Переход на VoIP осуществляется уже на протяжении нескольких лет, и сети следующего поколения теперь реализуются исключительно в расчете на поддержку VoIP. Тем не менее еще какое-то время не удастся обходиться без преобразования между коммутацией каналов и пакетов, как того требует обеспечение взаимодействия с сетями с коммутацией каналов. Даже если передача осуществляется исключительно по IP, все равно два преобразования между цифровыми и аналоговыми сигналами придется выполнять хотя бы в конечном устройстве пользователя. Кроме того, если в сети IP используются разные кодеки, может потребоваться перекодирование между различными типами кодировки.

Цель измерения качества VoIP заключается в получении точного представления о восприятии сервиса клиентом (см. Рисунок 1) и использовании полученных данных для создания сравнительных отчетов. В отношении голосовой связи наиболее часто применяется усредненная оценка качества (Mean Option Score, MOS) в соответствии с рекомендацией ITU-T P.800. Однако значение MOS – это субъективный показатель качества звука или разговора. Объективный метод, с помощью которого можно добиться достаточного приближения к субъективной оценке, оказался бы полезнее.

Существует несколько активных и пассивных методов измерений (см. Рисунок 2), часть которых определена нормирующими инстанциями, такими как Международный телекоммуникационный союз (ITU-T), а другие разработаны поставщиками с целью усовершенствования определенных измерительных аспектов.

ПАССИВНЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ МЕТОДЫ

Пассивный контроль предполагает анализ потока голосового трафика и получение значения измеренного качества передачи. Преимущество пассивного метода, без привязки к эталону, заключается в существенно лучшем охвате всех возможных комбинаций пользовательских конечных точек. Кроме того, эти механизмы отслеживают реальные потоки данных между несколькими заданными конечными точками за относительно большие интервалы времени. Благодаря этому администратор может выявить временные проблемы, которые трудно воссоздать с помощью имитации соединений. Помимо всего прочего, механизмы пассивного контроля потребляют относительно мало ресурсов и не предполагают какого-либо взаимодействия с конечными точками.

Наиболее распространенный пассивный метод описан в e-модели директивы ITU-T G.107. Он учитывает достоинства и недостатки аналоговых и цифровых сетей, а также более двадцати различных параметров для определения фактора оценки соединения (Transmission Rating Factor, R-Factor). В число измеряемых параметров входят, к примеру, время прохождения сигнала, вариации задержки (Jitter), потеря пакетов и пики потери пакетов (Bursts). R-Factor служит для измерения качества голосового соединения в смоделированной системе передачи в узкой полосе частот; как правило, шкала измерений простирается от 0 (худший показатель) до 100 (лучший показатель). Полученный результат можно преобразовать в приблизительно соответствующее ему значение MOS (для качества слышимости или разговора), причем оно имеет неплохую корреляцию (приблизительно 0,9) с субъективными замерами MOS.

АКТИВНЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ МЕТОДЫ

Активный контроль базируется на моделируемом трафике. При этом известный тестовый сигнал передается через сеть из одной конечной точки в другую и на выходе сравнивается с изначальным сигналом (эталонное значение). С помощью этого метода администратор может, к примеру, задать и контролировать базовые линии для производительности, не опасаясь, что тестовые сигналы будут изменяться от одной тестовой последовательности к другой. Кроме того, таким способом можно проводить тестирование от точки к точке с диагностическими целями.

Активные методы измерений предполагают использование известной величины, а именно тестового сигнала, поэтому они обеспечивают лучшее соответствие (как правило, от 0,9 до 0,95) с субъективными измерениями MOS. Однако тестовые соединения потребляют дополнительные сетевые ресурсы и нуждаются в специфическом взаимодействии с конечными точками.

Наиболее распространенный метод, признанный эталонным, описан в модели перцепционной оценки качества разговоров (Perceptual Evaluation of Speech Quality, PESQ), приведенной в рекомендации ITU-T P.862. Применяемая модель на основе восприятия позволяет сравнивать изначальный необработанный сигнал с худшим сигналом, который был принят корреспондирующей точкой сети или сетевым элементом.

