NGN業(yè)務(wù)的端到端時(shí)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(gè)重要因素，影響用戶業(yè)務(wù)體驗(yàn)的QoS參數(shù)通常包括時(shí)延、抖動(dòng)、丟包率等，而對(duì)于實(shí)時(shí)的語(yǔ)音和視頻業(yè)務(wù)來(lái)說(shuō)，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的端到端時(shí)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(shí)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(yǔ)音傳送，電路交換技術(shù)的特點(diǎn)是為用戶提供足夠的帶寬保證，確保低延遲、高質(zhì)量的語(yǔ)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(yǔ)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(jī)制來(lái)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(jì)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(gè)分組獨(dú)立地進(jìn)行路由選擇，其開(kāi)放性和靈活性是以犧牲QoS為代價(jià)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(diǎn)，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(jìn)的過(guò)程中，電信運(yùn)營(yíng)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(diǎn)的“信息+通信”的綜合業(yè)務(wù)提供的轉(zhuǎn)變。在這個(gè)轉(zhuǎn)變過(guò)程中，以IP作為承載的NGN業(yè)務(wù)的端到端QoS問(wèn)題能否得到解決是一個(gè)關(guān)鍵的技術(shù)難點(diǎn)。
本文主要針對(duì)NGN業(yè)務(wù)的QoS特性中最為關(guān)鍵的端到端時(shí)延，從業(yè)務(wù)的QoS需求出發(fā)，對(duì)語(yǔ)音業(yè)務(wù)的端到端時(shí)延進(jìn)行了分析，給出了NGN中端到端時(shí)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(guò)程中可能會(huì)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(yàn)的角度來(lái)看，衡量業(yè)務(wù)的QoS指標(biāo)主要有時(shí)延、抖動(dòng)、丟包率、吞吐量和可用性。
1.1.1時(shí)延
時(shí)延是指IP包從網(wǎng)絡(luò)入口點(diǎn)到達(dá)網(wǎng)絡(luò)出口點(diǎn)所需要的傳輸時(shí)間。一些對(duì)時(shí)間敏感的應(yīng)用，如實(shí)時(shí)的語(yǔ)音業(yè)務(wù)和視頻業(yè)務(wù)對(duì)時(shí)延的要求最為嚴(yán)格。造成網(wǎng)絡(luò)時(shí)延的主要因素可以簡(jiǎn)單地分為網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的時(shí)延和設(shè)備產(chǎn)生的時(shí)延。
設(shè)備產(chǎn)生的時(shí)延一般是指設(shè)備處理業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)時(shí)產(chǎn)生的時(shí)延，這與設(shè)備的性能有很大關(guān)系，包括網(wǎng)絡(luò)各個(gè)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(shí)延包括基本的傳輸時(shí)延(即電信號(hào)或光信號(hào)在物理媒介上傳輸所需的固有時(shí)延)和鏈路速率時(shí)延(即當(dāng)鏈路速率低于數(shù)據(jù)發(fā)送速率時(shí)產(chǎn)生的時(shí)延)。
由于IP網(wǎng)絡(luò)盡力而為的特性，設(shè)備產(chǎn)生的時(shí)延和網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的時(shí)延都還與實(shí)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(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)。產(chǎn)生的擁塞和排隊(duì)、調(diào)度和轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延將會(huì)顯著增加。
1.1.2抖動(dòng)
語(yǔ)音信號(hào)是連續(xù)的，在發(fā)送端經(jīng)過(guò)壓縮打包后在IP網(wǎng)絡(luò)中傳輸時(shí)，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(shí)間也可能不同，導(dǎo)致接收端在回放語(yǔ)音時(shí)產(chǎn)生時(shí)斷時(shí)續(xù)的狀況，稱為抖動(dòng)。
接收端可以采用增加接收緩沖區(qū)的方式來(lái)對(duì)抖動(dòng)產(chǎn)生的影響進(jìn)行彌補(bǔ)。但是抖動(dòng)緩沖區(qū)的大小將同時(shí)影響抖動(dòng)和時(shí)延。如果抖動(dòng)對(duì)語(yǔ)音質(zhì)量產(chǎn)生了影響，那么增加抖動(dòng)緩沖區(qū)的大小就可以將抖動(dòng)減少到可以接受的程度；但是如果緩沖區(qū)過(guò)大，就會(huì)增加時(shí)延，同樣會(huì)使得用戶難以接受。
典型的抖動(dòng)緩沖區(qū)產(chǎn)生的時(shí)延為20ms，但是通常會(huì)達(dá)到80ms。抖動(dòng)緩沖區(qū)的大小需要根據(jù)具體的網(wǎng)絡(luò)情況來(lái)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(diǎn)被丟掉，在傳輸線路中產(chǎn)生的錯(cuò)誤包同樣也會(huì)被丟掉。通常當(dāng)接收包的數(shù)量超過(guò)了輸出端口的大小限制時(shí)就會(huì)產(chǎn)生擁塞，由此而產(chǎn)生丟包。如果在包到達(dá)的一端沒(méi)有足夠的輸入緩沖，也會(huì)造成丟包。丟包率通常被定義為一個(gè)連續(xù)若干個(gè)包以一定的時(shí)間間隔在網(wǎng)絡(luò)中傳送時(shí)，被丟掉的包所占的百分比。從用戶體驗(yàn)的角度來(lái)講，一般高于2%的丟包率便無(wú)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(diǎn)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(shí)間間隔占IP業(yè)務(wù)全部時(shí)間間隔的百分比。在連續(xù)5min內(nèi)，如果一個(gè)IP網(wǎng)絡(luò)所提供的丟包率小于或等于75%，則認(rèn)為該時(shí)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(lái)看，可以將NGN業(yè)務(wù)劃分為4種主要類(lèi)型：會(huì)話類(lèi)、交互類(lèi)、流媒體類(lèi)和后臺(tái)類(lèi)。
全球VoIP聯(lián)盟
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