ĐỀ TÀI “ĐÁNH GIÁ VỀ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG VOIP” CHƯƠNG III_2 ppt

ĐỀ TÀI “ĐÁNH GIÁ VỀ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG VOIP” CHƯƠNG III CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG VoIP Trễ thuật toán: Thuật toán nén căn cứ vào đặc điểm của tín hiệu thoại để xử lý các mẫu thoại với mỗi mẫu thứ N sử dụng thuật toán nén có thể dự đoán mẫu tiếp theo thứ N+1 như thế nào một cách khá chính xác. Việc xử lý này cũng gây ra trễ gọi là trễ thuật toán và phụ thuộc vào độ dài của khối tin cần nén. Tất nhiên việc này lặp lại nhiều lần ví dụ như các khối N+1, N+2 Thông thường với mỗi cuộc thoại nó thêm vào 5 ms đối với trễ tổng trên liên kết. Với mỗi bộ mã hoá khác nhau thì sử dụng một thuật toán nén khác nhau do đó thời gian trễ thuật toán với từng bộ mã hoá cụ thể cũng khác nhau: Trế thuật toán đối với G 726 là 0ms Trế thuật toán đối với G 729 là 5ms Trế thuật toán đối với G 723.1 là 7.5ms Nói chung thời gian trễ bộ mã hoá được tính như sau: Trễ Coder = (Trễ thời gian nén trên mỗi khối +Trễ thời gian giải nén trên mỗi khối)* (Số khối trên một khung) + thời gian trễ thuật toán Với bộ mã hoá G729 ta có thể tính được thời gian trễ codec = 10 +1*3+5 = 18 ms. b. Trễ do mã hoá Các bộ mã hoá thoại hiện đại hoạt động dựa trên việc tập trung các mẫu thoại thành khung. Mỗi khung tín hiệu thoại đầu vào (gồm các mẫu thoại) được xử lý thành các khung bị nén. Không thể tạo ra các khung thoại đã được mã hoá cho đến khi tất cả các mẫu thoại của khung được tập trung đầy đủ trong bộ mã hoá. Do đó có trễ khung xảy ra trước khi việc xử lý bắt đầu. Ngoài ra, nhiều bộ mã hoá cũng xem xét các khung tiếp theo để cải thiện hiệu quả nén. Chiều dài của quá trình xem xét này gọi là thời gian look – ahead của bộ mã hoá, lượng trễ này cũng là được tính vào trễ của bộ mã hoá. c. Trễ đệm ở thiết bị đầu cuối IP Card âm thanh và card điện thoại trong máy tính cá nhân PC thường có các bộ đệm khá lớn để tạo ra một giao diện tốc độ cố định với bộ biến đổi A/D- D/A và một giao diện không đồng bộ với lớp ứng dụng. Ngoài ra, bộ tương thích (adapter) mạng và modem cũng sử dụng bộ đệm để tăng hiệu quả truy cập mạng. Các bộ tương thích này được tối ưu hoá cho truyền thông dữ liệu- là một ứng dụng mà trễ không phải là vấn đề quan trọng. Song với truyền thoại, trễ có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng thoại thì sự tối ưu hoá này không phù hợp. Thêm vào các trễ trên, còn có trễ bộ đệm phần mềm. Các ứng dụng có thể lưu trữ một lượng lớn dữ liệu để xử lý chúng dễ dàng và hiệu quả hoặc để quản lý jitter trễ trong gói tin thu được. d. Trễ đệm/gói hoá H.323 Trễ gói hoá hình thành trong quá trình tạo gói, trễ đệm xuất hiện khi phân rã gói.Trễ gói hoá là thời gian cần thiết để thu thập đầy đủ thông tin của một gói. Khi sử dụng các gói có chiều dài cố định với mã hoá dạng khung, thì khi gói hoá có thể có trễ thêm vào nếu như chiều dài gói khác với chiều dài khung của bộ mã hoá. Trễ đệm là do quá trình xếp hàng trong máy thu và thường được sử dụng để đền bù jitter mạng. Việc tạo lại tín hiệu thoại yêu cầu các gói phải đến cùng lúc song do trễ mạng thay đổi nên máy thu phải có bộ đệm để làm trễ các gói đến sớm và đồng bộ chúng với các gói đến muộn. e. Trễ truyền dẫn mạng Trễ mạng là thời gian truyền dẫn các gói qua mạng để đến đích. Các thành phần của trễ mạng gồm:  Trễ truyền dẫn, tạo ra do việc gửi một gói qua một liên kết (ví dụ như gửi một gói có kích thước 256 byte qua một liên kết có tốc độ 64kb/s sẽ cần 32ms).  