Широкое распространение систем пакетной телефонии (прежде всего VoIP) можно считать свершившимся фактом. Однако по сей день некоторые заказчики относятся к этому «телекоммуникационному символу» последних лет крайне настороженно.

Отдельные компании подвергают сомнению бизнес-преимущества, которые сулит переход на VoIP, но основной скепсис вызывает проблема качества голоса. Она становится особенно острой в том случае, когда вызовы маршрутизируются по каналам глобальных сетей.

Как выясняется, перенос голосового трафика в сети передачи данных (СПД) порождает специфические проблемы в области качества. В СПД традиционно контролируются параметры, характеризующие качество сервиса (QoS) передаваемого трафика. Поначалу казалось, что управление качеством пакетного голоса будет осуществляться точно так же, как для обычных программ, оперирующих данными. На самом деле требования абонентов к голосовой связи являются гораздо более жесткими: если они готовы мириться с медленной загрузкой Web-страниц, то даже минимальные погрешности в голосовой связи могут привести к их отказу от использования этого сервиса.

Надо признать, многие предрассудки и опасения пользователей обусловлены печальным опытом второй половины 90-х годов, когда качество голоса, обеспечиваемое операторами IP-телефонии, мягко говоря, оставляло желать лучшего. С той поры ситуация в сетях пакетной телефонии улучшилась радикально, но проблема корректного измерения качества голоса не потеряла актуальности ни для операторов, ни для корпоративных заказчиков.

Качество качеству рознь

Начнем с терминологии. Для абонента решающее значение имеет качество обработки вызовов, которое складывается из двух составляющих — голоса и сигнализации. Под качеством сигнализации подразумеваются время задержки после набора номера, время установления соединения, доля удачных и процент преждевременно разорванных соединений. Превышение разумных пороговых значений этих показателей может вызвать у абонентов крайне негативную реакцию. Но сами по себе эти параметры имеют четкое количественное выражение, и с их измерением серьезных проблем обычно не возникает.

С качеством голоса куда сложнее. Этот параметр характеризует качество воспроизводимой речи говорящего на противоположном конце соединения. Образно говоря, оно носит «односторонний» характер, поскольку всякий раз оценивается только одним из абонентов. Кроме того, на качество голосовой связи влияют еще два показателя: задержка передачи и эхо.

В качестве верхнего допустимого предела задержки передачи разные источники приводят величины от 150 до 250 мс. Задержка передачи в значительной степени влияет на поведение собеседников: при большом ее значении приходится говорить строго по очереди, иногда сознательно выдерживая паузы (это очень похоже на полудуплескную связь). Наличие сильного эхо создает дискомфорт для самого говорящего.

Ухудшение качества голоса может быть вызвано рядом факторов, в числе которых — использование некачественного терминального оборудования или повторяющиеся операции сжатия/декомпрессии голосовых сигналов. Но на первое место следует поставить проблемы в самой IP-сети. Потери пакетов, связанные с их отбрасыванием активным сетевым оборудованием или «выдавливанием» из буферов оконечных устройств (из-за слишком большой задержки или джиттера), могут существенно снизить качество передачи голоса.

Каким аршином мерить?

Взятые по отдельности или все вместе, перечисленные факторы негативно влияют на общую оценку системы VoIP пользователями. Ситуация усугубляется еще и тем, что показатели производительности сети не являются статическими, а изменяются ежеминутно. Причина тому — динамическая природа IP-сетей, которая выражается в применении несимметричных схем и динамических протоколов маршрутизации, в непрерывных изменениях сетевой нагрузки, вариабельности доступной полосы пропускания.

Последнее означает: необходимо, чтобы измерения производительности IP-сети и оценка качества голоса соответствовали трем принципам. Они должны распространяться на все элементы инфраструктуры и на все сервисы (глубокое проникновение), постоянно вестись в режиме реального времени (непрерывность), наконец, нужно сочетать активное тестирование с пассивным мониторингом производительности сети (комплексность).

Мониторинг должен охватывать все сетевые компоненты, связанные с обработкой голосового трафика, в том числе серверы DNS и DHCP, голосовые шлюзы, контроллеры доменов, прокси-серверы, серверы обработки вызовов и приложений. Применяемый для этого инструментарий (программные агенты или специальные аппаратные средства) следует установить на всех устройствах, генерирующих или принимающих голосовой трафик, в том числе на IP-телефонах и компьютерах с инсталлированными приложениями VoIP. Отдельные агенты призваны измерять параметры транзакций VoIP и передавать первичную информацию на централизованный управляющий портал для последующего анализа и генерации отчетов.

