VoIP時序同步質(zhì)量與精確度測量

1、VoIP時序同步質(zhì)量與精確度測量         VoIP系統(tǒng)的通話質(zhì)量可能會由于壓縮技術(shù)、不良的回波消除、數(shù)據(jù)包丟棄失以及包延時或包等待時間所引起的失真而下降。本文介紹QoS監(jiān)視與網(wǎng)絡(luò)故障診斷方案以確保網(wǎng)絡(luò)路由器、服務(wù)器及相關(guān)設(shè)備間的同步要求。     VoIP系統(tǒng)的通話質(zhì)量可能會由于壓縮技術(shù)、不良的回波消除、數(shù)據(jù)包丟棄失以及包延時或包等待時間所引起的失真而下降。其中，等待時間(或反應(yīng)時間)尤其麻煩，因為它涉及到從一端到另一端的整個網(wǎng)絡(luò)。一部分等待時間是由用來在通往PSTN系統(tǒng)或接收VoIP電

2、話以輸出語音信號的網(wǎng)關(guān)上收集數(shù)據(jù)包的抖動緩沖器所產(chǎn)生，增加此緩沖器的大小，可減少包丟失，但也會導致更長的等待時間。  圖1:數(shù)據(jù)包經(jīng)過時間(包括語音編解碼時間)對于合規(guī)的QoS來說必須小于150毫秒。     等待時間因素     采用VoIP技術(shù)的通話呼叫可接往另一部VoIP電話或接往PSTN上的一部傳統(tǒng)電話。由于目前VoIP電話只占所使用電話的一小部分，故我們詳細討論后面一種情況(即接往PSTN上的一部傳統(tǒng)電話)，從VoIP電話接往PSTN電話的語音信號的等待時間由以下網(wǎng)絡(luò)元素的延時組成：  

3、0;  1. VoIP電話機;2. IP網(wǎng)絡(luò)路由器或交換機;3. IP至PSTN網(wǎng)關(guān);4. 線路;5. PSTN系統(tǒng)中的其它延時等。     在電話機上，首先必須將信號采樣、編碼并打包成“實時協(xié)議(RTP)”數(shù)據(jù)包。IP網(wǎng)絡(luò)中所出現(xiàn)的任何路由器都包含有輸入、輸出緩沖器。在網(wǎng)關(guān)上，數(shù)據(jù)包將遇到含有抖動緩沖器的多個緩沖器，以及與信號解碼及重組有關(guān)的延時。例如，對于從洛杉磯到紐約的通話，純粹由于線路傳播時間所產(chǎn)生的傳輸延時大約為20ms。     最后，通過PSTN系統(tǒng)的傳輸還涉及到將信號分解成多個ATM或幀中繼數(shù)據(jù)包，并在經(jīng)過一

4、段光纜傳輸后將其重新打包。而在另一網(wǎng)絡(luò)中的VoIP電話上，再將通話轉(zhuǎn)換回RTP數(shù)據(jù)包，然后再完成編碼、解碼及緩沖延時。     等待時間錯誤預算     ITU-T建議G.114將整個等待時間預算設(shè)定為150ms或更短，較長的等待時間將導致VoIP通話質(zhì)量下降，并被認為比PSTN通話質(zhì)量差。網(wǎng)絡(luò)設(shè)計人員通常將等待時間預算設(shè)定為由編碼時間+傳輸+抖動緩沖+解碼時間組成，在此情形下，傳輸延時包括除VoIP抖動緩沖及線路傳輸延遲以外的所有緩沖延時。高級壓縮方案通過減少大量表示語音信號所需的位數(shù)而能更有效地使用網(wǎng)絡(luò)，但不幸的是，信號中缺少冗余

5、會使語音信息更容易由于包丟失而導致質(zhì)量下降。這必須要求有更大的抖動緩沖區(qū)，從而增加除補充編/解碼時間以外更多的延時。鑒于此，大多數(shù)商用VoIP系統(tǒng)都采用ITU G.711非壓縮編解碼器標準。     另一種減少與VoIP有關(guān)的網(wǎng)絡(luò)流量的方法，是讓路由器丟掉過于陳舊以至沒有機會再被使用的RTP數(shù)據(jù)包，這種技術(shù)要求VoIP電話機與路由器時間同步，以便路由器能進行有關(guān)時戳的有意義決策。 圖2:時間精確的服務(wù)器與路由器日志文件在解決及確定復雜VoIP網(wǎng)絡(luò)中的問題根源時扮演重要角色。     等待時間測量   &#

6、160; 確保低等待時間、可接受QoS(服務(wù)質(zhì)量)以及符合SLA(服務(wù)級協(xié)議)的要點是：能在網(wǎng)絡(luò)中進行適當?shù)牡却龝r間測量。這要求在測量探針間有充分的同步才能獲得有意義的結(jié)果，其中最佳的測量方法是看某一路等待時間測試是否能從兩端同時進行以反映正在進行的通話，故此類測試要求通話兩端精確同步。今天最常用的同步方法是采用軟件時間傳輸法，但更好的解決方案是在通話兩端采用精密的“全球定位系統(tǒng)(GPS)”參考時鐘。由于GPS信號隨處可得且基于每顆衛(wèi)星上的原子時鐘，故能在很大的地理距離上獲得極為精確的同步。因此，可在發(fā)送及接收端將數(shù)據(jù)包打上精確的時間印記，以便進行有意義的測量。   