Trễ truyền lan tạo ra do sự truyền lan tín hiệu qua liên kết vật lý. Trễ này thường được bỏ qua nếu liên kết có chiều dài nhỏ hơn 1000km  Trễ node, là trễ do bộ định tuyến thực hiện việc xếp hàng và xử lý các gói.  Trễ giao thức là trễ do các cơ chế khác nhau của mỗi giao thức, ví dụ như giao thức TCP có phát lại các gói tin, hay trễ truy cập mạng (giao thức Ethernet).  Trễ Gateway tạo ra do việc liên kết giữa các mạng phải có thời gian xử lý tại Gateway. Trễ truyền dẫn mạng có thể được bỏ qua trong mạng PSTN, đối với mạng IP trễ này rất lớn, do đó không thể bỏ qua. f. Trễ tổng trung bình Nhìn chung trễ tổng bao gồm tất cả các loại trễ trên cộng lại, trong mô hình E trễ tổng trung bình từ miệng người nói đến tai người nghe được đặc trưng bởi tham số trễ Ta. Hình sau mô tả quan hệ giữa độ trễ tổng và giá trị R trong mô hình E: 600 100 95 90 85 80 75 70 65 60 55 50 T1211140-99 500400300200100 R Absolute delay (Ta) in ms Hình 3.3 Mối quan hệ giữa độ trễ một chiều tổng và giá trị R trong mô hình E. Theo đồ thị này thì giá trị trễ khuyến nghị là từ 300 đến 350 ms và giới hạn là 400 ms. 3.2.2.5 Biến động trễ Biến động trễ là sự khác biệt về trễ của các gói khác nhau cùng trong một dòng lưu lượng. Biến động trễ có tần số cao được gọi là jitter trong khi biến động trễ có tần số thấp được gọi là wander. Jitter chủ yếu do sự sai khác về thời gian xếp hàng của các gói liên tiếp trong một luồng gây ra và là vấn đề quan trọng nhất của QoS. Các loại lưu lượng nhất định đặc biệt là lưu lượng thời gian thực như thoại thường chịu được jitter. Khác biệt trong thời gian đến của các gói gây ra sự lên xuống trong thoại. Tất cả các hệ thống truyền thoại đều có jitter. Khi jitter nằm vào khoảng dung sai định nghĩa trước thì nó không ảnh hưởng thới chất lượng dịch vụ. Jitter quá nhiều có thể được xử lý bằng bộ đệm, song nó lại làm tăng trễ nên lại nảy sinh các khó khăn khác. Với các cơ cấu loại bỏ thông minh, các hệ thống IP Telephony/VoIP sẽ cố đồng bộ luồng thông tin bằng cách loại bỏ gói theo kiểu lựa chọn, nhằm tránh hiện tượng “walkie-talkie” gây ra khi hai phía hội thoại có trễ đáng kể. Jitter phải nhỏ hơn 60ms (60ms là chất lượng trung bình, 20ms là chất lượng trung kế Toll). 3.2.2.6 Tổn thất gói Tổn thất, hoặc là bit hoặc là gói, có ảnh hưởng lớn với dịch vụ IP Telephony/VoIP hơn là với dịch vụ dữ liệu. Trong khi truyền thoại, việc mất nhiều bit hoặc gói của dòng tin có thể tạo ra hiện tượng nhảy thoại gây khó chịu cho người sử dụng. Trong truyền dữ liệu, việc mất một bit hay nhiều gói có thể tạo ra hiện tượng không đều trên màn hình nhất thời song hình ảnh (video) sẽ nhanh chóng được xử lý như trước. Tuy nhiên, nếu việc mất gói xảy ra theo dây chuyền, thì chất lượng của toàn bộ việc truyền dẫn sẽ xuống cấp. Tỷ lệ mất gói nhỏ hơn 5 % cho chất lượng tối thiệu và nhỏ hơn 1 % cho chất lượng liên đài. 3.3 Một số công nghệ đo kiểm chất lượng thoại hiện nay Theo phương pháp