Принцип непрерывности мониторинга подразумевает не только его круглосуточное проведение, но и отслеживание всех стадий жизненного цикла приложений VoIP, прежде всего — проведение предварительного тестирования. Тщательное измерение производительности сети и качества голоса до ввода системы VoIP в коммерческую эксплуатацию позволит избежать множества серьезных проблем в дальнейшем (см. врезку), а постоянный мониторинг работающей системы в режиме реального времени — существенно сократить время реакции на нештатные ситуации, а то и предотвратить их.

Наконец, имеет смысл дополнить пассивный мониторинг активным тестированием, основанным на моделировании работы реальных пользователей. Оно предполагает выполнение типичных высокоуровневых транзакций, включая инициацию, передачу и завершение вызовов, с применением протоколов SIP, H.323, MGCP или SCCP и с загрузкой тех же голосовых шлюзов или прокси-серверов, которые обрабатывают реальные вызовы. Администратор должен иметь возможность анализировать параметры обработки вызова как в целом, так и на уровне отдельных стадий, полностью контролируя настройки конфигурации компонентов VoIP и регламент их работы.

Приведенные общие рекомендации не имеют большого смысла без спецификаций и технологий, определяющих саму процедуру оценки качества голоса. Их разработка началась практически одновременно с появлением пакетной телефонии. Проблема заключалась в том, что в традиционных сетях с коммутацией каналов оценка качества голоса не требует особых ухищрений: достаточно измерить отношение сигнал/шум или суммарный коэффициент нелинейных искажений. В сетях пакетной телефонии этот вариант не проходит, в связи с чем на свет появилось несколько активных методик измерения качества голоса.

MOS. В первой методике используется наиболее очевидный подход — привлечение экспертов, сравнивающих тестовые речевые шаблоны на входе и выходе системы, а затем выставляющих субъективные оценки (Mean Opinion Score, MOS) по пятибалльной шкале. Для получения надежных MOS-оценок тестирование необходимо проводить в строго контролируемых условиях, а потому эту работу обычно отдают на аутсорсинг. В США, например, такой деятельностью довольно давно занимается компания Dynastat.

PSQM. Тест MOS, закрепленный в рекомендациях ITU P.800 и P.830, имеет один существенный недостаток: он требует значительных финансовых и временных ресурсов. Обойти его позволяют автоматические методы оценки качества. Хронологически первым из них стал алгоритм PSQM (Perceptual Speech Quality Measurement), закрепленный в рекомендации ITU-T P.861 (1996 года). Он создавался для тестирования работы кодеков путем сравнения выходного речевого образа с входным и, строго говоря, применим только для этой цели. Между тем алгоритм PSQM нередко применяется для оценки сквозного качества голоса, хотя он нечувствителен к задержке передачи и ее флуктуациям, потерям, повторным передачам пакетов и т. д. В итоге оценки для сложной среды VoIP, выдаваемые PSQM, имеют мало общего с оценками MOS.

PAMS. Разработка автоматизированной методики, которая учитывает все многообразие факторов, влияющих на качество голоса в сети коммутации пакетов, была инициирована компанией British Telecom вскоре после стандартизации PSQM. Первая версия предложенной ею технологии PAMS (Perceptual Analysis Measurement System) увидела свет в августе 1998 года и превзошла PSQM в первых же практических испытаниях. Третья версия PAMS (декабрь 1999 года) стала первой технологией, которая автоматически выдавала оценки, близкие к обеспечиваемым MOS, в пакетных и гибридных сетях.

PESQ. Одновременно с разработкой метода PAMS компании BT, KPN, Ascom, Ericsson и Deutsche Telekom направили в ITU-T конкурирующие предложения, призванные заменить явно неудачную спецификацию PSQM. Победителями вышли BT и KPN: методика PESQ (Perceptual Evaluation of Speech Quality), объединившая сильные стороны предложений этих фирм, была стандартизована ITU-T в феврале 2001 года (спецификация P.862).

Технология PESQ предполагает вычисление двух основных параметров, характеризующих качество голоса на принимающем конце: коэффициентов симметричных и асимметричных искажений. Эти величины, а значит, и качество голоса, оцениваются для отдельных фреймов, то есть каждые 24 мс. Сейчас PESQ считается наиболее совершенной автоматизированной методикой тестирования качества голоса в сетях VoIP. В частности, она учитывает различия в уровнях сигнала и позволяет идентифицировать ошибки, связанные с потерей пакетов.

psyVoIP. За этой аббревиатурой скрывается метод пассивного тестирования, разработанный компанией Psytechnics (она несколько лет назад выделилась из состава BT) в качестве расширения PESQ. В его основе — мониторинг реальных вызовов и автоматическое предсказание качества по шкале MOS. Ожидается, что данный метод также будет стандартизован ITU-T (рабочая спецификация P.VQT).