МЕТОДЫ ПРОВЕРКИ

Сервисным провайдерам рекомендуется всегда (при наличии соответствующей возможности) реализовывать тестовую среду, которая воспроизводила бы их сетевую среду. Это позволяет моделировать пользовательский трафик и поведение устройств, работающих с голосовыми приложениями. Речь идет об установлении соединений, проверке характеристик, измерении качества передачи голоса, а также об определении производительности при большой нагрузке и о подтверждении взаимодействия между системой и решениями различных производителей.

Тестирование свойств — важная мера достижения требуемого качества, когда необходимо обеспечить проверку внедрения и функционирования продуктов, сетей и приложений VoIP. Оно включает в себя тесты изоляции, регрессии и взаимодействия для верификации производителей, настроек и технологий. В дополнение к этому тестирование нагрузки позволяет удостовериться в правильном функционировании при высокой загруженности сети — метод предусматривает имитацию максимальной частоты звонков: массовые звонки, высокую частоту регистрации, системные атаки и другие ситуации. Поскольку тестирование осуществляется с помощью имитируемого трафика, оценка качества разговоров базируется на активных измерительных технологиях.

Тестовые решения предполагают гибкость и адаптируемость, что необходимо, с одной стороны, для охвата различных конфигураций сетей и служб, а с другой, для включения новых технологий, приложений и моделей внедрения VoIP. В качестве примера можно назвать поддержку большого разнообразия кодеков.

В общедоступных сетях с коммутацией каналов наиболее распространены два типа кодеков: кодеки формы сигнала (Waveform), наподобие G.711 или G.726, и кодеки с параметрическим кодированием (Source Codec), вроде G.723.1, G.728 или G.729. Помимо этого существуют гибридные кодеки (AMR, EVRC или G.722.2) для применения в беспроводных сетях и Интернете. Кодеки различаются по своим характеристикам при точной передаче голоса, по задержкам в результате отработки алгоритма, по требуемой производительности DSP или пропускной способности (в Кбит/с), а также по ограничениям в зависимости от типа сети. Все эти факторы принимаются во внимание сервисным провайдером при выборе кодека с учетом пропускной способности сети, затрат и ожиданий клиентов.

В одной сети с подключенными к ней другими сетями могут одновременно применяться различные типы кодеков, а значит, для построения соединения может потребоваться перекодирование. На этот случай решения для тестирования должны охватывать все разновидности кодеков и их особенности. В таких сетях магистральный медиашлюз выступает в качестве двунаправленного кроссового соединения и транскодера между TDM и RTP (см. Рисунок 3).

Если в случае проверяемого устройства (Device Under Test, DUT) речь идет о медиашлюзе, то потребуются следующие элементы: 

  • контроллер медиашлюзов (Media Gateway Controller, MGC) или эмуляция контроллера шлюзов с протоколом контроля медиашлюза, к примеру H.248;
  • эмуляция участников ТфОП, осуществляющих звонки на шлюз или принимающих звонки TDM от шлюза, с использованием DSO Bearer Channel Media (E1, T1), ISDN User Part (ISUP) через SS7 MTP или SIGTRAN согласно IETF RFC 2719;
  • эмуляция магистральных устройств IP, осуществляющих звонки на шлюз или принимающих звонки от шлюзов, посредством применения RTP/RTCP или SIP.

С помощью измерения качества VoIP администратор проверяет правильность сообщений и выясняет, насколько поведение управляющего протокола соответствует ожидаемому. Он может удостовериться, функционирует ли прямое соединение, ведущее от одного порта ТфОП и/или IP к другому, в соответствии с сигнальными командами. Кроме того, таким образом контролируется кодирование сред RTP, выбор типа кодека и полезной нагрузки, а также соответствие задержки между пакетами параметрам сигнализации.