truyền thống, đo kiểm chất lượng thoại liên quan tới việc so sánh các dạng sóng trên màn hình, đo kiểm tỉ lệ tín hiệu trên tạp âm và tổng méo hài (THD) giữa chúng. Những phương pháp này cùng các phương pháp đo kiểm tuyến tính khác chỉ thực sự hữu dụng trong một số trường hợp nhất định do chúng quan niệm rằng những biến đổi trong dạng sóng tín hiệu thoại đại diện cho những tín hiệu méo không mong muốn. Những phương pháp này cũng giả định rằng các kênh điện thoại về bản chất là tuyến tính. Tuy nhiên trong các mạng VoIP cũng như các mạng thoại gói khác, đặc biệt là khi sử dụng các bộ mã hóa - giải mã (Codec) tốc độ bít thấp như G.729 và G.723, cả việc bảo toàn dạng sóng cũng như tính tuyến tính của kênh thoại đều không được giả định. Các bộ Codec này cố gắng tái tạo lại âm thanh chủ quan của tín hiệu hơn là hình dạng của dạng sóng âm thoại. Như đã trình bày, bản chất chuỗi và nhạy cảm với thời gian của các mạng chuyển mạch gói yêu cầu cần phải có các phương pháp đo kiểm khác thích hợp hơn. Cuối cùng do tính quan trọng ngày càng cao của chúng, chất lượng hoạt động của các bộ hủy tiếng vọng, phát hiện sự tồn tại của thoại (VAD) và các quá trình khác cần phải được đo kiểm một cách trực tiếp. Để phân tích xem liệu một mạng IP có thể hỗ trợ VoIP hay không thì phải đánh giá tính hiệu quả QoS của mạng đó. Đặc biệt, những vấn đề cần quan tâm sẽ như sau: - Mạng có thể phân biệt lưu lượng VoIP với các loại lưu lượng khác như thế nào ? - Trong trng hp tc nghn mng, t l mt gúi ca thoi nh th no so vi d liu ? - Thi gian tr trung bỡnh m cỏc gúi thoi phi chu l bao nhiờu ? - Jitter trung bỡnh bng bao nhiờu ? - Mng cú th c m rng hay khụng nu cú mt s lng ln cỏc lung ? Hng lot cỏc phộp o th sau ó c thit k nghiờn cu phm cht ca cỏc h thng u tiờn hoỏ chung trong cỏc b nh tuyn. Hỡnh 2-13 trỡnh by cu hỡnh o th. Bộ định tuyến Bộ định tuyến Tuyến nối tiếp vận hành PPP Băng thông = 500 kbps 10 Mbps Ethernet 10 Mbps Ethernet SmartBits chạy chớng ngại Mạng IP đang đợc đo thử Hình 3.4 : Cấu hình đo thử QoS. Sử dụng thiết bị Smartbits, nhiều luồng lưu lượng đã được xác định và được "tiêm" vào mạng IP. Các luồng lưu lượng này đại diện cho các loại tải khác nhau. Chúng chỉ khác nhau ở địa chỉ IP, các số hiệu cổng, kích thước các gói hoặc tổ hợp của các yếu tố này. Bằng việc quan sát đầu ra của mạng IP, ta có thể quyết định phải xử lý các lưu lượng khác nhau như thế nào. Do vậy, băng thông của một kết nối liên tiếp đã được cấu hình là 500 kbps. Do lưu lượng đi tới từ một cửa Ethernet 10 Mbps cho nên tắc nghẽn bắt đầu xảy ra khi tải đầu vào vượt quá khoảng 6% (điểm tắc nghẽn thay đổi tuỳ thuộc vào kích thước gói). Chẳng hạn, bằng việc sử dụng các gói kích thước 200 byte - bao gồm cả phần mào đầu và FCS - tốc độ gói tối đa trên mạng Ethernet 10 Mbps sẽ là 5682 gói/s. Nếu tải là 6%, tốc độ khung sẽ là 341 gói/s. Bằng việc sử dụng giao thức đóng gói PPP trên một tuyến nối WAN, tốc độ bit sẽ là 573 kbps chỉ hơi vượt ra ngoài dung lượng của tuyến. Điểm tắc nghẽn sẽ xuất hiện ngay khi các khung dài hơn được sử dụng). Nếu băng thông WAN đã thay đổi, điểm tắc nghẽn cũng có thể thay đổi. Router Router PhÇn mÒm IP Bé ®Þnh tuyÕn víi mo®un tho¹i Bé ®Þnh tuyÕn víi mo®un tho¹i PRA PRA Abacus