Výsledky výzkumu a další informace nejen
z oblasti přístupových telekomunikačních sítí.
Access server ISSN 1214-9675
Server vznikl za podpory Grantové agentury ČR.
15. ročník
Dnešní datum: 24. 09. 2017  Hlavní stránka | Seznam rubrik | Ke stažení | Odkazy  

Doporučujeme
Knihu o FTTx

Matlab server - on-line výpočty a simulace

E-learning - on-line kurzy

Trainingpoint - školení z oblasti TELCO a ICT

Kontakt
KTT FEL ČVUT
Napište nám

Redakční rada - pokyny pro autory a recenzenty

Copyright

QoS

* Analýza zpoždění v IP telefonním systému II.

Vydáno dne 09. 05. 2008 (4477 přečtení)

Článek se zabývá rozborem vzniku a velikosti zpoždění v komunikačním řetězci mezi mluvčím a posluchačem v IP telefonním systému (VoIP). Druhá část je věnována přijímací straně a shrnutí problematiky.

Přijímací část IP telefonního systému

Hlavním úkolem přijímací části IP telefonního systému je přijmout data od sítě a korektně je reprezentovat, tj. přehrát posluchači. Data ze sítě vystupují ve formě IP paketů s předem nedefinovatelnými parametry významně ovlivňující přenos (zpoždění, variabilita zpoždění, duplikace či ztráta paketů).

Delay_04

Obr. 4: Komponenty přijímače IP telefonní komunikace

Přijatá data prostupují skrze moduly zpracovávající nižší protokoly komunikace tj. na fyzické a spojové vrstvě a síťové vrstvě, a jsou v depaketizéru extrahována do datových bloků. Dále pak postupují přes vyrovnávací paměť hovoru, jejíž úkolem je vyrovnat variabilitu zpoždění a zajistit plynulý přísun dat do dekodéru s následnou rekonstrukci řeči.

Depaketizér

Hlavní funkcí depaketizéru je extrakce datových bloků z paketů obdržených od síťové vrstvy a jejich transport do dekodéru. Mechanismem své funkce je inverzní paketizačnímu procesu v paketizéru.

V případě, že paket obsahuje pouze jeden blok dat, není potřeba jej při procesu extrakce z paketu nikterak zdržovat a hodnota depaketizačního zpoždění TDPD (Depacketization Delay) je nulová.

  TDPD = 0 ms (7)

V případě, že paket obsahuje k bloků dat, je 1. blok možno přesunout do dekodéru bez zpoždění, další bloky se však musí pozdržet ve vyrovnávací paměti a to přesně o hodnotu paketizačního zpoždění.

Delay_05

Obr. 5: Paketizační a depaketizační zpoždění

1. blok je při paketizaci zpožděn o hodnotu paketizačního zpoždění TPD a při depaketizaci není zpožděn vůbec. k-tý blok není při paketizaci zpožděn vůbec, ale při depaketizaci je zpožděn o hodnotu paketizačního zpoždění.

Z toho vyplývá, že při procesu paketizace i depaketizace dochází k pozdržení každého bloku dat pouze o hodnotu paketizačního zpoždění TPD, tzn. že i v tomto případě je hodnota depaketizačního zpoždění nulová.

Ve výpočtu celkového zpoždění tedy nebude hodnota depaketizačního zpoždění uvažována.

Vyrovnávací paměť hovoru

Vyrovnávací paměť hovoru (de-jitter buffer, nebo playout buffer) zajišťuje kompenzaci variabilního zpoždění, které významně degraduje hovorovou kvalitu a je způsobeno směrováním paketů různými cestami a asynchronním charakterem IP sítí.

Datové IP pakety extrahované depaketizérem do bloků dat (RTP paketů) jsou na základě informace o okamžiku příjmu paketu IP telefonní systémem a o okamžiku přehrání posluchači (pole TS – časové razítko v záhlaví RTP paketu) buď zařazeny do vyrovnávací paměti hovoru nebo zahozeny (v případě, že datový blok přijde později než je jeho doba přehrání). Zařazené bloky dat jsou ve vyrovnávací paměti hovoru zadrženy po dobu TDJD (De-Jitter Delay) a následně ve správném časovém okamžiku přehrání postoupeny ke zpracování do dekodéru, viz Obr 6.

Delay_06

Obr. 6: Funkce vyrovnávací paměti hovoru

Pokud to dané zařízení podporuje, tak se hodnota zpoždění TDJD nastavuje přímo v konfiguračních parametrech koncového zařízení nebo brány (VoIP Gateway) a to přímo v [ms]. Tato hodnota odpovídá nejdelší době, po kterou může být paket zadržen ve vyrovnávací paměti hovoru.

Podle [1], se velikost TDJD nastavuje na 1,5 násobek hodnoty součtu všech variabilních zpoždění v síti, které představuje zejména zpoždění ve směrovači TR.

  TDPD = 1,5 · TR (8)

Při zadávání hodnot do koncového zařízení se nesmí opomenout, že zpoždění TDJD je aditivní složkou celkového zpoždění T, které nesmí, dle [3], přesáhnout hodnotu 400 ms.

Mezní hodnoty zpoždění ve vyrovnávací paměti TDJD, dle [2], ukazuje Tab.1.

   Režim řízení vyrovnávací paměti       Průměrné celkové zpoždění   
statický i dynamický TDJDmin = 20 ms
statický i dynamický TDJDmax = 200 ms

Tab. 5: Maximální hodnoty zpoždění ve vyrovnávací paměti

Dekodér

Primární funkcí dekodéru je přijatá data zpracovat dekompresními algoritmy a následně je přeměnit na hovorový signál a přehrát posluchači.

