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NGN業(yè)務(wù)的端到端時延分析
2007/08/06
前言
服務(wù)質(zhì)量(QoS)是下一代網(wǎng)絡(luò)(NGN)業(yè)務(wù)能否取得成功的一個重要因素，影響用戶業(yè)務(wù)體驗的QoS參數(shù)通常包括時延、抖動、丟包率等，而對于實時的語音和視頻業(yè)務(wù)來說，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的端到端時延最為關(guān)鍵。在以IP作為承載的NGN中，影響業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的端到端時延的因素有很多，這與傳統(tǒng)的電路交換和ATM都有很大區(qū)別。
TDM網(wǎng)絡(luò)主要用于語音傳送，電路交換技術(shù)的特點是為用戶提供足夠的帶寬保證，確保低延遲、高質(zhì)量的語音服務(wù)。ATM作為分組交換技術(shù)，借鑒了電路交換的思想，采用VC和VP完成語音、數(shù)據(jù)和視頻的統(tǒng)一處理。ATM是面向連接的，它具有完備的QoS管理機制來保證多業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量。
IP與ATM雖然都是分組交換技術(shù)，但是IP卻是被設(shè)計用于數(shù)據(jù)傳送的、不面向連接的盡力而為的分組交換。網(wǎng)絡(luò)中的每個分組獨立地進行路由選擇，其開放性和靈活性是以犧牲QoS為代價的。IP被提到下一代電信承載網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展日程，并非是出于IP本身的技術(shù)特點，而是由于Internet的巨大沖擊以及豐富的業(yè)務(wù)應(yīng)用和用戶終端。在傳統(tǒng)的PSTN向NGN演進的過程中，電信運營商也面臨著由傳統(tǒng)的話音業(yè)務(wù)提供向以ICT(InformationCommunicationTechnology)為重點的“信息+通信”的綜合業(yè)務(wù)提供的轉(zhuǎn)變。在這個轉(zhuǎn)變過程中，以IP作為承載的NGN業(yè)務(wù)的端到端QoS問題能否得到解決是一個關(guān)鍵的技術(shù)難點。
本文主要針對NGN業(yè)務(wù)的QoS特性中最為關(guān)鍵的端到端時延，從業(yè)務(wù)的QoS需求出發(fā)，對語音業(yè)務(wù)的端到端時延進行了分析，給出了NGN中端到端時延的分配方法。
1、NGN業(yè)務(wù)的QoS分析
1.1NGN業(yè)務(wù)的QoS指標(biāo)
業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)在傳送過程中可能會有很多因素影響業(yè)務(wù)的QoS，如鏈路帶寬、設(shè)備處理性能、網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性等。從用戶體驗的角度來看，衡量業(yè)務(wù)的QoS指標(biāo)主要有時延、抖動、丟包率、吞吐量和可用性。
1.1.1時延
時延是指IP包從網(wǎng)絡(luò)入口點到達(dá)網(wǎng)絡(luò)出口點所需要的傳輸時間。一些對時間敏感的應(yīng)用，如實時的語音業(yè)務(wù)和視頻業(yè)務(wù)對時延的要求最為嚴(yán)格。造成網(wǎng)絡(luò)時延的主要因素可以簡單地分為網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的時延和設(shè)備產(chǎn)生的時延。
設(shè)備產(chǎn)生的時延一般是指設(shè)備處理業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)時產(chǎn)生的時延，這與設(shè)備的性能有很大關(guān)系，包括網(wǎng)絡(luò)各個層面的設(shè)備，如SDH設(shè)備、路由設(shè)備和媒體網(wǎng)關(guān)等。網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的時延包括基本的傳輸時延(即電信號或光信號在物理媒介上傳輸所需的固有時延)和鏈路速率時延(即當(dāng)鏈路速率低于數(shù)據(jù)發(fā)送速率時產(chǎn)生的時延)。
由于IP網(wǎng)絡(luò)盡力而為的特性，設(shè)備產(chǎn)生的時延和網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的時延都還與實際網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)流量狀況有關(guān)。當(dāng)數(shù)據(jù)量較大、網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備滿負(fù)荷運轉(zhuǎn)時。產(chǎn)生的擁塞和排隊、調(diào)度和轉(zhuǎn)發(fā)時延將會顯著增加。
1.1.2抖動
語音信號是連續(xù)的，在發(fā)送端經(jīng)過壓縮打包后在IP網(wǎng)絡(luò)中傳輸時，由于數(shù)據(jù)包傳送的路徑可能不同，因此不同的數(shù)據(jù)包到達(dá)接收端的時間也可能不同，導(dǎo)致接收端在回放語音時產(chǎn)生時斷時續(xù)的狀況，稱為抖動。
接收端可以采用增加接收緩沖區(qū)的方式來對抖動產(chǎn)生的影響進行彌補。但是抖動緩沖區(qū)的大小將同時影響抖動和時延。如果抖動對語音質(zhì)量產(chǎn)生了影響，那么增加抖動緩沖區(qū)的大小就可以將抖動減少到可以接受的程度；但是如果緩沖區(qū)過大，就會增加時延，同樣會使得用戶難以接受。
典型的抖動緩沖區(qū)產(chǎn)生的時延為20ms，但是通常會達(dá)到80ms。抖動緩沖區(qū)的大小需要根據(jù)具體的網(wǎng)絡(luò)情況來設(shè)定。
1.1.3丟包率
一般情況下，數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生擁塞的點被丟掉，在傳輸線路中產(chǎn)生的錯誤包同樣也會被丟掉。通常當(dāng)接收包的數(shù)量超過了輸出端口的大小限制時就會產(chǎn)生擁塞，由此而產(chǎn)生丟包。如果在包到達(dá)的一端沒有足夠的輸入緩沖，也會造成丟包。丟包率通常被定義為一個連續(xù)若干個包以一定的時間間隔在網(wǎng)絡(luò)中傳送時，被丟掉的包所占的百分比。從用戶體驗的角度來講，一般高于2%的丟包率便無法接受了。
1.1.4吞吐量
吞吐量是指網(wǎng)絡(luò)中IP包的傳輸速率，可表示為平均速率或峰值速率。網(wǎng)絡(luò)的吞吐量是衡量網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)IP包的能力，主要取決于鏈路速率、節(jié)點設(shè)備的端口速率和網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)量狀況。
1.1.5可用性
可用性是指用戶能夠使用IP業(yè)務(wù)可用性功能的時間間隔占IP業(yè)務(wù)全部時間間隔的百分比。在連續(xù)5min內(nèi)，如果一個IP網(wǎng)絡(luò)所提供的丟包率小于或等于75%，則認(rèn)為該時間段是可用的，否則是不可用的�？捎眯灾饕糜诤饬烤W(wǎng)絡(luò)設(shè)備、鏈路正常提供業(yè)務(wù)的能力，確定該網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、鏈路是否能夠支持連續(xù)可用的數(shù)據(jù)包傳送業(yè)務(wù)。
1.2NGN業(yè)務(wù)的QoS需求
從用戶所感知的業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量來看，可以將NGN業(yè)務(wù)劃分為4種主要類型：會話類、交互類、流媒體類和后臺類。
全球VoIP聯(lián)盟
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