Hình 3.5: Cấu hình chướng ngại Trong việc đánh giá chất lượng sản phẩm thoại, việc đo thử để biết mỗi sản phẩm xử trí như thế nào đối với các chướng ngại là điều tương đối quan trọng. Hình 2-14 trình bày cấu hình đo thử cho các phép đo thử sau. Một máy tính chạy phần mềm IP với hai NIC Ethernet đóng vai trò một bộ định tuyến "không hoàn hảo". Nó gửi lưu lượng từ một đoạn này tới một đoạn khác trong điều kiện có thời gian trễ, có mất khung và có sự biến thiên độ trễ, nhưng có thể điều khiển chúng. Một máy tính Abacus được sử dụng để khởi tạo các cuộc gọi, tạo ra đầu vào thoại và đo chất lượng đầu ra thoại tại đầu kia. Phần mềm IP đã được cấu hình với độ mất khung 0%, 1% và 3%. Các chuẩn G.711 và G.729 được sử dụng tại Gateway để khảo sát xem mỗi thuật toán mã hóa có thể đối phó như thế nào với việc mất khung. Bảng 3.6 : Kết quả PSQM với các tỉ lệ mất khung khác nhau. Thuật toán Mất PSQM mã hóa khung Nhỏ nhất Trung bình Lớn nhất G.711 0% 0 0 1,6 1% 0 0,4 2,4 3% 0 1,0 2,9 G.729 0% 0,7 0,8 2,3 1% 0,7 1,3 2,9 3% 0,8 1,9 3,0 Với 0% mất khung, G.711 có một điểm PSQM bằng 0 biểu thị méo tín hiệu rất ít hoặc không có méo. Với G.729, do tốc độ bit là 8 kbps, nó đưa vào một độ méo tín hiệu nào đó ngay cả khi không có mất khung. Tuy nhiên, ảnh hưởng của mất khung tới cả hai thuật toán mã hóa là có thể so sánh được. Mất khung 1% làm cho một PSQM tăng lên 0,4 đối với G.711 và 0,5 đối với G.729. Tương tự như vậy mất khung 3% làm PSQM tăng lên 1 và 1,1 tương ứng cho G.711 và G.729. Cũng các phép đo thử như vậy được lặp lại một lần nữa, lần này sẽ không có mất khung bởi vì các chướng ngại do trễ khác nhau được đưa vào. Đầu tiên, có thời gian trễ 50 ms, và cuối cùng sử dụng một Jitter 100 ms. Bảng 3.7 tóm lược các kết quả: Bảng 3.7 : Kết quả đo thử. [...]... số MOS trong trường hợp có những trục trặc trong quá trình hoạt động của mạng 3.3.1.3 PAMS Một mô hình quan trọng khác trong đo kiểm độ trung thực trong nghe hiểu, được phát triển trong thời gian gần đây đó là PAMS (Hệ thống đo kiểm phân tích tri giác) PAMS sử dụng một mô hình tri giác tương tự như PSQM và cùng nhau chia sẻ mục tiêu cung cấp một phương tiện đo kiểm khách quan, khả lặp cho chất lượng. .. kiểm tự nhiên dùng để xác định chất lượng thoại đó là sử dụng một số lượng lớn người nghe đánh giá chất lượng thoại như là một phần của quá trình đo kiểm được điều khiển tốt và xác định rõ ràng Lợi ích của phương pháp này đó là đánh giá độ trung thực có được trực tiếp từ từng cá nhân đã sử dụng điện thoại Một lợi ích khác đó là giá trị thống kê có được từ rất nhiều các đánh giá viên Trên thực tế có một... PSQM nhưng hiệu quả hơn cùng với các dạng chỉ số khác với PSQM Nó đưa ra một "Chỉ số chất lượng nghe" và một "Chỉ số chất lượng nỗ lực nghe", cả hai đều tương quan với các chỉ số MOS và đều trên một thang đo từ 1 tới 5 3.3.2 Đo kiểm độ trễ Như đã đề cập, trễ đầu cuối - đầu cuối có một ảnh hưởng vô cùng quan trọng tới chất lượng một cuộc đàm thoại Nên nhớ rằng, trễ không ảnh hưởng tới âm thanh của một cuộc... ở trên, chúng ta hoàn toàn có khả năng đánh giá được ảnh hưởng của tiếng vọng tác động lên cảm nhận về chất lượng thoại trên cả môi trường phòng thí nghiệm cũng như trên các mạng VoIP đã được triển khai 