Zpoždění v dekodéru TDCD (Decoding Delay) je obdobně jako zpoždění v kodéru TCD závislé na výběru kompresního algoritmu. V [1] se uvádí, že průměrně zpoždění při dekódování nabývá hodnoty přibližně 10% zpoždění při kódování. Je však závislé na výpočetním výkonu dekodéru a na počtu hovorových bloků v jednom paketu. Pro k hovorových bloků v jednom paketu je zpoždění v dekodéru dáno vztahem:

 
Delay_vz_07
(9)

Zdroje zpoždění v IP telefonním systému – shrnutí

Na základě analýzy v předchozích článcích je možné identifikovat možné zdroje vzniku zpoždění v celém IP telefonním systému. Celkově lze vysledovat dva typy zpoždění:

  • pevné zpoždění – přidává neměnnou hodnotu k celkovému zpoždění T
  • variabilní zpoždění – vzniká ze zpoždění při řazení do výstupní fronty vysílací strany komunikace, možným přetečením vyrovnávacích pamětí v síti či nestejnoměrným průchodem paketů datovou sítí. Variabilní zpoždění je pak zpracováváno ve vyrovnávací paměti přijímací strany komunikace.
Delay_07

Obr. 7: Zdroje vzniku zpoždění ve IP telefonním systému

Zdroje zpoždění ve vysílací části VoIP systému:

  • zpoždění v kodeku TCD (Coding Delay)
  • zpoždění při paketizaci TPD (Packetization Delay)
  • zpoždění při řazení do výstupní fronty TSER (Serialization delay)

Zdroje zpoždění v telekomunikační síti VoIP systému, platí pro N směrovačů na trase:

  • zpoždění při zpracování paketu ve směrovači TR (Queueing Delay in Routers)
  • zpoždění při přenosu přenosovou trasou TPROP (Propagation Delay Line)

Zdroje zpoždění v přijímací části VoIP systému:

  • zpoždění při depaketizaci TDPD (Depacketization Delay)
  • zpoždění ve vyrovnávací paměti TDJD (De-jitter Delay)
  • zpoždění při dekódování TDCD (Decoding Delay)

Celkové zpoždění ve VoIP systému je dáno součtem výše uvedených zpoždění, tedy:

 
Delay_vz_08
(10)

a po nezbytných úpravách

 
Delay_vz_09
(11)

Tento příspěvek vznikl za podpory výzkumného záměru MSM6840770014 - Výzkum perspektivních informačních a komunikačních technologií.

Literatura

[1] Understanding Delay in Packet Voice Networks [online]. Cisco Systems, Inc., c2006-2007, poslední aktualizace 2007-03-05 [cit. 2007-05-05]. Dostupné z: http://www.cisco.com/warp/public/788/voip/delay-details.html
[2] Thomsen, G. – Jani, Y. Internet telephony: going like crazy. IEEE Spectrum, Vol. 37, No. 5, s. 52-58, květen 2000.
[3] ITU-T G.1020 – Quality of service and performance – Generic and user-related aspects. ITU-T Study Group 12, July 2006.
[4] Bezpalec, P. Hodnocení hovorové komunikace v IP sítích. [Doktorská práce (Ph.D.)]. Praha: ČVUT FEL, Katedra telekomunikační techniky, 2007. 68 s.



Autor:        P. Bezpalec
Pracoviště: České vysoké učení technické v Praze, FEL

Informační e-mail Vytisknout článek
Projekty a aktuality
01.03.2012: PROJEKT
Výzkum a vývoj nového komunikačního systému s vícekanálovým přístupem a mezivrstvovou spoluprací pro průmyslové aplikace TA02011015

01.01.2012: PROJEKT
Vývoj adaptabilních datových a procesních systémů pro vysokorychlostní, bezpečnou a spolehlivou komunikaci v extrémních podmínkách VG20122014095

09.10.2010: PROJEKT
Výzkum a vývoj datového modulu 10 Gbit/s pro optické a mikrovlnné bezdrátové spoje, FR-TI2/621

09.01.2010: PROJEKT
Sítě s femtobuňkami rozšířené o řízení interference a koordinaci informací pro bezproblémovou konektivitu, FP7-ICT-2009-4 248891

09.11.2008: PROJEKT
Ochrana člověka a techniky před vysokofrekvenčním zářením, FI-IM5/202

20.06.2008: Schválení
Radou pro výzkum a vývoj jako recenzovaný časopis

01.04.2007: PROJEKT
Pokročilá optimalizace návrhu komunikačních systémů pomocí neuronových sítí, GA102/07/1503

01.07.2006: Doplnění sekce pro registrované

12.04.2005: Zavedeno recenzování článků

30.03.2005: Výzkumný záměr
Výzkum perspektivních informačních a komunikačních technologií MSM6840770014

29.11.2004: Přiděleno ISSN

04.11.2004: Spuštění nové podoby Access serveru

18.10.2004: PROJEKT
Optimalizace přenosu dat rychlostí 10 Gbit/s, GA102/04/0773

04.09.2004: PROJEKT
Specifikace kvalitativních kritérií a optimalizace prostředků pro vysokorychlostní přístupové sítě, NPV 1ET300750402

04.06.2004: PROJEKT
Omezující faktory při širokopásmovém přenosu signálu po metalických párech a vzájemná koexistence s dalšími systémy, GA102/03/0434

Web site powered by phpRS PHP Scripting Language MySQL Apache Web Server

NAVRCHOLU.cz

Tento web site byl vytvořen prostřednictvím phpRS - redakčního systému napsaného v PHP jazyce.
Na této stránce použité názvy programových produktů, firem apod. mohou být ochrannými známkami
nebo registrovanými ochrannými známkami příslušných vlastníků.