Next Generation Networks (NGN) ermöglichen den Telekommunikationsanbietern ein möglichst einheitliches Übertragungsverfahren für verschiedene Dienste. Auch Telefo-nie gehört dazu und wird heutzutage über NGN-Netze abgewickelt.
Die Sprachqualität spielt in NGN´s eine entscheidende Rolle, denn die Güte der alten Telefontechnik, wie beispielsweise ISDN, kann trotz qualitätssichernder Maßnahmen, kaum erreicht werden. Verschiedene Störfaktoren, wie Echo, Verzögerung und Paket-verluste können die Gesprächsqualität negativ beeinflussen.
Diese Arbeit beschäftigt sich daher mit der Erstellung eines Konzepts, mit dessen Hilfe die Sprachqualität in NGN´s ermittelt werden kann.
Hierbei wurde sowohl auf standardisierte Messmodelle als auch auf gezielte Auswer-tung der Störfaktoren eingegangen. Hierauf bezogen wurden in dieser Diplomarbeit so-wohl fertige Messlösungen, als auch eine selbst programmierbare Alternative vorge-stellt.
Für die Ermittlung der Sprachqualität mithilfe einer Standard-Messlösung spielen diver-se Faktoren eine Rolle, hierzu wurden verschiedene Methoden und Szenarien in dieser Arbeit vorgestellt.
Je nach Unternehmen, dessen Strategie und vor allem dessen Infrastruktur muss die in dem Konzept beschriebenen Messmethoden und Messverfahren mit mehr oder weniger starker Gewichtung berücksichtigt werden.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
1.1 Einführung
1.2 Motivation und Zielsetzung
2 Grundlagen
2.1 Netztechnologien für Sprachdienste
2.1.1 Klassische Telefonnetze
2.1.2 Netze der nächsten Generation – Next Generation Network
2.2 Protokolle
2.2.1 ATM (Asynchronous Transfer Mode)
2.2.2 SDH (Synchrone Digitale Hierarchie)
2.2.3 IPv4 (Internet Protocol Version 4)
2.2.4 IPv6 (Internet Protocol Version 6)
2.2.5 TCP (Transmission Control Protocol)
2.2.6 UDP (User Datagram Protocol)
2.2.7 RTP (Real Time Transport Protocol)
2.2.8 RTCP (Real-time control Protocol)
2.2.9 SIP (Session Initiation Protocol)
2.3 Sprachkodierung
2.3.1 PCM (Puls-Code-Modulation)
2.3.2 DPCM (Differenz-Puls-Code-Modulation)
2.3.3 LD-CELP (Low-Delay Code-Excited Linear-Predictive)
2.3.4 CS-ACELP (Conjugate Structure Algebraic Code-Excited Linear-Predictive)
2.4 Sprachqualität
2.5 Störfaktoren
2.5.1 Echo
2.5.2 Delay
2.5.3 Jitter
2.5.4 Packet loss
2.6 Messmodelle
2.6.1 MOS (Mean Opinion Score)
2.6.2 PESQ (Perceptual Evaluation of Speech Quality)
2.6.3 E-Modell
2.6.4 R-Faktor
3 Konzept
3.1 Auswahl des Messverfahren
3.2 Evaluierung der Mess-Lösungen
3.2.1 VQmon
3.2.2 Zumara
3.2.3 Opera
3.2.4 Trafficlyser TraceSim VoIP
3.2.5 Alternative
3.2.6 Beurteilung
4 Systemkonzeptionierung
4.1 Technische Voraussetzung
4.2 Testumgebung
4.2.1 Messmethode
4.2.2 Messszenarien
4.2.3 Codecs
4.2.4 Auslastung
4.2.5 Messphasen
5 Fazit und Ausblick
Zielsetzung & Themen der Arbeit
Das Hauptziel dieser Diplomarbeit besteht in der Erstellung eines Konzepts zur Analyse der Sprachqualität in Next Generation Networks (NGN). Die Arbeit untersucht, wie Telekommunikationsunternehmen die Dienstgüte ihrer Netze unabhängig von spezifischen Monitoring-Systemen objektiv überwachen können, um Engpässe frühzeitig zu erkennen und die Netzoptimierung gezielt zu unterstützen.
- Grundlagen moderner Netztechnologien (NGN) und relevanter Übertragungsprotokolle (SIP, RTP, RTCP).
- Analyse technischer Störfaktoren wie Echo, Delay, Jitter und Paketverlust.
- Vergleich und Bewertung von Messmodellen (MOS, PESQ, E-Modell) zur Beurteilung der Sprachqualität.
- Evaluierung existierender Software-Lösungen zur Qualitätssicherung in VoIP-Umgebungen.
- Konzeption einer Systemlandschaft und geeigneter Messmethodik für die QSC AG.
