Як виміряти якість мовної зв'язку

Пітер Моррісі

Передача мовної інформації по IP-мережах, або IP-телефонія (VoIP), пред'являє до мережевої інфраструктурі набагато більш жорсткі вимоги, ніж будь-який інший додаток. Ступінь доступності мережі, втрата пакетів і тимчасові затримки можуть надавати суттєвий вплив на якість мовної зв'язку.

Щоб виключити чинники негативного впливу технічних проблем в мережі на якість зв'язку, необхідно не тільки відповідним чином спроектувати саму мережу, а й регулярно проводити моніторинг її роботи. Звичайно, сама мережа передачі даних не є єдино можливим джерелом виникнення різних дефектів зв'язку, проблеми можуть також викликати неякісні гарнітури, непрофесійно сконфігуровані цифроаналогові шлюзи і, нарешті, тривіальне луна з телефонної мережі загального користування (ТМЗК). Тому вам доведеться з'ясувати, чи не надають ці компоненти негативний вплив на роботу мовних програм.

Самим найкращим способом визначення якості зв'язку в мережах VoIP вважається оцінка його самими абонентами. Ступінь шкідливого впливу шуму, відлуння, затримок або перешкод від різних тонових генераторів (warbling) на якість мовної зв'язку визначається як інтенсивністю цих чинників, так і тим, наскільки вони заважають розмовляти конкретним абонентам. Теоретично, для точної оцінки ступеня цього впливу варто було б провести опитування досить великого числа абонентів, оскільки сприйняття якості мовної зв'язку завжди суб'єктивно. Однак зовсім очевидно, що проведення таких регулярних опитувань абонентів не представляється можливим.

Крім того, треба мати на увазі, що оцінка ступеня задоволеності абонентів подібної оцінки якості послуги передачі даних, яке можна визначити просто по швидкості виведення на екран результатів тих чи інших запитів (для цього достатньо лише виміряти час відгуку системи). На щастя, з'явилися нові засоби контролю якості мовної зв'язку, що дозволяють робити це досить ефективно в автоматичному режимі.

Старий, добрий MOS

Офіційно рекомендованим способом оцінки якості IP-та інших типів мовленнєвої зв'язку є усереднена суб'єктивна оцінка MOS (Mean Opinion Score), алгоритм визначення якої було розроблено МСЕ-Т і останній раз коректувався в середині 90-х років минулого століття. Алгоритм MOS, викладений у специфікації МСЕ-Т Р.800, заснований на п'ятибальною шкалою - від одиниці (найгірше якість зв'язку) до п'яти (найбільше гарна якість). Згідно з цим алгоритмом група людей оцінює якість звучання тестових мовних шаблонів, що передаються через мережу. Ці оцінки, звичайно, суб'єктивні. Як правило, найбільш великий бал, який можна отримати за даною методикою, дорівнює 4,5. Рейтинг в 4,0 бала і вище розглядається як дуже високий, що відповідає якості ТфЗК. Цифрові сеанси зв'язку часто отримують навіть більш високі оцінки.

Спроби автоматизувати процес отримання оцінок MOS робилися ще задовго до широкого розповсюдження технології VoIP. Один з таких алгоритмів, відомий як PSQM (Perceptual Speech Quality Measure), був закріплений МСЕ-Т в специфікації Р.861. Однак PSQM, що використовується в деяких системах тестування якості мовної зв'язку, не дуже підходить для перевірки VoIP-мереж, оскільки не враховує, Зокрема, флуктуації затримки (або джіттер), часто виникає в IP-мережах. Між тим відомо, що навіть невелика затримка між пакетами з мовною інформацією викликає зміни переданого мовного шаблону. В результаті при порівнянні відправленого і прийнятого шаблону може бути виставлена некоректна оцінка якості мовної зв'язку.

До щастя, сучасні програмні засоби, що використовуються для оцінки якості мовної зв'язку, виконують свою роботу максимально наближено до того, як це робить група експертів. Такі алгоритми, як PSQM +, PESQ (Perceptual Evaluation of Speech Quality) і PAMS (Perceptual Analysis Measurement System), теж передбачають передачу по VoIP-мережі спеціальних мовних шаблонів і їх наступний порівняльний аналіз на приймальній стороні мережі. Алгоритм PESQ визначений у стандарті МСЕ-Т Р.862.

