延時(shí)抖動(dòng)對(duì)分組網(wǎng)承載語音業(yè)務(wù)影響的分析

霍明德

重慶聯(lián)通網(wǎng)管中心

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延時(shí)抖動(dòng)對(duì)分組網(wǎng)承載語音業(yè)務(wù)影響的分析

霍明德

重慶聯(lián)通網(wǎng)管中心

本文分析分組網(wǎng)承載數(shù)據(jù)IP包傳送過程的延時(shí)抖動(dòng)、丟包率以及網(wǎng)絡(luò)擁塞、吞吐量等指標(biāo)性能對(duì)語音業(yè)務(wù)的影響，提出采用TWAMP等新技術(shù)檢測方法、優(yōu)化分組網(wǎng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)和增加有效帶寬等技術(shù)手段，改善縮短數(shù)據(jù)包在分組網(wǎng)中傳送延時(shí)抖動(dòng)，為分組網(wǎng)將要承載4G的VOLTE語音IP化做好技術(shù)準(zhǔn)備。

延時(shí) 抖動(dòng) 擁塞吞吐量 TWAMP

移動(dòng)承載網(wǎng)IP化已經(jīng)是全球運(yùn)營商建設(shè)網(wǎng)絡(luò)傳送模式的必然發(fā)展趨勢。國內(nèi)運(yùn)營商已經(jīng)部署了大規(guī)模的分組網(wǎng)絡(luò)，隨著業(yè)務(wù)量的增加，給IP化分組網(wǎng)絡(luò)不斷帶來沖擊和波動(dòng)，如何以微秒級(jí)的高精度實(shí)時(shí)的監(jiān)控、評(píng)測的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的變化情況對(duì)網(wǎng)絡(luò)承載的業(yè)務(wù)感知度影響非常大，比如單向、雙向的時(shí)延、抖動(dòng)、丟包和錯(cuò)序情況，特別語音業(yè)務(wù)對(duì)IP包的延時(shí)抖動(dòng)非常敏感。如語音的abis延時(shí)要求單向小于15毫秒，抖動(dòng)小于8毫秒，丟包率小于0.05%等。若這些指標(biāo)超過門限值，會(huì)造成用戶的感知度非常差。

1　技術(shù)分析

延時(shí)與抖動(dòng)延遲是不可避免的，數(shù)據(jù)包在鏈路中傳輸經(jīng)過一定的時(shí)間，對(duì)于一個(gè)特定的網(wǎng)絡(luò)路徑，延遲主要有網(wǎng)絡(luò)、封裝、傳輸、傳播、排隊(duì)、處理等延時(shí)。而抖動(dòng)是由于數(shù)據(jù)包到達(dá)目的地延遲的不同造成的。分組網(wǎng)結(jié)構(gòu)一般是由核心、匯聚和接入組成，核心與匯聚一般4-5跳，接入層有些跳數(shù)達(dá)10幾跳，每一跳的數(shù)據(jù)處理都會(huì)有一定的延時(shí)。數(shù)據(jù)包傳送是根據(jù)RTP協(xié)議在發(fā)送端側(cè)的RTP報(bào)文頭上增加一個(gè)時(shí)間戳，在另外一端側(cè)接收數(shù)據(jù)包時(shí)同樣增加另外一個(gè)時(shí)間戳，通過計(jì)算這兩個(gè)不同的時(shí)間戳計(jì)算出數(shù)據(jù)包的延時(shí)時(shí)間。如果在傳送過程中存在不同的數(shù)據(jù)包延時(shí)就會(huì)造成存在抖動(dòng)，抖動(dòng)的大小取決于數(shù)據(jù)包的延時(shí)差異度，差異度越大抖動(dòng)就會(huì)越大，解決避免抖動(dòng)問題主要基于緩沖技術(shù)。

通常數(shù)據(jù)包延時(shí)的計(jì)算數(shù)學(xué)結(jié)論公式：

TRT—吞吐量（kb/s）

RTT—往返傳送時(shí)延（ms）P—分組丟失概率

MSS—最大段尺寸（byte）

從公式中可以得知，吞吐量隨著網(wǎng)絡(luò)傳送延時(shí)的增大而訊速下降，將導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)利用率降低以致網(wǎng)絡(luò)性能惡化。網(wǎng)絡(luò)的分組丟包率也是隨著網(wǎng)絡(luò)傳送延時(shí)的增大而增大，從此降低網(wǎng)絡(luò)性能。

