значение показателя, выраженное в процентах, определяется по формуле

Q_ЗСО=(N_ЗВ/N)·100% ,

(12.4)

где N_3B - общее суммарное число контрольных вызовов, не удовлетворяющих нормативам по величине времени задержки вызова, за все сеансы испытаний.

Результат расчета заносится в таблицу результатов обработки данных испытаний.

Коэффициент восстановления связи – Р_вс рассчитывается как отношение числа заявок на восстановление связи, выполненных в нормативные сроки, к общему числу выполненных заявок на восстановление связи по формуле

P_ВС=(N_КВ/N_В)·100% ,

(12.5)

где N_КВ - количество заявок, выполненных в контрольные сроки; N_B - обшее количество выполненных заявок.

Доля неправильно тарифицированных соединений - Рн_т , выраженное в процентах, определяется по формуле

P_НТ=(N_НТ/N_С)·100% ,

(12.6)

где N_нт - количество неправильно тарифицированных соединений; N_с - общее количество счетов.

Показатель удовлетворенности организационными аспектами обслуживания определяется по формуле

P_{орг.жалоб}=(N_{орг.жалоб}/N_{аб.сети})·100% ,

(12.7)

где N_{орг.жалоб} - количество жалоб на организационные аспекты обслуживания; N_{аб.сети} - количество абонентов в сети, зарегистрированных к моменту произведения расчета.

Показатель удовлетворенности техническими аспектами обслуживания определяется по формуле

P_{тех.жалоб} =(N_{тех.жалоб}/N_{аб.сети})·100% ,

(12.8)

где. N_{тех.жалоб} - количество жалоб на технические аспекты обслуживания; N_{аб.сети} - количество абонентов в сети, зарегистрированных к моменту произведения расчета.

13 Лекция. Качество обслуживания в мультисервисных сетях

Цель лекции: ознакомить с основными характеристиками, классами и функциями качества обслуживания (QoS).

Содержание:

а) функции качества обслуживания;

б) дифференцированное обслуживание;

в) гарантированное обслуживание (guaranteed service);

г) характеристики производительности сетевого соединения.

Одним из основных аспектов, который должен приниматься во внимание при проектировании мультисервисных сетей, является обеспечение качества обслуживания. Специфика пакетных сетей состоит в том, что, в отличие от сетей с коммутацией каналов, в одном и том же информационном потоке может передаваться разнородный трафик. При этом каждый из типов трафика характеризуется рядом критичных и некритичных параметров. Для передачи голосового трафика через пакетные сети вводится понятие классов обслуживания, позволяющих оценить качество предоставления услуги в пакетной сети. Определение качества обслуживания в настоящий момент является субъективным и базируется на методе экспертных оценок, т.е. априори невозможно абсолютно гарантировать, что при проектировании сети будут заложены сетевые характеристики, позволяющие однозначно обеспечить требуемое качество [7].

Рассмотрим современную концепцию качества обслуживания в сетях связи.

Начнем с пояснения основных терминов, часть из которых широко

используется в рекомендациях и международных документах, посвященных вопросам предоставления телекоммуникационных услуг, а также в специальной литературе.

Инфокоммуникационная услуга / приложение (далее - услуга) -возможность удовлетворить потребность человека в автоматизированной обработке, хранении или предоставлении по запросу информации различного рода с использованием средств вычислительной техники как на входящем, так и на исходящем конце соединения. Примерами услуги/приложения могут служить электронная почта (e-mail), приложение для удаленного доступа типа Telnet, услуга конференции в реальном времени (веб-чат, мгновенный обмен сообщениями), услуга индивидуального просмотра видеофильма по запросу (video-on-demand) и др.

Служба - совокупность организационно-технических мер, позволяющих предоставить услугу.

Сеть связи - совокупность ресурсов (оборудования, программных средств, данных), обеспечивающая реализацию служб.

Качество связи - степень соответствия предоставляемых услуг связи потребностям и ожиданиям пользователя, заказавшего и оплатившего эту услугу.

Одними из наиболее актуальных вопросов при предоставлении услуг связи являются вопросы качества обслуживания. Высокий уровень качества важен как для пользователя, так и для поставщика услуг, при этом принципиальным является гарантированность качества предоставляемых услуг, когда пользователь имеет возможность выбирать требуемый ему уровень обслуживания, а поставщик услуг принимает на себя обязательства этот уровень обеспечить.