3.3.3.3 Các bộ huỷ tiếng vọng Ðể đánh giá được chất lượng hoạt động của một bộ huỷ tiếng vọng, nhân viên đo kiểm thường phải mô phỏng các hiện tượng của mạng truy nhập (trễ tiếng vọng, ERL và đáp ứng... ra tương ứng rất gần với chỉ số thống kê của một số lượng lớn người phản ứng trong cùng một tình huống đo kiểm (ví dụ MOS) PSQM đầu tiên được thiết kế đặc biệt cho chất lượng hiểu của âm thoại khi bị ảnh hưởng bởi các bộ Codec nén thoại Tuy nhiên với một số tác động như mất gói xảy ra trên mạng truyền số liệu, không được phản ánh một cách đầy đủ trong các chỉ số PSQM Do đó, một phiên bản tăng cường... gian cũng như nỗ lực Tập hợp hàng chục hay thậm chí hàng trăm người nghe tại một phòng thí nghiệm đo kiểm chất lượng thoại để đánh giá chất lượng của một bộ sản phẩm thiết bị điện thoại hay phần mềm dường như không phải là một phương pháp hiệu quả nhất Những điều kiện của cuộc thử nghiệm phải được giám sát và điều khiển một cách chặt chẽ, kết quả đo phải được phân tích một cách kỹ lưỡng và toàn bộ quá... phí hợp lý? 3.3.1.2 PSQM Một trong những phương pháp đó là PSQM, được miêu tả rõ trong khuyến nghị P.861 của ITU-T Ðầu tiên được thiết kế để đánh giá các bộ mã hóa - giải mã thoại, thuật toán PSQM đưa ra một phương pháp mà qua đó tín hiệu thoại trong băng tần từ 300-3400 Hz có thể được đo kiểm một cách khách quan cho méo, ảnh hưởng của tạp âm, và tính trung thực toàn cục trong nghe hiểu Như vậy hiểu... tiếng vọng cũng phải nằm trong một khung thời gian nhất định để các bộ triệt tiếng vọng có thể xử lý tín hiệu một cách hiệu quả ERL và trễ tiếng vọng là các tham số cần phải cân nhắc trong thiết kế mạng truy nhập và có một ảnh hưởng sâu sắc tới dạng và cấu hình của bộ huỷ tiếng vọng được sử dụng Việc nắm vững các đặc tính tiếng vọng giúp đưa ra được một quyết định đúng đắn trong việc chọn bộ huỷ tiếng... bộ huỷ tiếng vọng được sử dụng Việc nắm vững các đặc tính tiếng vọng giúp đưa ra được một quyết định đúng đắn trong việc chọn bộ huỷ tiếng vọng hay thiết kế lại mạng truy nhập để giải quyết những vấn đề trễ đặc thù của mạng 3.3.3.2 Sự khó chịu trong cảm nhận gây ra bởi tiếng vọng Tương tự như độ trung thực của âm thoại, ở đây yêu cầu những thuật toán đặc biệt để có được một kết quả đo khách quan, tin... dù trong phép tính điểm PSQM tiêu chuẩn không tính đến tác động của độ trễ) Jitter 100 ms làm tăng 0,3 và 0,5 điểm tương ứng cho G.711 và G.729 Cần giải thích rõ điều này để chỉ ra rằng các bộ định tuyến đã buộc phải cho phép mất một số khung cũng không tạo ra thời gian trễ quá lớn bởi đã bù đầy cho Jitter 3.3.1 Đo kiểm độ trung thực 3.3.1.1 MOS Do bản chất khách quan cố hữu của việc đo kiểm chất lượng . ĐỀ TÀI “ĐÁNH GIÁ VỀ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG VOIP” CHƯƠNG III CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG VoIP Trễ thuật toán: Thuật. (60ms là chất lượng trung bình, 20 ms là chất lượng trung kế Toll). 3 .2. 2.6 Tổn thất gói Tổn thất, hoặc là bit hoặc là gói, có ảnh hưởng lớn với dịch vụ IP Telephony/VoIP hơn là với dịch vụ dữ. G.711 50 ms 0 0,3 1,3 50 ms jitter 0 0 ,2 2 ,2 100 ms jitter 0 0,6 2, 8 G. 729 50 ms 0,7 0,8 2, 2 50 ms jitter 0,7 0,9 2, 7 100 ms jitter 0,7 1,3 2, 8 Các kết quả đo thử này cho thấy trễ