7、60; 在過度供應(yīng)帶寬以前測量等待時間         VoIP通過節(jié)約在降低傳送成本及新產(chǎn)品與服務(wù)的費用來提供對語音與數(shù)據(jù)匯聚的承諾， 這種承諾部分地取決于客戶對VoIP的采用率，這反過來又取決于VoIP服務(wù)質(zhì)量的可接受水平。當缺少有效的方法來測量、監(jiān)視或保證服務(wù)質(zhì)量時，過度供應(yīng)帶寬即成為事實上的解決方案。除增加成本外，過度供應(yīng)僅能提高效率，但不能保證VoIP流傳輸?shù)馁|(zhì)量。     任何VoIP問題都必須避免、阻止、或在最壞情況時，使其對關(guān)鍵業(yè)務(wù)語音系統(tǒng)運行的影響最小。要做到這一點，重中之重是確保服務(wù)器

8、與路由器日志文件的準確性。     日志文件中的每一個條目都被打上時間印記，這些時戳可確定事件發(fā)生的時間并將其排序。日志文件以及隨后生成的報告使您能采用日志文件數(shù)據(jù)來確定您網(wǎng)絡(luò)中問題的根源。由于服務(wù)器上的日志是多個不同主機信息的匯編，確保時間印記的正確尤其重要。如果做不到這一點，您將很難確定出事件發(fā)生的順序并診斷出問題的根源，您確定問題的難度越大，VoIP系統(tǒng)的QoS水平就降得越多，或更糟糕時變得無法正常運行。     保持網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、路由器與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的時間同步，并不是一項很難的工作。采用周密確定的網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議(NTP，RFC 1

9、305)以及可靠的時間參考源(例如參考GPS系統(tǒng)的專用網(wǎng)絡(luò)時間服務(wù)器等)，就很容易保持服務(wù)器及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備間的同步。事實上，很多操作系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都已支持NTP。 圖3:VoIP要求時間精確,而PSTN則要求頻率精確。     網(wǎng)絡(luò)時間服務(wù)器應(yīng)始終被當作一種可靠的時間參考源。NTP采用全球一致的協(xié)調(diào)世界時(UTC)。GPS衛(wèi)星系統(tǒng)是全球最容易獲得的UTC時間源。通過使網(wǎng)絡(luò)與UTC同步，即可再消除一次存在于您的網(wǎng)絡(luò)與其他網(wǎng)絡(luò)之間時間源互操作問題。由于VoIP流量可能會經(jīng)過很多網(wǎng)絡(luò)，從而要求將各個網(wǎng)絡(luò)的日志文件進行關(guān)聯(lián)以解決問題，網(wǎng)絡(luò)時間服務(wù)器顯得尤其重要。 &

10、#160;   網(wǎng)絡(luò)時間服務(wù)器當前已成為一種核心網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。例如，Symmetricom NTS-200型網(wǎng)絡(luò)時間服務(wù)器即能為瘦長機架安裝配置中的網(wǎng)絡(luò)提供精確、可靠及安全的參考時間。它安裝擁有來自其嵌入式GPS接收機的原子時鐘精度并能同步網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)千臺客戶機。     網(wǎng)關(guān)端口同步     數(shù)據(jù)包最終將抵達VoIP系統(tǒng)與PSTN之間的網(wǎng)關(guān)。PSTN采用完整定義的分層時序來同步網(wǎng)絡(luò)流，PSTN語音數(shù)據(jù)包必須按順序抵達且必須具有低的等待時間及抖動，這種網(wǎng)關(guān)還體現(xiàn)了通用同步要求中的變化。VoIP系統(tǒng)采用時戳方式來同步，以利

11、于減少等待時間并提高網(wǎng)絡(luò)日志文件的完整性，而PSTN則利用同步來提高效率及數(shù)據(jù)吞吐量。     提供這種同步要為PSTN提供 Stratum 1級頻率參考、為VoIP這一側(cè)提供精確時戳的通用時間參考。很多這樣的VoIP/PSTN網(wǎng)關(guān)(亦稱為軟交換機)，都已經(jīng)在用NTP來進行精確的時間標記。Stratum 1級時序通過同步客戶端ATM路由器及交換機已開始滲入到PSTN網(wǎng)絡(luò)邊緣。通過將VoIP增加到PSTN網(wǎng)絡(luò)邊緣進一步提高了擴展Stratum 1級參考時鐘同步能力的需求。此外，高質(zhì)量的GPS參考時鐘可同時支持NTP及Stratum 1時間與頻率要求。     時序就是一切     在建立一個VoIP網(wǎng)絡(luò)時，同步通常并不是最重要的。但只要問題一出現(xiàn)，同步系統(tǒng)的價值就會變得非常明顯。QoS監(jiān)視系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)故障診斷程序最終將推動對網(wǎng)絡(luò)路由器、服務(wù)