Оценка качества в сети следующего поколения производится на трех уровнях:

- на уровне пользователя оцениваются показатели субъективного мнения человека, например субъективная оценка качества восприятия отдельного вида информации;

- на уровне услуг оцениваются различные аспекты качества услуги, такие как скорость передачи данных, механизмы кодирования и многое другое;

- на транспортном уровне оценивается качество функционирования сети: задержки, потери, вариация задержки и т. д.

На каждом уровне определены соответствующие параметры оценки качества: показатели качества восприятия (Quality of Experience, QoE) на уровне пользователя, показатели качества обслуживания (Quality of Service, QoS) на уровне услуг и показатели качества функционирования сети (Network Performance, NP) на транспортном уровне. На рисунке 13.1 показана трехуровневая модель оценки качества и соответствующие параметры оценки.

Уровень

пользователя

Качество

восприятия

(QoE)

Уровень

услуг

Качество

обслуживания

(QoS)

Транспортный

уровень

Качество

функционирования

сети (NP)

Рисунок 13.1 – Трехуровневая модель оценки качества

Качество восприятия определяется как общая приемлемость услуги или приложения с точки зрения конечного пользователя. Влияние на оценку пользователя может оказывать как эффективность функционирования всех элементов системы, включая терминалы, сеть, клиентское оборудование, инфраструктуру сервисов, так и субъективные факторы, такие как ожидание пользователя, связанные с предоставляемой ему услугой, и контекст применения, а также параметры его зрения и слуха. Пользователь интуитивно оценивает качество данной услуги, сравнивая его с качеством подобных услуг других операторов

Качество обслуживания согласно Рекомендации Е.800 представляет собой «суммарный эффект показателей качества услуги, который определяет степень удовлетворенности пользователя услуги». Показатели QoS специфицируют характеристики и свойства конкретных приложений, однако требования для различных приложений могут отличаться.

Качество функционирования сети согласно Рекомендации I.350 измеряется посредством параметров, которые рассматриваются оператором связи и используются при разработке, конфигурации, эксплуатации и техническом обслуживании сети. Такие показатели определяются независимо от производительности оконечного оборудования и действий пользователя, но зависят от используемой сетевой технологии. Для каждой сетевой технологии определяется система уровней качества обслуживания, описываемых с помощью наборов требований, которые носят название классов QoS этой технологии. Разработаны сетевые классы QoS для протоколов IP, ATM (Asynchronous Transfer Mode), Frame Relay и т. д.

Концепции QoE, QoS и NP оценивают качество на разных уровнях и с различных точек зрения. Параметры качества восприятия носят в большей степени субъективный характер и зависят от действий и желаний пользователя. Для оператора сети наибольший интерес представляют параметры NP, детализирующие аспекты QoS и представляющие собой проекцию общих требований к функционированию системы на уровень сети и отдельные сетевые технологии. Параметры качества функционирования сети могут быть определены, измерены или вычислены, а также контролируемы оператором.

Параметры качества обслуживания определяются с учетом влияния всех компонентов и участков сети, в том числе с учетом влияния сетей различных операторов, поэтому под термином QoS подразумевается прежде всего сквозное качество, или качество «из конца в конец».

Параметры качества функционирования сети могут определяться как для всей сети, так и для отдельных ее участков и объектов, например: качество функционирования транспортной сети, абонентского участка сети и т. д.

Взаимосвязь между показателями QoS и NP может определяться

эмпирическим путем, если для этого не существует аналитической методики. Знание взаимосвязи между показателями QoS и NP позволяет, с одной стороны, по измеренным значениям параметров NP предсказать значения параметров QoS или, с другой стороны, по целевым значениям параметров QoS определить требуемые для их поддержания значения параметров NP.

