CTI论坛: NGN业务的端到端时延分析

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NGN业务的端到端时延分析

2007/08/06

前言

　　服务质量(QoS)是下一代网络(NGN)业务能否取得成功的一个重要因素，影响用户业务体验的QoS参数通常包括时延、抖动、丢包率等，而对于实时的语音和视频业务来说，业务数据的端到端时延最为关键。在以IP作为承载的NGN中，影响业务数据的端到端时延的因素有很多，这与传统的电路交换和ATM都有很大区别。

　　TDM网络主要用于语音传送，电路交换技术的特点是为用户提供足够的带宽保证，确保低延迟、高质量的语音服务。ATM作为分组交换技术，借鉴了电路交换的思想，采用VC和VP完成语音、数据和视频的统一处理。ATM是面向连接的，它具有完备的QoS管理机制来保证多业务的服务质量。

　　IP与ATM虽然都是分组交换技术，但是IP却是被设计用于数据传送的、不面向连接的尽力而为的分组交换。网络中的每个分组独立地进行路由选择，其开放性和灵活性是以牺牲QoS为代价的。IP被提到下一代电信承载网络的发展日程，并非是出于IP本身的技术特点，而是由于Internet的巨大冲击以及丰富的业务应用和用户终端。在传统的PSTN向NGN演进的过程中，电信运营商也面临着由传统的话音业务提供向以ICT(InformationCommunicationTechnology)为重点的“信息+通信”的综合业务提供的转变。在这个转变过程中，以IP作为承载的NGN业务的端到端QoS问题能否得到解决是一个关键的技术难点。

　　本文主要针对NGN业务的QoS特性中最为关键的端到端时延，从业务的QoS需求出发，对语音业务的端到端时延进行了分析，给出了NGN中端到端时延的分配方法。

1、NGN业务的QoS分析

1.1NGN业务的QoS指标

　　业务数据在传送过程中可能会有很多因素影响业务的QoS，如链路带宽、设备处理性能、网络的稳定性等。从用户体验的角度来看，衡量业务的QoS指标主要有时延、抖动、丢包率、吞吐量和可用性。

1.1.1时延

　　时延是指IP包从网络入口点到达网络出口点所需要的传输时间。一些对时间敏感的应用，如实时的语音业务和视频业务对时延的要求最为严格。造成网络时延的主要因素可以简单地分为网络产生的时延和设备产生的时延。

　　设备产生的时延一般是指设备处理业务数据时产生的时延，这与设备的性能有很大关系，包括网络各个层面的设备，如SDH设备、路由设备和媒体网关等。网络产生的时延包括基本的传输时延(即电信号或光信号在物理媒介上传输所需的固有时延)和链路速率时延(即当链路速率低于数据发送速率时产生的时延)。

　　由于IP网络尽力而为的特性，设备产生的时延和网络产生的时延都还与实际网络中的数据流量状况有关。当数据量较大、网络和设备满负荷运转时。产生的拥塞和排队、调度和转发时延将会显著增加。

1.1.2抖动

　　语音信号是连续的，在发送端经过压缩打包后在IP网络中传输时，由于数据包传送的路径可能不同，因此不同的数据包到达接收端的时间也可能不同，导致接收端在回放语音时产生时断时续的状况，称为抖动。

　　接收端可以采用增加接收缓冲区的方式来对抖动产生的影响进行弥补。但是抖动缓冲区的大小将同时影响抖动和时延。如果抖动对语音质量产生了影响，那么增加抖动缓冲区的大小就可以将抖动减少到可以接受的程度；但是如果缓冲区过大，就会增加时延，同样会使得用户难以接受。

　　典型的抖动缓冲区产生的时延为20ms，但是通常会达到80ms。抖动缓冲区的大小需要根据具体的网络情况来设定。

　　1.1.3丢包率

　　一般情况下，数据包在网络中产生拥塞的点被丢掉，在传输线路中产生的错误包同样也会被丢掉。通常当接收包的数量超过了输出端口的大小限制时就会产生拥塞，由此而产生丢包。如果在包到达的一端没有足够的输入缓冲，也会造成丢包。丢包率通常被定义为一个连续若干个包以一定的时间间隔在网络中传送时，被丢掉的包所占的百分比。从用户体验的角度来讲，一般高于2%的丢包率便无法接受了。

1.1.4吞吐量

　　吞吐量是指网络中IP包的传输速率，可表示为平均速率或峰值速率。网络的吞吐量是衡量网络转发IP包的能力，主要取决于链路速率、节点设备的端口速率和网络的业务量状况。

1.1.5可用性

　　可用性是指用户能够使用IP业务可用性功能的时间间隔占IP业务全部时间间隔的百分比。在连续5min内，如果一个IP网络所提供的丢包率小于或等于75%，则认为该时间段是可用的，否则是不可用的。可用性主要用于衡量网络设备、链路正常提供业务的能力，确定该网络设备、链路是否能够支持连续可用的数据包传送业务。

1.2NGN业务的QoS需求

　　从用户所感知的业务服务质量来看，可以将NGN业务划分为4种主要类型：会话类、交互类、流媒体类和后台类。

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