Розробники програмного забезпечення MOS

Opticom (http://www.opticom.com) - розробник алгоритмів контролю якості мови, а також портативних аналізаторів Opera,

Psytechnics (httptf/www.psytechftics.com) - відома своїми заснованими на стандартах алгоритмами контролю якості мови і додатковими продуктами типу Psyvoip.

Telchemy (http://wwwAekbemy.com) - розробник програмного забезпечення для контролю якості мови, що використовується такими компаніями, як Acterna, Brix Networks, Finisar та ін,

Наскільки точні алгоритми оцінки якості зв'язку

Якщо ви не впевнені в тому, що алгоритми типу PESQ можуть досить точно оцінити якість мовленнєвої зв'язку, спробуйте оцінити ефективність використовуваного інструментарію. Якщо ви купуєте програму, що оцінює значення MOS, обов'язково попросіть показати вам для порівняння результати, отримані за допомогою цієї програми, і оцінки MOS, виставлені реальними людьми (при використанні тих же самих шаблонів). Чим ближче MOS-оцінки, отримані «ручним» і автоматизованим способами, тим точніше алгоритм.

«Тестуючи алгоритм PESQ, ми постійно порівнювали отримані з його допомогою результати з оцінками експертів », - розповідає Майк Хол-МИРС, директор за технологіями компанії Psytechnics, яка брала безпосередню участь у розробці PESQ. Цей алгоритм був запропонований МСЕ-Т спільно компаніями Psytechnics, Opticom і SwissQual. Фахівці зазначеної міжнародної організації порівнювали результати вимірювання якості передачі мовної інформації, отримані за алгоритму PESQ, з експертними оцінками, наданими компаніями AT & T і Вт Кореляція між двома групами оцінок, за словами Холліера, склала 0,95 - Дуже хороший результат. І в грудні 2003 р. МСЕ-Т схвалив алгоритм PESQ в як стандарт. PESQ, який розглядають як наступника PSQM, більш точно вимірює якість телефонного зв'язку через IP-мережі.

Разом з тим недоліком PESQ та інших нових алгоритмів є те, що вони грунтуються на порівнянні аудіопотоків на вході і виході системи. Це так званий моніторинг методом «активного тестування». Але такий моніторинг, крім того, що неминуче додає трафік в мережі, викликає і ряд специфічних проблем з організації тестування. Зокрема, не завжди представляється можливість розмістити вимірювальне обладнання на обох кінцях каналу зв'язку. Припустимо, виклик у вашу IP-мережу надходить з ТфОП, і ви не в змозі перевірити якість шлюзу ТфОП, який може генерувати відлуння і викликати додаткову затримку при перекодуванні мовних сигналів.

Таким чином, алгоритми «активного тестування» дозволяють ефективно перевірити якість зв'язку всередині вашої мережі, але моніторинг будь-яких викликів, що закінчуються поза нею, виявляється неможливим. Для вирішення цієї проблеми була розроблена специфікація Р.563, яка визначає алгоритм «пасивного моніторингу». Такий алгоритм тестування не припускає введення в мережу додаткового трафіку, і реалізує його програмне забезпечення аналізує безпосередньо передаються мовні потоки. При цьому програма генерує рейтинги MOS аналогічно тому, як це робить група експертів.

Цей метод відрізняється від багатьох інших тим, що для порівняння в ньому не використовуються ніякі спеціальні мовні шаблони. Рейтинг якості, отриманий за допомогою Р.563, може бути з легкістю верифіковано групою експертів, що працюють паралельно. Кореляція між рейтингами Р.563 і рейтингами, що виставляються реальними користувачами, зазвичай варіюється від 0,85 до 0,9. Звичайно, алгоритм Р.563 не так точний, як PESQ, але при цьому він досить ефективний.

ІНШІ АЛГОРИТМИ ОЦІНКИ ЯКОСТІ

Компанія Psytechnics запропонувала ще один алгоритм оцінки якості - Psyvoip. Він менш точний, ніж Р.563, зате здатний аналізувати мовний потік в реальному часі протягом усього сеансу зв'язку. Це дуже цікавий варіант, особливо з огляду на те, що для аналізу тільки одного дзвінка за методикою MOS потрібно досить велика процесорна потужність. Алгоритм Psyvoip для оцінки якості зв'язку використовує статистичні дані протоколу RTP (Real Time Protocol). Він також виявляє проблемні IP-адреси, щоб потім за допомогою більш складних алгоритмів, типу PESQ, проводити додаткове дослідження.