Т а б л и ц а 13.1 - Общая характеристика концепций QoE, QoS и NP

Хар-ка	Уровень NGN	Краткое описание	Примеры показателей
QoE	Уровень пользователя	Общая приемлемость услуги с точки зрения конечного пользователя	Субъективная оценка качества восприятия отдельного вида информации (например, громкость, разборчивость при передаче речи) по 5-балльной шкале MOS (Mean Opinion Score)
QoS	Уровень услуг	Суммарный эффект показателей производительности услуги, который определяет степень удовлетворенности пользователя услугой	Скорость передачи данных, скорость механизмов кодирования, доступность обслуживания
NP	Транспортный уровень	Характеристика работы сети, измеряемая посредством параметров, рассматриваемых оператором и используемых для проектирования, настройки и эксплуатации сети	Односторонняя задержка передачи по сети, коэффициент потери пакетов

Для удовлетворения требований международных стандартов и рекомендаций и для поддержания конкурентоспособности услуг в МСС необходимо учитывать потребности пользователя в услугах c определенным уровнем качества. В связи с этим при расчете и проектировании мультисервисных сетей связи целесообразно использовать второй подход и при определении показателей NP отталкиваться от нормированных значений показателей QoS.

В рамках работ ITU-T по стандартизации качества обслуживания в IP-ориентированных сетях предполагаются следующие этапы решения задачи обеспечения QoS для мультисервисной сети, построенной на базе IP-ориентированных протоколов:

- создание согласованного общего набора рабочих характеристик сетей IP и норм для этого набора характеристик;

- внедрение сетевых механизмов, которые будут обеспечивать заданные показатели качества обслуживания в конфигурации «терминал-терминал»;

- вложение нормированных значений показателей качества обслуживания в протоколы сигнализации;

- разработка архитектуры сетевых механизмов поддержки.

14 лекция. Характеристики качества функционирования сети

Цель лекции: ознакомление студентов с характеристиками качества функционирования сети.

Содержание:

- методика измерения параметров NP на уровне IP;

- основные показатели NP транспортной сети;

- требования, предъявляемые к средствам доставки информации;

- требования к качеству обслуживания типовых услуг мультисервисной сети.

Методика измерения параметров NP на уровне IP

Задачей транспортной сети является прозрачная передача информации - как пользовательской, так и управляющей. Основными технологиями построения транспортных сетей NGN являются IP/MPLS (Multiprotocol Label Switching) и ATM, причем технология ATM, как правило, используется на канальном уровне в качестве транспорта для IP. Измерения и параметры качества функционирования на уровне IP позволяют определить эталонные величины для требований к сети, которые не зависят от основных технологий передачи данных и подходят для использования при сквозной оценке качества. Поэтому мы ограничимся рассмотрением характеристик качества функционирования сети на уровне IP.

Существует два основных подхода к измерению качества функционирования сети - активное (active, intrusive) и пассивное (passive, non-intrusive). Активное измерение производится с помощью тестового потока в условиях обычного функционирования сети. Такой тип измерения позволяет детально выделить характеристики NP, например, время односторонней задержки, влияние размера блока данных и т. д., однако активное измерение вносит дополнительную нагрузку на сеть.

Пассивное измерение производится с помощью сбора информации в узлах сети (маршрутизаторах уровня IP, коммутаторах ATM и Ethernet) с использованием базового протокола управления сетью (Simple Network

Management Protocol, SNMP) и других технологий. Метод не вносит дополнительной нагрузки на сеть и позволяет производить измерения для каждого устройства или звена сети, однако измерения могут быть ограничены в рамках одного домена или сети в связи с использованием разных протоколов.

Основные показатели NP транспортной сети

Показатели качества функционирования сети подразделяются на четыре основные категории:

1) Задержка передачи в базовом сегменте сети.

К этой категории относятся два показателя NP уровня IP для версии протокола IPv4: задержка передачи (или переноса) IP пакетов (IP packet transfer delay, IPTD) и вариация задержки IP пакетов, или джиттер задержки (IP packet delay variation, IPDV).

2) Ошибки и потери передачи в базовом сегменте сети.

Основными показателями NP в этой категории являются доля потерянных IP пакетов, или коэффициент потери IP пакетов (IP packet loss ratio, IPLR), и доля искаженных IP пакетов, или коэффициент ошибок IP пакетов (IP packet error ratio, IPER).

3) Готовность базового сегмента сети.

Готовность - свойство объекта быть в состоянии выполнять требуемую функцию при заданных условиях в данный момент времени или в течение заданного интервала времени при условии обеспечения необходимыми внешними ресурсами. Готовность является ключевым показателем, определяющим качество функционирования сети. Основой для определения показателя готовности сети на уровне IP служит параметр IPLR - доля потерянных IP пакетов, или коэффициент потерь IP пакетов.