Auszug aus dem Buch
2.5.3 Jitter
Im IP-Netz werden Telefonverbindungen verbindungslos übertragen, da ihnen kein gesicherter Kanal zur Verfügung steht. Aus dem Grund wird nach dem sogenannten „Best Effort“-Prinzip gearbeitet. Hierbei wird die Auslieferung nach bestem Bemühen gehandhabt. Jedes Sprachpaket sucht sich demnach seinen eigenen Weg durch das IP-Netz, unabhängig von dem Weg, die von anderen Paketen verwendet wurde. Dadurch ist es unvermeidbar, dass jedes Paket eine individuelle Verzögerung hat, und somit die Pakete nicht mehr in dem gleichen Zeitabstand, mit dem sie gesendet wurden, ihr Ziel erreichen. Diese Zeitschwankung wird als Jitter bezeichnet. Da jedoch alle Sprachpakete in gleichen Zeitintervallen abgesendet werden und entsprechend beim Empfänger auch in gewissen Zeitintervallen die Pakete erwartet werden, wirkt sich der Effekt schlecht auf die Sprachqualität aus. Diese Schwankungen werden jedoch in der Regel durch einen sogenannten Jitter-Puffer ausgeglichen. Bei diesem Puffer werden die Pakete für eine kurzen Moment zwischengespeichert, damit sie zu dem Zeitpunkt, zu dem sie benötigt werden, zur Verfügung gestellt werden.
Zu hohe Jitter-Werte verursachen jedoch Störungen, denn Verzögerungen können nicht mehr durch den Puffer ausgeglichen werden.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Beschreibt die Bedeutung von Sprachqualität als Kommunikationsgut und die Notwendigkeit, neue Verfahren für moderne Next Generation Networks (NGN) zu entwickeln.
2 Grundlagen: Vermittelt technisches Wissen zu Netztechnologien, Protokollen wie SIP und RTP sowie Messmodellen und Störfaktoren, die die Sprachqualität beeinflussen.
3 Konzept: Erarbeitet ein systematisches Vorgehen zur Auswahl geeigneter Messverfahren und bewertet verschiedene Software-Lösungen zur Analyse der Sprachgüte.
4 Systemkonzeptionierung: Detailliert die praktische Implementierung einer Testumgebung, definiert Messszenarien und behandelt Anforderungen an Messphasen sowie Netzwerkauslastung.
5 Fazit und Ausblick: Resümiert die Ergebnisse der Arbeit und gibt Handlungsempfehlungen für Unternehmen hinsichtlich der Messstrategien und zukünftiger Netzherausforderungen.
Schlüsselwörter
Sprachqualität, NGN, VoIP, SIP, RTP, RTCP, Jitter, Delay, Paketverlust, MOS, PESQ, E-Modell, Messverfahren, Netzwerkoptimierung, QSC AG
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Diplomarbeit grundsätzlich?
Die Arbeit befasst sich mit der Entwicklung eines Konzepts zur objektiven Messung und Analyse der Sprachqualität in paketbasierten Next Generation Networks (NGN).
Was sind die zentralen Themenfelder der Arbeit?
Die zentralen Felder umfassen die Netzwerktechnik, die Protokollstruktur von VoIP-Systemen, die physikalischen sowie logischen Störfaktoren in IP-Netzen und die Anwendung standardisierter Messmodelle.
Welches primäre Ziel verfolgt die Arbeit?
Das primäre Ziel ist es, ein Konzept zu liefern, das es Betreibern wie der QSC AG ermöglicht, Sprachqualität in ihren Netzen objektiv zu bewerten, um Engpässe zu identifizieren und die Netzleistung zu optimieren.
Welche wissenschaftlichen Methoden werden verwendet?
Die Arbeit basiert auf einer fundierten Literaturanalyse technischer Standards sowie einer vergleichenden Analyse von Messmethoden und Software-Tools zur Überwachung von VoIP-Verbindungen.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in theoretische Grundlagen zu IP-Protokollen und Sprachkodierung, die Definition von Störgrößen, die Evaluierung spezifischer Messlösungen und die konkrete Systemkonzeptionierung für ein Test-Szenario.
Welche Schlüsselbegriffe charakterisieren diese Arbeit?
Die Arbeit wird maßgeblich durch Begriffe wie Sprachqualität, VoIP-Protokolle, objektive Messmodelle, Jitter, Delay und Netzwerkauslastung geprägt.
Warum ist eine Zeitsynchronisation für die Delay-Messung so entscheidend?
Da Messungen im Backbone sehr präzise sein müssen, führt bereits eine geringe Asynchronität zwischen Sender und Empfänger bei der Paketlaufzeitberechnung zu verfälschten Ergebnissen, die keine verlässliche Aussage zulassen.
Welchen Vorteil bietet das E-Modell gegenüber dem PESQ-Verfahren?
Das E-Modell ist ein rechnergestütztes Modell, das aus verschiedenen Parametern wie Echo, Rauschen und Verzögerung den R-Faktor berechnet, während PESQ eher auf dem direkten Vergleich von Referenz- und Testsignalen basiert.
Wie lassen sich Jitter und Paketverlust in der Praxis berechnen?
Der Autor zeigt auf, wie durch das Auswerten von RTCP-Nachrichten oder durch direkte Paketanalysen mit Tools wie Wireshark die entsprechenden Werte für Laufzeitschwankungen und Verlustraten ermittelt werden können.
- Quote paper
- Wishal Mehra (Author), 2011, Erstellung eines Konzepts zur Analyse der Sprachqualität in Next Generation Networks, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/188157