Ще один спосіб аналізу якості мовної зв'язку заснований на моделі E-model (стандарт G.107), спочатку розробленої з метою полегшити планування інсталяцій VoIP-систем. Компанія Qovia і ряд інших розробників вдосконалили цей алгоритм і адаптували його для пасивного моніторингу. За точністю оцінки цей метод поступається Р.563, зате його реалізації не такі дорогі. Системи, засновані на E-model, доцільно використовувати для локалізації проблем і подальшого їх дослідження за допомогою більш дорогих і ресурсномістких алгоритмів.

Глосарій

Active monitoring - метод оцінки якості мовної зв'язку, що передбачає посилку за мережі спеціального контрольного мовного шаблону з подальшим порівнянням його на вході і на виході системи і оцінкою ступеня впливу мережі на цей шаблон. Іноді, цей метод називають моніторингом з втручанням в роботу мережі (intrusive monitoring).

E-Model (МСЕ-Т G.107) - алгоритм, що спочатку призначався для використання при плануванні мережі, було доопрацьовано деякими компаніями з метою застосування в як недорогого інструментарію пасивного моніторингу. Оцінює якість мовної зв'язку за допомогою R-фактора (за шкалою від 0 до 100).

MOS (Mean Opinion Score) - алгоритм, закріплений в специфікації МСЕ-Т Р.800, передбачає систематичну експертну оцінку якості голосового зв'язку групою користувачів за п'ятибальною шкалою. Оцінки 4,0 і вище розглядаються як відповідні якості зв'язку в ТфЗК.

PAMS (Perceptual Analysis Measurement System) - нестандар-тізованний алгоритм оцінки якості голосового зв'язку, розроблений компанією British Telecom в 1998 р. Чи враховує флуктуації затримок в мережі VoIP.

Passive monitoring - припускає контроль якості мовної зв'язку шляхом прослуховування розмови на лінії і подальшої оцінки якості сигналу без порівняння з яких-небудь контрольним шаблоном.

PESQ (Perceptive Evaluation of Speech Quality) - алгоритм оцінки якості мовної зв'язку, закріплений МСЕ-Т в специфікації Р.862. Вважається найсучаснішим і ефективним алгоритмом оцінки якості голосового зв'язку в мережах VoIP. Використовує активні способи тестування.

Р.563 - Специфікація МСЕ-Т, затверджена в травні 2004 р. Визначає алгоритм пасивного моніторингу для оцінки якості мовної зв'язку шляхом прослуховування «живих» сеансів зв'язку.

PSQM (Perceptual Speech Quality Measure) - алгоритм МСЕ-Т Р.861.

Використовується для тестування кодеків. Непридатний для тестування VoIP-систем, оскільки не враховує виникають затримки при передачі голосу та їх флуктуації.

PSQM + - Поліпшена версія алгоритму PSQM, розроблена компанією Qpticom спеціально для оцінки систем VoIP. Ще не стандартизована.

RTCP (Real Time Control Protocol) - протокол, який передбачає, зокрема, посилку повідомлень із статистикою про якість зв'язку від однієї кінцевої точки VoIP до інший. Не всі виробники реалізували його у своїх кінцевих пристроях.

RTCP-XR (RFC3611) - поліпшена версія протоколу RTCP, припускає обмін додаткової інформацією про якість зв'язку - наприклад, про різке збільшення числа втрачених пакетів. Цей протокол є опціональним, і його підтримують не всі виробники.

RTP (Real Time Protocol) - протокол передачі звукових файлів по мережах передачі даних, звичайно по протоколу UDP.

Так який же алгоритм є оптимальним для більшості компаній? Перше місце безсумнівно за PESQ, найкращим алгоритмом активного моніторингу. Слідом за ним йде Р.563, єдиний стандартизований алгоритм пасивного моніторингу. Деякі компанії вважають, що в ряді випадків можуть бути досить ефективні недорогі розширення технології G.107. Переконайтеся, що ви добре розумієте обмеження, характерні для кожного з пропонованих вам алгоритмів. Крім того, ще до покупки ретельно вивчіть дані про кореляцію результатів автоматизованих і «ручних» тестів.