4) Пропускная способность базового сегмента сети.

Полезно иметь возможность охарактеризовать качество

функционирования сети с помощью показателей, связанных с понятием пропускной способности. При введении таких показателей необходимо учитывать, что на пропускную способность сети на уровне IP оказывают влияние протоколы вышележащих уровней, например протокол управления передачей (Transmission Control Protocol, TCP). Можно рассматривать такие показатели, характеризующие ширину полосы пропускания, как пропускная способность звена/канала (capacity of a link/path), коэффициент использования звена (link utilization), доступная ширина полосы пропускания звена (available bandwidth of a link), достижимая ШПП канала (achievable bandwidth on a path). Однако работа МСЭ-Т над определением показателей данной категории пока не завершена.

Требования, предъявляемые к средствам доставки информации

Мультисервисная сеть обслуживает трафик всех видов служб. Предъявлять одинаковые требования к показателям качества доставки информации для всех видов служб не представляется разумным по техническим и экономическим соображениям. Поэтому в рекомендации ITU-T Y.1541 [3] выделено шесть классов, различающихся величинами показателей качества доставки. В таблице 14.1 приведены значения показателей качества доставки информации для всех шести классов. Эти значения определяются для таких показателей: IPTD – задержка переноса IP пакетов, IPDV – вариация задержки IP пакетов, IPLR – доля потерянных IP пакетов, IREP – доля искаженных IP пакетов. Символ "U" (первая буква в слове "Unspecified") указывает на то, что показатель для данного класса обслуживания не нормируется.

При большом времени распространения сигналов могут возникать сложности с соблюдением норм на среднее значение времени задержки IP пакетов для классов "0" и "2". Величины IPTD определены для максимальной длины информационного поля пакета 1500 байтов.

Т а б л и ц а 14.1 - Показатели качества доставки информации

Класс качества доставки	IPTD	IPDV	IPLR	IREP
0 (приоритет 1)	100 мс.	50 мс.	10^-3	10^-4
1 (приоритет 1)	400 мс.	50 мс.	10^-3
2 (приоритет 2)	100 мс.	U	10^-3
3 (приоритет 2)	400 мс.	U	10^-3
4 (приоритет 3)	1 с.	U	10^-3
5 (приоритет 3)	U	U	U	U

Величина IPDV определяется разницей между верхней границей, в качестве которой рекомендуется 99,9% квантиль (долей), и нижней границей задержки, измеренной в течение интервала оценки. В качестве длительности этого интервала предлагается выбирать одну минуту.

Класс обслуживания "0" предназначен для обмена информацией в реальном времени (в частности, для речи с использованием IP технологии). Он предусматривает создание отдельной очереди с приоритетной обработкой пакетов. Для класса обслуживания "0" характерны ограничения на принципы маршрутизации (максимальное число транзитов) и допустимое расстояние между взаимодействующими терминалами (время распространения сигналов).

Интерактивность (вероятность использования диалогового режима) для класса "0" определяется как "высокая" – high. Класс обслуживания "0" может использоваться, например, для телефонной связи высокого качества (perfectly). Естественно, что тарифы за подобные услуги будут максимальными.

Класс обслуживания "1" также предназначен для обмена информацией в реальном времени, но с менее жесткими требованиями. Поэтому накладываются менее существенные ограничения на принципы маршрутизации и время распространения сигналов, чем для класса "0". Также предусматривается создание отдельной очереди с приоритетной обработкой пакетов. Класс обслуживания "1" обеспечивает хорошее (good) качество телефонной связи.

Класс обслуживания "2" ориентирован на обмен данными с высокой степенью интерактивности. К этому классу относится, в частности, сигнальная информация. Для класса обслуживания "2" характерны такие же ограничения на принципы маршрутизации и время распространения сигналов, как для класса "0". Для пакетов этого класса формируется своя очередь на обработку, которая осуществляется со вторым приоритетом. Это означает, что пакеты классов "0" и "1" имеют преимущество по обслуживанию, по сравнению с пакетами других классов.

Классу обслуживания "3", предназначенному для обмена с менее высоким уровнем интерактивности, присущи те же ограничения на принципы маршрутизации и время распространения сигналов, что и классу "1". Обслуживание пакетов этого класса должно осуществляться со вторым приоритетом. Этот класс считается приемлемым для интерактивного обмена данными.