NiQA. Это пассивный алгоритм измерения качества на основе спектрального разложения «живого» трафика и сравнения результата с преобразованием, происходящим в человеческом ухе. Получаемая информация наряду с другими параметрами сигнала используется для генерации MOS-оценки. Судя по всему, NiQA станет основой международного стандарта P.SEAM.

Практически каждый из перечисленных методов имеет сильные и слабые стороны. Выбор конкретной технологии оценки качества голоса и реализующих ее продуктов всякий раз должен определяться характером решаемых задач (см. таблицу)

Качество — в ваших руках

Несмотря на актуальность точной оценки качества голоса в сетях VoIP, в этом рыночном сегменте действуют лишь несколько «игроков».

Компания Agilent Technologies предлагает несколько продуктов для тестирования качества голоса в сетях VoIP, в которых реализованы как активные, так и пассивные методики. В качестве примера назовем Agilent Telephony Network Analyzer, обеспечивающий точную диагностику QoS (в том числе на основе алгоритма psyVoIP), детальный анализ работы протоколов RTP и RTCP.

Один из ключевых продуктов израильской фирмы RADCOM — интерактивная система диагностики QPro — позволяет не только оценить качество голоса в сетях VoIP, но и измерить ряд других параметров, включая задержки передачи и коэффициенты искажений, проконтролировать функционирование средств распознавания и заполнения пауз и т. д.

Тестеры, реализующие различные методы активного измерения качества голоса, сегодня выпускают американские компании Empirix, GL Communications, Microtronix Systems и Telchemy, британская Malden, немецкая Opticom.

Средства мониторинга параметров QoS в сетях VoIP предлагают фирмы NetIQ и Kahala Systems. Продукт первой, Chariot VoIP Assessor, генерирует трафик VoIP и, анализируя величины задержки, ее флуктуаций и доли потерянных пакетов, выдает прогноз работы системы VoIP в корпоративной сети. Администратор может задать тип кодека, который предполагается использовать в сети.

Компания Kahala разработала продукт activeStream, генерирующий смешанный трафик по протоколу RTP, который имитирует многие особенности человеческой речи. Генерируемые потоки могут быть направлены на сетевые узлы или непосредственно на сетевой анализатор, например wav.3 того же производителя. Профессиональная версия продукта позволяет работать с любым количеством агентов, установленных на Windows-серверах или ПК.

Упомянем еще разработки фирмы Sage Instruments, предназначенные для анализа эха. Устройство Sage Echo Sounder, подключаемое к обычной двухпроводной линии, используя специальный тестовый сигнал, измеряет его отражения в сети, выдает сведения об уровне эха в режиме реального времени и даже позволяет выявить факторы, вносящие в него основной вклад.

Семь раз отмерь...

Вот несколько рекомендаций, следование которым на этапе проектирования и развертывания корпоративной системы VoIP, позволит избежать серьезных проблем в будущем.

  1. Качество голоса должно быть на первом месте. Не обеспечив высококачественную голосовую связь до начала эксплуатации, вы не сможете исправить положение в дальнейшем из-за дефицита времени и ресурсов.
  2. Тестируйте голосовые шлюзы при полной нагрузке. Только в этом случае удастся заранее выявить узкие места. Наилучший инструмент здесь — автоматические генераторы вызовов, позволяющие сформировать повторяющиеся последовательности вызовов и зарегистрировать параметры их обработки. Соответствующие продукты выпускают, например, Empirix и Spirent.
  3. Прежде чем приобрести конкретное решение, измерьте производительность опорных локальных или глобальных магистралей. Чтобы оценить доли отбрасываемых пакетов, задержку передачи и другие параметры с учетом времени суток и дня недели, тестировать сеть следует не менее двух недель.
  4. По отдельности протестируйте все компоненты — устройства VoIP, IP-УАТС и IP-телефоны. Каждое из них может быть причиной ухудшения качества голоса.
  5. Проверьте работу средств эхоподавления голосовых шлюзов. Поинтересуйтесь, как они тестировались самим производителем и не придется ли для оптимизации их работы специальным образом настраивать УАТС.
  6. Контролируйте качество голоса в режиме реального времени. В идеале шлюз VoIP должен выдавать уведомления о сетевых проблемах (перегрузках, чрезмерной задержке и т. д.), способных вызвать ухудшение качества голоса.
  7. Протестируйте качество голоса с разными кодеками. Очевидно, наилучшее качество дадут кодеки стандарта G.711, но они требуют наибольшей полосы пропускания.