Як знайти оптимальний алгоритм

Придбати продукти Psytechnics і Opticom звичайним способом неможливо, тому що їх використовують п основному компанії, що виробляють системи мережевого управління та контрольно-вимірювальну апаратуру, такі, як Agilent Technologies, Brix Networks, Empirix, Radcom і Qovia. Вони, в свою чергу, пропонують їх вже в комплекті зі своїми продуктами. В результаті ви отримуєте можливість користуватися алгоритмами MOS, а також систематично збирати раз особисті дані для генерації звітів та аварійних повідомлень. У деяких випадках виявляється можливим навіть корелювати дані аналізу якості мовної зв'язки з іншими подіями в мережі, використовуючи мережеву статистику, що істотно полегшує діагностику виникають-проблем. Деякі продукти перерахованих вище компаній генерують звіти для перевірки угод про рівень обслуговування SLA (Service Level Agreements).

При більш детальному ознайомленні з програмними засобами створення оцінок MOS з'ясуйте, які проблеми вони дозволяють локалізувати, в якому форматі видають інформацію і як її слід інтерпретувати. Наприклад, незважаючи на те, що ці засоби дозволяють отримати досить точну оцінку якості зв'язку, вони не завжди допоможуть вам виявити джерело виниклої проблеми з якістю зв'язку. А не знаючи причини, ви не зможете вирішити виниклу проблему. Також потрібно віддавати собі звіт, що видається деякими продуктами MOS-рейтинг є оцінку якості деякого середнього виклику, а якість конкретних сеансів зв'язку може істотно відрізнятися від рейтингу MOS.

Крім тестування своєї власної мережі, ви можете використовувати ці продукти і для оцінки рівня сервісу свого постачальника послуг VoIP. Будь-якому користувачеві набагато зручніше орієнтуватися на конкретні показники якості, обумовлені в SLA, ніж на параметри типу число втрачених пакетів, рівень джіттера або значення затримки. Іншими словами, справа сервіс-провайдера - забезпечувати нормальну роботу мережі, а у ваші функції повинен входити лише регулярний її моніторинг, що дозволяє упевнитися в тому, що вам забезпечений саме той рівень обслуговування, за який ви сплачуєте гроші. (Не зайвим буде поцікавитися у вашого потенційного або існуючого сервіс-провайдера, якими засобами він користується для проак-тивного пошуку можливих проблем).

Крім моніторингу якості ТР-телефонного зв'язку, вам, можливо, захочеться відслідковувати та інші параметри - наприклад, час встановлення VoIP-з'єднання. Якщо від моменту набору номера до моменту встановлення зв'язку проходить більше 10 с, швидше за все, ваші користувачі будуть не задоволені якістю зв'язку. Це стає великою проблемою в роботі call-центрів, де час установки з'єднання також важливо, як і на їх роботу. Одне програмне забезпечення MOS не в змозі вирішити описану задачу, але якщо його використовувати в комплекті з іншими продуктами, наприклад з системою моніторингу компанії Qovia, яка відслідковує не тільки якість зв'язку, але і будь-які зміни б роботі IP-АТС, то рішення цього завдання цілком реально.

Постачальники систем управління та контролю, що використовують алгоритм MOS

Brix Networks (http://www.brixnetworks.c0m) - розробляє засоби перевірки SLA та управління характеристиками мережі для великих організацій і операторів зв'язку »

Empirix (http://www.empirix.com) - випускає продукт »Hammer дня тестування і моніторингу якості систем VoIP-зв'язку » а також якості роботи call-центрів.

Qovia (http://www.qovia.com) - пропонує системи мережевого управління для моніторингу якості IP-телефонного зв'язку, а також інших пов'язаних з якістю параметрів у мережах передачі даних. Radcom (http://www.radcom.com) - розробляє системи мережевого управління та засоби тестування для VoIP-і стільникових мереж зв'язку. Spirent Communications (http://www.spirentcom) - відома своїми продуктами для тестування VoIP-мереж, такими, наприклад, як Abacus 6000.

Список літератури

«Мережі та системи зв'язку »№ 08 2005 г.