На основании значений производительности системный администратор узнает, к примеру, о том, соблюдаются ли ожидаемые/требуемые уровни качества аудио/голоса (PESQ или MOS) и находится ли задержка между запросом и ответом в пределах допустимой нормы. Он получает сведения о времени доставки пакетов при их продвижении или маршрутизации через шлюз с преобразованием среды передачи, видит управляющие сообщения и может передавать различные типы сигналов через шлюз без отрицательного влияния на трафик.

ПРОАКТИВНЫЙ КОНТРОЛЬ

Для того чтобы своевременно предотвратить ухудшение качества сервиса, многие провайдеры делают выбор в пользу проактивного контроля сети VoIP и соответствующих служб. Это позволяет быстро идентифицировать происходящие события и выявить причину неполадок. Измерение качества сервиса может осуществляться пассивными и активными методами. Для крупных сетей рекомендуется применять пассивный контроль, а активные методы использовать только для диагностики ошибок или в процессе инсталляции систем.

Для контроля качества сервиса VoIP важными параметрами являются, к примеру, обобщенные значения измерений сигнализации звонков, такие как размер ответа (Answer Size Ratio), эффективность сети (Network Efficiency Ratio), количество попыток вызова в часы с наибольшей нагрузкой (Busy Hour Call Attempts), успешные и неудачные попытки, задержки соединения, время завершения соединения, среднестатистическое, минимальное и максимальное время ожидания сигнала соединения после набора номера (Post Dial). Кроме того, интерес представляет определение важных показателей среды передачи: количество полученных, потерянных, двойных или прибывающих вне порядка следования пакетов, минимальная и максимальная MOS, задержка или время доставки. Система должна отображать результаты измерений в привязке к отдельным соединениям, включая задержку Post Dial Delay, задержки соединения, а также качество среды (к примеру, MOS для всех потоков RTP по соединению).

На воспринимаемое пользователем качество сервиса VoIP могут повлиять также факторы, не подверженные контролю со стороны сервисного провайдера, один из них — нежелательные массовые рассылки (flood). В этом случае проблемы в функционировании сети сервисного провайдера могут оказать отрицательное влияние на работу всех подключенных партнеров.

Однако само по себе обнаружение такого большого количества запросов-приглашений (Invite-Messages) еще не дает достаточно информации для получения исчерпывающего представления о происходящем (см. Рисунок 4). Чтобы система мониторинга могла сообщать о таких событиях, администратору необходимо задать параметры обычного поведения соединения и соответствующие пороговые значения, для того чтобы установить линию отсчета, относительно которой замерялось бы качество сервиса.

Такие контрольные точки следует задать для нескольких сегментов сети, что позволит, к примеру, локализовать проблемы в зоне доступа, в ядре или в точках соединения и минимизировать последствия потока приглашений.

Еще один важный аспект при контроле сети — использование детальной диагностики собираемых данных, позволяющей определить, что качество сервиса стало мишенью для системных атак. Важно учитывать, что в момент обнаружения целенаправленная атака ничем не отличается от массовой рассылки, не имеющей злонамеренного происхождения (см. Рисунок 5).

Необходимо быстро и точно определить причину, поскольку, в зависимости от источника атак, меры могут быть различными: к примеру, вместо реконфигурирования оборудования в точке подключения к сети надо будет блокировать трафик, исходящий из атакующего источника.

Сервисному провайдеру вряд ли удастся контролировать все факторы, которые могут повлиять на качество сервиса. Однако в пределах собственной сферы влияния необходимо знать и учитывать все причины помех.

Даниэль Тайхманн – старший менеджер по маркетингу производителя систем тестирования Empirix.

© ITP Verlag

Рисунок 1. Факторы, влияющие на качество, воспринимаемое клиентами.

Рисунок 2. Два наиболее важных объективных метода измерений: пассивный (без сравнительных эталонов) и активный (со сравнительными эталонами).

Рисунок 3. Тестирование магистральных шлюзов.

Рисунок 4. Хорошая и плохая производительность при запросах Invite относительно количества попыток вызова: в нормальных условиях количество приглашений должно соответствовать количеству попыток звонков. Возникновение таких проблем, как неверная настройка таймера повторной отправки приглашений, может повлечь за собой флудинг.

