b. Liờn kết mạng VoIP của cỏc doanh nghiệp mới và mạng của VNPT
3.2 Chất lượng dịch vụ trong VoIP
3.2.2 Cỏc yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng thoại trong VoIP 66
Chất lượng thoại bị ảnh hưởng trực tiếp bởi nhiều yếu tố, cú thể chia làm 6 chiều hướng QoS ảnh hưởng đến đầu cuối sử dụng sau:
ã Độ khả dụng (Availability): yếu tố suy hao thiết bị và độ ổn định. ã Băng thụng (cả loại thoả thuận và burst).
ã Tiếng vọng.
ã Trễ (delay or latency): trễ xử lý, gúi hoỏ, truyền dẫn nối tiếp, bộ đệm và hàng đợi, chuyển mạch...
ã Biến động trễ: gồm jitter và Wander. ã Tổn thất (mất) gúi hay tỉ lệ lỗi bit BER.
3.2.2.1 Độ ổn định
Độ ổn định cũng là mộtyếu tố quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ. Người sử dụng đó quen sử dụng mạng PSTN truyền thống với độ ổn định rất cao. Mạng PSTN cú khả năng truyền cuộc gọi cả ngày lẫn đờm và vào tất cả cỏc ngày trong năm do đú mạng VoIP hiện đại cũng phải đỏp ứng được độ ổn định tương tự. Một năm cú 60*60*24*365 hay 31.536.000 giõy. Giả thiết một mạng khả dụng 99%
thời gian thỡ số giờ mạng khụng sử dụng là 87,6 giờ, khoảng thời gian này là tương đối lớn. Nếu giỏ trị độ khả dụng là 99,99% thỡ thời gian mạng khụng hoạt động chỉ là 50 phỳt một năm. Tất nhiờn nhà cung cấp dịch vụ cần cú nhiều cơ chế dự phũng và khắc phục lỗi để đảm bảo điều này.Bảng sau chỉ ra tớnh sẵn sàng của mạng và thời gian ngừng hoạt động:
Bảng 3.2: Tớnh sẵn sàng của mạng.
Tớnh sẵn sàng của mạng Tổng thời gian ngừng hoạt động trong một năm 99% 3.65 ngày 99.5% 1.825 ngày 99.9% 8.76 giờ 99.95% 4.38 giờ 99.99% 52.56 phỳt 99.995% 26.28 phỳt 99.999% 5.25phỳt
Ngày nay, thụng số QoS khả dụng của mạng thường vào khoảng 99,995%, hay khoảng 26 phỳt ngừng hoạt động trong một năm, kết nối khụi phục nhỏ hơn 4 giờ. Cũng cú sự khỏc nhau giữa độ khả dụng và độ tin cậy của mạng từ gúc nhỡn của từng người sử dụng và từ gúc nhỡn mạng tổng thể. Thụng số QoS khả dụng thường được quy cho mỗi vị trớ hoặc liờn kết riờng lẻ. Một người sử dụng khú tớnh cú thể than phiền rằng một liờn kết chỉ sẵn sàng 99,7% trong thỏng sẽ được nhắc nhở rằng mạng sẽ đỏp ứng 99,99% sẵn sàng như được quảng cỏo và hứa hẹn là ỏp dụng cho toàn bộ mạng.
3.2.2.2 Băng thụng
Là tốc độ truyền thụng tin (tớnh bằng KB/giõy, MB/giõy…). Bỡnh thường trong mụi trường mạng LAN, băng thụng càng lớn càng tốt.