Класс обслуживания "4" предназначен для обмена различной информацией с низкой вероятностью потери (короткие транзакции, потоковое видео и прочие). Допускаются длинные очереди пакетов на обработку, которая осуществляется со вторым приоритетом. Никакие ограничения на маршрутизацию и время доставки сообщений не накладываются.

Класс обслуживания "5" ориентирован на те IP приложения, которые не требуют высоких показателей качества доставки информации. Соответствующие пакеты формируют отдельную очередь; обслуживание осуществляется с самым низким приоритетом (в данном случае он имеет третий номер). Никакие ограничения на маршрутизацию и время доставки сообщений не накладываются. Типичным примером услуг, поддерживаемых с классом обслуживания "5", можно считать "электронную почту".

Требования к качеству обслуживания типовых услуг мультисервисной сети

Требования к параметрам качества функционирования сети

определяются требованиями к качеству обслуживания при предоставлении той или иной инфокоммуникационной услуги. Услуги мультисервисной сети связи подразделяются на три основные категории по общему характеру требований к QoS:

- услуги передачи речи (например, телефония);

- услуги передачи видео (например, IP-телевидение);

- услуги передачи данных (например, предоставление доступа в Интернет).

Услуги передачи речи

Предоставление услуг передачи речи в сетях IP явилось первым шагом на пути конвергенции в сфере инфокоммуникаций и развивается на протяжении более чем пяти лет. Работа над стандартами качества при предоставлении таких услуг в целом ряде международных и национальных организаций по стандартизации продвинулась весьма далеко.

Среди услуг по передаче речи выделяют три основные группы:

- телефония;

- голосовые сообщения;

- потоковая речь.

15 лекция (продолжение лекции 14)

Цель лекции: ознакомление студентов с качеством обслуживания передачи видео и данных.

Содержание:

а) услуги передачи видео;

б) услуги передачи данных.

На качество обслуживания при передаче речи значительное влияние оказывает односторонняя задержка передачи по сети. Результатом влияния этого параметра являются два эффекта: возникновение эхо и нарушение динамики разговора. Первый эффект становится заметен при значении величины задержки выше нескольких десятков миллисекунд, что делает механизмы, ограничивающие эффект эхо, обязательными для оборудования IP-телефонии. Второй - когда величина задержки превышает сотни миллисекунд. Для голосовой связи рекомендована задержка не более 150 мс.

К кратковременным вариациям задержки человеческое ухо малочувствительно. В зависимости от типа кодека не воспринимается вариация задержки в пределах 15-50 мс. На практике для всех голосовых услуг вариация задержки компенсируется посредством использования буфера для сглаживания фазового дрожания.

Поскольку голосовые пакеты не передаются повторно, при их потере или искажении качество восприятия речи на принимающей стороне может заметно ухудшаться. Частые потери голосовых пакетов могут привести к ухудшению разборчивости речи и полной невозможности общения. Искажения при потере пакетов зависят от типов применяемых кодеков. При телефонии хорошего качества допустимый уровень потерь пакетов не должен превышать 1%.

Для услуги передачи голосовых сообщений требования к уровню потери информации такие же, как для телефонии. Ключевое различие между указанными услугами состоит в том, что при передаче голосовых сообщений параметр задержки не оказывает настолько сильного влияния. Значение имеет только задержка между запросом пользователя на прослушивание нового голосового сообщения и тем моментом, когда он услышит начало сообщения. Для услуг голосовой телефонии считается приемлемой величина задержки до нескольких секунд.

Требования к задержке при передаче потоковой речи (например, для услуги радио через Интернет) могут быть ослаблены в связи с односторонней передачей. Однако к потерям предъявляются более жесткие требования, чем для телефонии.

Услуги передачи видео

Предоставление услуги передачи видео на основе IP-сетей -сравнительно молодое, хотя и очень перспективное направление развития

отрасли. На сегодняшний день для передачи видео нет согласованных стандартов, регламентирующих качество предоставления таких услуг.

Среди видеоуслуг выделяют две основные категории:

- интерактивное видео (например, видеоконференции);

- потоковое видео (например, IPTV).