Рисунок 5. Флудинг по сравнению с обычным поведением: на пятом часу возникает краткосрочная концентрация приглашений без соответствующих попыток звонков.

Контроль качества VoIP в России

Теоретически развитие новых IP-технологий позволяет более эффективно использовать транспортные ресурсы сети — современные кодеки способны сжимать голос во много раз сильнее (по сравнению с обычным каналом TDM) и без потери качества звука. На практике же все не так однозначно. Несмотря на то что VoIP в России внедряется уже более 10 лет, при звонках из Москвы в дальнее зарубежье слышимость гораздо лучше, чем в разговорах с абонентами из российской провинции или зарубежья ближнего. Почему же так происходит? Ответ напрашивается сам собой — качество вызова VoIP в большей степени зависит от того, где и как происходит терминация в сеть ТфОП.

Рассмотренные в статье технологии оценки качества голоса хорошо зарекомендовали себя, но применяются в основном западными провайдерами. Российские операторы реже уделяют внимание качеству голоса, так как многим из них приходится решать проблему качества параллельно с обновлением парка коммутаторов и интеграцией нового оборудования в существующие сети.

Сегодня в РФ работает огромное количество АТС, произведенных до эпохи IP (10–20 лет назад). Разнообразие брендов и используемых стандартов (в том числе национальные протоколы CAS) сами связисты характеризуют не иначе как «зоопарк». Для интеграции в такие сети новые программные коммутаторы (поставляемые в РФ) поддерживают более широкий набор протоколов TDM, но проблем эксплуатации это не решает.

Сегодня на просторах СНГ вопрос качества голоса тесно связан с совместимостью оборудования на логическом уровне. Общеизвестно, что процент успешных IP-вызовов на обычный телефон существенно меньше, чем в классическом варианте TDM. И в каждом случае сбоя нужно разобраться в причине, найти источник ошибки. Для этого службе эксплуатации приходится анализировать трафик со стороны как TDM, так и IP. Выявленные «подозрительные» направления автоматически прозваниваются с помощью генератора трафика по портам IP и/или TDM.

Сценарий генерации трафика задается в зависимости от поставленных задач — от единичных вызовов до ЧНН. Для контроля качества голоса с обеих сторон осуществляется посылка звукового сигнала или пакетов RTP. Звуковым сигналом может быть как эталонный файл для оценки по алгоритмам PSQM и PESQ, так и уникальный набор частот для каждого соединения. В последнем случае это дает возможность оценить целый ряд параметров: канал проключения вызова, задержку, уровень ослабления звука.

По мере развития инфраструктуры IP операторы будут, несомненно, предлагать все больше сервисов, в том числе с голосовым меню, тональным донабором и т. д. Когда требуется более широкая функциональность, чем осуществление базового вызова, для оценки качества применяется симулятор. В отличие от генератора (эмулятора) он обладает большей гибкостью, позволяя смоделировать практически любую ситуацию. ПО симуляции, как правило, представляет собой специальную тестовую среду с поддержкой макроязыков программирования. Гибкость симулятора дает возможность использовать его не только для оценки качества медиапотоков, но и для ввода расширенных услуг (Value Added Services, VAS), тестирования уязвимости (тесты fuzzing), различных исследовательских задач (Research and Development, R&D).

Для российского рынка актуальна многопоточная симуляция одновременно с обеих сторон — TDM и IP — и с поддержкой соответствующих кодеков. В этом случае полностью контролируется преобразование голоса и сигнализации, поэтому оценка качества получается комплексной и подтверждается документально. Проверка качества на стороне конкретного оператора позволяет ему решить большую часть спорных вопросов с партнерами. Как известно, основная часть проблем при эксплуатации возникает на границе «собственной сферы влияния» оператора. В этом случае применение независимого тестового оборудования поможет быстрее локализовать проблему (найти виновную сторону) и предпринять необходимые действия.

Артем Леонтьев — коммерческий директор представительства компании Linkbit в России.