Rất nhiều mạng số liệu khụng được thiết kế cho nhu cầu băng tần theo thời gian thực của tớn hiệu thoại. Cỏc mạng này thụng thường khụng yờu cầu cỏc dũng dữ liệu gúi hoỏ phải tới đớch trong một khung thời gian hẹp (với độ trễ tương đối thấp). Khi dịch vụ thoại được triển khai trờn cỏc hệ thống mạng này, một số cỏc phương phỏp được thực hiện nhằm đảm bảo việc truyền dẫn thoại theo thời gian thực, tuy vậy chất lượng thoại vẫn sẽ bị ảnh hưởng một khi cỏc cơ chế này hoạt động khụng như
mong muốn. Mặc dự tớn hiệu thoại chỉ yờu cầu một băng tần tương đối thấp nhưng nú đũi hỏi phải cú tớnh ổn định cao và trực tiếp.
Tuy nhiờn, trong một mạng tớch hợp dữ liệu và thoại, ta phải quyết định xem mỗi dịch vụ phải sử dụng bao nhiờu băng thụng. Những quyết định này dựa trờn việc xem xột cẩn thận sự ưu tiờn và băng thụng sẵn cú. Nếu ta dành cho dich vụ thoại quỏ ớt băng thụng thỡ chất lượng thoại là khụng chấp nhận được. Hay núi một cỏch khỏc thỡ cỏc dịch vụ thoại khụng thể chấp nhận băng thụng nhỏ như lưu lượng của Internet.
Nếu mạng VoIP cũng sử dụng cựng một bộ mó hoỏ như mạng PSTN hiện nay thỡ băng thụng dành cho dịch vụ thoại sẽ cũn lớn hơn cả băng thụng được sử dụng trong mạng PSTN. Bởi trong mạng VoIP, phần mào đầu trong cỏc giao thức là rất nhiều. Vớ dụ, ta phải cần một tốc độ STM-4 (622,08 Mbps) hoặc cao hơn nữa để hỗ trợ cho hàng nghỡn cuộc gọi.
Tuy nhiờn, mạng VoIP lại thực hiện việc nộn thoại và triệt khoảng lặng để giảm băng thụng hơn so với mạng chuyển mạch kờnh truyền thống. Băng thụng của mạng VoIP cú thể thay đổi so với mạng TDM cú kớch thước kờnh cố định.
Việc xỏc định băng thụng cho mạng dựa trờn số cuộc gọi trong giờ cao điểm. Bất cứ việc ghộp băng thụng nào đều cú thể làm giảm chất lượng thoại. Người ta phải dành riờng băng thụng cho bỏo hiệu để đảm bảo cỏc cuộc gọi đều được thực hiện và giảm việc ngắt quóng dịch vụ.
Băng thụng dành cho bỏo hiệu thay đổi tuỳ theo số lượng cuộc gọi và giao thức bỏo hiệu được sử dụng. Nếu cú rất nhiều cuộc gọi với thời gian ngắn thỡ băng thụng đỉnh cần cho bỏo hiệu phải lớn. Băng thụng lớn nhất mà một giao thức bỏo hiệu IP cần cú phải bằng 3% của tất cả lưu lượng tải. ở vớ dụ, băng thụng bỏo hiệu cho 2000 cuộc gọi trong 1 giõy là xấp xỉ 4,8 Mbps (3 % x 160 Mbps).
Nhờ việc tớnh toỏn băng thụng cho tải và bỏo hiệu, người ta cú thể đỏp ứng được cho 2000 cuộc gọi được mó hoỏ theo chuẩn G.711 với băng thụng lớn nhất là 164,8 Mbps. Đõy là giỏ trị băng thụng lớn nhất theo lý thuyết cho trường hợp trờn. Nếu cỏc tham số như phương phỏp mó hoỏ thoại, số cuộc gọi, tốc độ gúi tin được tạo, cỏch nộn và việc sử dụng bộ triệt tiếng vọng thay đổi thỡ yờu cầu về băng thụng cũng thay đổi theo.