Интерактивное видео подразумевает двусторонний обмен как видео-, так и аудиоинформацией. В связи с этим требования к характеристикам качества обслуживания и качества функционирования сети для интерактивного видео такие же, как для голосовой телефонии. Из-за односторонней задержки передачи по сети возникают эффекты эха и нарушения динамики. Кроме того, при передаче трафика интерактивного видео возникает дополнительное требование синхронизации видео- и аудиоинформации.

Человеческий глаз нечувствителен к небольшой потере информации, поэтому допустим невысокий уровень потерь, который зависит от особенностей видеокодека и способов защиты от потерь информации. Для предотвращения значительных потерь рекомендуется использовать механизмы, реализующие алгоритмы приоритезации трафика, например DiffServ (Differentiated Services).

Отличительной особенностью потокового видео, например IPTV, является отсутствие диалогового элемента, благодаря чему требования к задержкам могут быть снижены по сравнению с требованиями для интерактивного видео. Вариация задержки несущественна, поскольку компенсируется адаптивными буферами на стороне пользователя. При этом задержка, добавляемая буфером, может достигать 100-500 мс.

Для сохранения хорошего качества изображения требуется низкая величина потери пакетов. Для гарантии эффективного предоставления видеоуслуг по сети IP величина коэффициента потерь пакетов IP не должна превышать 10^-5.

Модель измерения качества видеоуслуг согласно показана на рисунке 15.1.

Рисунок 15.1 - Модель измерения показателей качества при предоставлении услуг передачи видео

Здесь заданы четыре точки измерений:

- A - кодер видео;

- B - уровень IP на стороне головной станции (IP-трафик);

-C- уровень IP на стороне оборудования пользователя (IP-трафик);

- D - декодер видео.

В таблице 15.1 приведены значения параметров NP при передаче видеоинформации.

Т а б л и ц а 15.1 - Значения показателей NP при передаче видео

Приложение	Степень симметрии	Скорость передачи данных, бит/с	Значения ключевых параметров
Приложение	Степень симметрии	Скорость передачи данных, бит/с	Одностор. задержка, мс	Вариация задержки, мс	Потеря пакетов, %	Доп. параметры
Интерактивное видео	Двустор.	16-384	Предпочт. < 150, допуст. < 400	-	< 1	Рассинхро-низация видео и аудио < 80 мс
Потоковое видео	Одностор.	16-384	< 10 с	-	< 1	-

Услуги передачи данных

Традиционно в сетях IP трафик передается по методу «негарантированной доставки» (best effort). Сеть старается обработать поступающий трафик как можно быстрее, но при этом не дается гарантий относительно результата. По методу best effort обслуживаются преимущественно веб-услуги, электронная почта, обмен сообщениями, передача файлов. Также популярны приложения реального времени, связанные с передачей данных, например интерактивные игры.

Для всех видов услуг по передаче данных основным требованием к качеству передачи является гарантия отсутствия потерь информации. Вариация задержки при передаче незначительно влияет на качество, тем не менее определенные ограничения на уровень синхронизации между информационными потоками мультимедийной сессии (например, аудиоинформация при просмотре широковещательной презентации) должны быть установлены. Требования к задержке при передаче отличаются для различных типов приложений. На основе требований к задержкам можно выделить следующие классы услуг по передаче данных:

1) Веб-услуги, под которыми понимается поиск и просмотр текстовых компонентов веб-страниц. Остальные компоненты, такие как изображения и видеоклипы, относятся к другим категориям в рамках данного раздела. С точки зрения пользователя основополагающим фактором качества является скорость появления страницы после запроса. Для данной категории услуг задержка менее 10 секунд считается приемлемой.

2) Класс объемных данных (файлы). Поскольку при передаче файлов пользователю предоставляется возможность просмотра информации о ходе передачи (скорости передачи, проценте полученной информации от общего размера файла и т. д.), то требования к задержке можно ослабить по сравнению с требованиями для веб-страниц.

Высокоприоритетные услуги по передаче данных, например электронная коммерция. Основные требования пользователя к данной категории услуг - немедленное начало передачи после запроса пользователя. Задержка при передаче в пределах нескольких секунд считается приемлемой.