2　優(yōu)化改善數(shù)據(jù)包在分組網(wǎng)的延時(shí)抖動(dòng)與檢測

2.1采用TWAMP新檢測技術(shù)手段

分組網(wǎng)數(shù)據(jù)包延時(shí)抖動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)測試主要有被動(dòng)和主動(dòng)監(jiān)測。被動(dòng)監(jiān)測就是通過捕獲數(shù)據(jù)IP包進(jìn)行分析，如目前廣泛使用的TCP-DUMP技術(shù)工具。該技術(shù)隨機(jī)不確定性強(qiáng)，若要準(zhǔn)確監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)情況需要捕獲所有經(jīng)過的數(shù)據(jù)流分析，但是數(shù)據(jù)流龐大難處理。而主動(dòng)監(jiān)測就是在網(wǎng)絡(luò)中主動(dòng)增加少量的數(shù)據(jù)流監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量，如雙向主動(dòng)測量協(xié)議（TWAMP）RFC5357。

2.2優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

分組網(wǎng)通用的三種組網(wǎng)方案：

（1）端到端都是L3轉(zhuǎn)發(fā)；

（2）是L2+L3；

（3）L2+L3。

在這三種方案中分界點(diǎn)與接入點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)包延時(shí)抖動(dòng)影響非常大，若在分界點(diǎn)處設(shè)備的處理能力有問題，會(huì)嚴(yán)重增加網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的延時(shí)抖動(dòng)性能。如網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不合理，會(huì)造成某一分界點(diǎn)的處理容量達(dá)到90%，這樣會(huì)造成數(shù)據(jù)包丟失或溢出，經(jīng)過該分界處的數(shù)據(jù)包延時(shí)會(huì)加大，嚴(yán)重時(shí)會(huì)直接中斷。因此采用Mesh組網(wǎng)方式會(huì)使得IP數(shù)據(jù)包選擇最短路徑優(yōu)先的選擇，“盡力而為——近距離傳送”的方式傳送，有效減少IP網(wǎng)絡(luò)分組傳送的延時(shí)。

2.3增加有效網(wǎng)絡(luò)帶寬，輕載傳送

從公式中可知增加有效的網(wǎng)絡(luò)帶寬數(shù)據(jù)包發(fā)送時(shí)延大大較低，增加有效帶寬更保證數(shù)據(jù)包準(zhǔn)時(shí)到達(dá)目的不發(fā)生網(wǎng)絡(luò)擁塞，網(wǎng)絡(luò)負(fù)載過大時(shí)需要適當(dāng)擴(kuò)容增加帶寬，保證網(wǎng)絡(luò)帶寬使用率在不超過40%的范圍，在這種輕載的網(wǎng)絡(luò)中將會(huì)保證VOLTE數(shù)據(jù)包在主備鏈路保護(hù)倒換的情況下網(wǎng)絡(luò)不發(fā)生擁塞，使數(shù)據(jù)包傳送的延時(shí)指標(biāo)仍然得到保證。

3　結(jié)束語

通過優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、增加有效網(wǎng)絡(luò)帶寬和采用新技術(shù)TWAMP等協(xié)議對(duì)數(shù)據(jù)包在分組網(wǎng)的檢測，及時(shí)發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)，實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)包的延時(shí)抖動(dòng)的異常，這樣更加便于網(wǎng)絡(luò)維護(hù)人員對(duì)網(wǎng)絡(luò)的故障預(yù)警處理和快速網(wǎng)絡(luò)故障定位，提高網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行維護(hù)質(zhì)量，改善客戶的感知度。但由于分組網(wǎng)技術(shù)在現(xiàn)階段還屬于新生技術(shù)，還存在很多不完善的技術(shù)缺點(diǎn)，特別是TWAMP技術(shù)的應(yīng)用，使用過程中采集到的數(shù)據(jù)涉及到客戶的信息保密安全，網(wǎng)絡(luò)的安全等問題。

［1］晉玉星.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)［M］.科學(xué)出版社，2012

［2］龔倩，李允博.分組傳送網(wǎng)［M］.人民郵電出版社，2009

［3］徐榮，任磊，鄧春勝.分組傳送技術(shù)與測試［M］.人民郵電出版社，2009