Tiếng vọng trong thoại tạo ra khi người núi nghe thấy chớnh tiếng núi của mỡnh. Trong mạng VoIP thụng thường, khối chức năng gúi hoỏ số được đặt giữa hai đoạn truyền dẫn analog. Giao tiếp giữa phần analog và mạng VoIP là cỏc Gateway VoIP. Gateway nguồn và đớch thụng tin với nhau qua mạng IP, trễ truyền gúi qua mạng này cú thể lớn hơn 30 ms. Chớnh sự pha trộn cỏc thiết bị số và cỏc thiết bị analog trong kết nối thoại là nguyờn nhõn chủ yếu gõy ra tiếng vọng ở phớa người núi.
Người sử dụng A Tiếng của A Người sử dụng B
Tx Rx
Tiếng của B Mạng thoại
Rx Tx
Tiếng vọng của A
Hỡnh 3.2 Tiếng vọng trong mạng thoại. 3.2.2.4 Trễ
Trễ là thời gian truyền trung bỡnh của dịch vụ từ điểm vào đến điểm ra khỏi mạng. Cú nhiều dịch vụ đặc biệt là cỏc dịch vụ thời gian thực như truyền thụng thoại bị ảnh hưởng rất lớn bởi trễ quỏ lớn và khụng cần thiết. Nếu trễ vượt quỏ 200ms thỡ người sử dụng sẽ thấy sự ngắt quảng và đỏnh giỏ chất lượng thoại ở mức thấp.
Khi thiết kế bất kỳ một mạng gúi nào để truyền thụng tin thoại thỡ xử lý trễ luụn luụn là một khõu quan trọng. Việc tớnh toỏn trễ một cỏch chớnh xỏc sẽ giỳp cỏc nhà cung cấp dịch vụ thoại giỏm sỏt được chất lượng truyền dẫn trờn mạng và đưa ra cỏc giải phỏp hợp lý để khắc phục.
Trễ trong mạng thoại phụ thuộc vào nhiều yếu tố như thuật toỏn mó hoỏ, lỗi, mất khung, thiết bị…ITU đó nghiờn cứu độ trễ mạng cho cỏc ứng dụng thoại trong khuyến nghị G114. Khuyến nghị này định nghĩa 3 tầng trễ một chiều như sau:
Bảng 3.4: Định nghĩa cỏc tầng trễ một chiều.
Cỏc giới hạn này được khuyến nghị dựng cho cỏc nhà quản lý mạng quốc tế, do đú yờu cầu nghiờm ngặt hơn cỏc mạng thoại riờng rẽ. Với cỏc mạng riờng, độ trễ 200ms là hợp lý và 250ms là giới hạn.
Cú hai loại trễ khỏc nhau: Trễ cố định và trễ thay đổi.
Thành phần trễ cố định bao gồm cỏc thành phần trễ được them vào trực tiếp trờn một kết nối tổng.
Thành phần trễ thay đổi bao gồm cỏc thành phần nảy sinh trong cỏc hàng đợi trong những bộ đệm tớn hiệu trờn cỏc cổng nối tiếp kết nối với mạng WAN. Cỏc bộ đệm này tạo ra những thành phần trễ thay đổi hay chớnh là Jitter, trễ thay đổi được xử lý bằng cỏc bộ đệm loại jitter tại cỏc Gateway/Router tại đầu thu.
a. Trễ Coder (Trễ xử lý)
Trễ Coder hay cũn được gọi là trễ xử lý là thời gian một bộ xử lý tớn hiệu số DSP nộn một mẫu PCM cộng với thời gian trễ thuật toỏn của Codec. Cụng nghệ xử lý thoại ngày nay cú nhiều bộ mó hoỏ khỏc nhau, mỗi bộ mó hoỏ lại xử lý theo một thuật toỏn nộn và mó hoỏ khỏc nhau và tốc độ xử lý thoại lại khỏc nhau nờn độ trễ qua cỏc bộ mó hoỏ cụ thể cũng khỏc nhau. Vớ dụ thuật mó hoỏ dự đoỏn tuyến tớnh mó đại số (ACELP) xử lý mỗi khối thoại PCM trong vũng 10ms.