Передача изображений различных форматов, некоторые из которых могут быть терпимы к потерям во время передачи, при передаче других потери недопустимы. Однако, учитывая тот факт, что искажение даже одного бита может вызвать видимое ухудшение качества изображения, принято считать, что в общем случае необходима гарантия отсутствия потерь информации. Требования к задержке при передаче изображений не критичные и сравнимы с требованиями при передаче файлов, поскольку изображение обычно появляется на экране пользователя по мере поступления данных, что иллюстрирует процесс передачи. Интерактивные игры, требования к параметрам качества которых в значительной степени зависят от специфики игры. В общем случае для данной категории задержки при передаче должны быть минимальными и не превышать доли секунды. Приложения для удаленного доступа типа Telnet, обеспечивающие удаленный доступ пользователя к узлам сети. Значения задержек при передаче должны быть минимальны и не превышать доли секунды, для того чтобы разница во времени между набором символов пользователем и их отображением на экране не была ощутима для пользователя.

Электронная почта. При передаче сообщений электронной почты различают процесс обмена информацией между пользователем и локальным почтовым сервером и обмен информацией между серверами. В первом случае задержки при передаче информации не должны превышать нескольких секунд. Во втором случае требования к задержкам минимальны, допустимыми считаются задержки в пределах нескольких минут или даже часов. Мгновенный обмен сообщениями, как правило, подразумевает обмен текстовой информацией, однако может также включать обмен аудио- и видеоданными. Несмотря на название данной категории, она не относится к категориям передачи данных в реальном времени, и задержки в пределах нескольких секунд считаются приемлемыми.

Список литературы

1. Закон Республики Казахстан от 5 июля 2004 года № 567-II «О связи».

2. СТ 11184-2008 «Мобильная телекоммуникационная связь. Параметры и показатели качества услуг сотовой связи».

3. Битнер В.И., Попов Г.Н. «Нормирование качества телекоммуникационных услуг» - М.: Горячая линия, 2004.

4. Клюева Т. Качество предоставления услуг телекоммуникаций в Казахстане – актуальность проблемы / Информационные телекоммуникационные сети – Алматы, 2008.

5. Бабков В.Ю. Качество услуг мобильной связи – М.: Радио и связь, 2007.

6. Гольдштейн Б.С., Соколов Н.А., Яновский Г.Г. Сети связи: Учебник для ВУЗов. - СПб.: БХВ - Петербург, 2010.

7. Телекоммуникационные системы и сети: Учебное пособие. В 3 томах. Том 3. – Мультисервисные сети / В.В. Величко, Е.А. Субботин, В.П. Шувалов, А.Ф. Ярославцев; под ред. проф. В.П. Шувалова. – М.: Горячая линия Телеком, 2005.

8. Крылов В.В., Самохвалова С.С. Теория телетрафика и ее приложения. - СПб.: БХВ - Петербург, 2005.

9. Корнышев Ю.Н., Пшеничников А.П., Харкевич А.Д. Теория телетрафика. - М.: Радио и связь, 1996.

10. Яновский Г.Г. Качество обслуживания в сетях IP// Вестник связи – 2008. – №1.

11. Качество обслуживания в телекоммуникационных сетях. Методические указания к выполнению расчетно – графических работ. – Алматы: АИЭС, 2010.

12. Фаерберг О.И., Шварцман В.О., Качество услуг связи. – М.: ИРИАС, 2005. – 152 с.

13. Артюхова Е.А. Как обеспечить Qos в телефонных сетях с коммутацией пакетов// ИКС – 2005. – № 9.

Содержание

1	Лекция Основные понятия качества обслуживания в современных сетях связи	4
2	Лекция Необходимость оценки качества телекоммуникационных услуг	8
3	Лекция Качество обслуживания вызовов в телефонной сети общего пользования (ТФОП)	12
4	Лекция Экспертная оценка качества обслуживания вызовов	16
5	Лекция Анализ моделей обеспечения качества обслуживания в IP сетях	20
6	Лекция (продолжение лекции 5)	24
7	Лекция Параметры качества работы IP сети	28
8	Лекция (продолжение лекции 7) Параметры качества работы IP сети	32
9	Лекция Нормирование параметров качества работы сети IP - телефонии	35
10	Лекция Расчет показателей качества обслуживания в сетях передачи данных	39
11	Лекция Качество обслуживания в сетях подвижной связи	43
12	Лекция Качество услуг мобильной связи	46
13	Лекция Качество обслуживания в мультисервисных сетях	51
14	Лекция Характеристики качества функционирования сети	55
15	Лекция (продолжение лекции 14)	59

Сводный план 2012 г., поз. 324