Bộ xử lý thuật toỏn mó hoỏ dự đoỏn tuyến tớnh mó đại số cấu trỳc tớch hợp (CE-ACELP) cú trễ xử lý khoảng 2,5 đến 10 ms phụ thuộc vào tải trọng của bộ xử lý tớn hiệu số DSP. Nếu tải trọng của bộ xử lý tớn hiệu số đầy đủ với 4 kờnh thoại thỡ độ trễ xử lý cú thể lờn tới 10 ms. Nếu chỉ phải xử lý một kờnh thoại thỡ độ trễ cú thể chỉ là 2,5 ms. Tuy nhiờn trong cỏc kế hoạch truyền dẫn phải sử dụng mức 10 ms để tớnh toỏn trễ cho bộ xử lý này.
Thời gian giải nộn vào khoảng 10% thời gian nộn cho mỗi khối mẫu PCM. Do cú nhiều mẫu trong mỗi khung nờn thời gian giải nộn tương ứng với số lượng mẫu trong khung. Do đú thời gian trễ của một khung 3 mẫu là 3 * thời gian trễ một mẫu. Thời gian trễ tốt nhất và tồi nhất đối với cỏc bộ mó hoỏ cụ thể:
Bảng 3.5: Thời gian trễ của cỏc bộ mó hoỏ.
Trễ thuật toỏn:
Thuật toỏn nộn căn cứ vào đặc điểm của tớn hiệu thoại để xử lý cỏc mẫu thoại với mỗi mẫu thứ N sử dụng thuật toỏn nộn cú thể dự đoỏn mẫu tiếp theo thứ N+1 như thế nào một cỏch khỏ chớnh xỏc. Việc xử lý này cũng gõy ra trễ gọi là trễ thuật toỏn và phụ thuộc vào độ dài của khối tin cần nộn.
Tất nhiờn việc này lặp lại nhiều lần vớ dụ như cỏc khối N+1, N+2 ...Thụng thường với mỗi cuộc thoại nú thờm vào 5 ms đối với trễ tổng trờn liờn kết. Với mỗi bộ mó hoỏ khỏc nhau thỡ sử dụng một thuật toỏn nộn khỏc nhau do đú thời gian trễ thuật
toỏn với từng bộ mó hoỏ cụ thể cũng khỏc nhau: Trế thuật toỏn đối với G 726 là 0ms Trế thuật toỏn đối với G 729 là 5ms Trế thuật toỏn đối với G 723.1 là 7.5ms
Núi chung thời gian trễ bộ mó hoỏ được tớnh như sau:
Trễ Coder = (Trễ thời gian nộn trờn mỗi khối +Trễ thời gian giải nộn trờn mỗi khối)* (Số khối trờn một khung) + thời gian trễ thuật toỏn
Với bộ mó hoỏ G729 ta cú thể tớnh được thời gian trễ codec = 10 +1*3+5 = 18 ms.
b. Trễ do mó hoỏ
Cỏc bộ mó hoỏ thoại hiện đại hoạt động dựa trờn việc tập trung cỏc mẫu thoại thành khung. Mỗi khung tớn hiệu thoại đầu vào (gồm cỏc mẫu thoại) được xử lý thành cỏc khung bị nộn. Khụng thể tạo ra cỏc khung thoại đó được mó hoỏ cho đến khi tất cả cỏc mẫu thoại của khung được tập trung đầy đủ trong bộ mó hoỏ. Do đú cú trễ khung xảy ra trước khi việc xử lý bắt đầu. Ngồi ra, nhiều bộ mó hoỏ cũng xem xột cỏc khung tiếp theo để cải thiện hiệu quả nộn. Chiều dài của quỏ trỡnh xem xột này gọi là thời gian look – ahead của bộ mó hoỏ, lượng trễ này cũng là được tớnh vào trễ của bộ mó hoỏ.