Программно аппаратный комплекс для оценки параметров сетей, обеспечивающих телефонные услуги связи

Программно-аппаратный комплекс для оценки параметров сетей, обеспечивающих телефонные услуги связи

Ключевые слова: разборчивость, качество, услуги связи, изменение нумерации, сложносоставные числительные.

Данная работа посвящена разработке программно-аппаратного комплекса (ПАК) для оценки параметров сетей, обеспечивающих телефонные услуги связи. Приводится разработанный алгоритм функционирования и структурный состав ПАК. Предлагаемый комплекс предусматривает: возможность выбора типа кодека; изменение сетевых параметров; ввод значения числа КПВ; выбор кода города; выбор между вводом привычного и случайным номером; повторное воспроизведение фонограмм; расчет МОБ-оценки фонограммы методом РЕБО; предварительный расчет МОБ-оценки при помощи калькулятора Е-модели. Расчет теоретических значений МОБ-оценки производится при вводе и/или изменении соответствующих параметров, относящихся к передаче 1Р-пакетов. Пользовательский интерфейс программы включает в себя элементы ввода и отображения информации. В программе для формирования сообщений о набранном номере, использован синтез на уровне слов. Расположение файлов с фонограммами, об измененном телефонном номере, отдельно от исполняемого файла, позволяет изменять их с учетом появления новых методов кодирования информации. В эксперименте использована разборчивость сложносоставных числительных, позволяющая точно оценить качество передаваемой речи, за счет отсутствия логической возможности восстановить пропущенную информацию из контекста.

Венедиктов М.Д.,

дт.н., Профессор каф. ТиЗВ ФГОБУ ВПО МТУСИ

Рысин Ю.С., к.т.н., Профессор каф. ТиЗВ ФГОБУ ВПО МТУСИ

Терехов А.Н., Заведующий НИЛ-7 ФГОБУ ВПО МТУСИ K.an1@srdmtuci.ru

Разработанный ПАК позволяет имитировать предоставление телефонных услуг связи и определение допустимого значения NP/QoS/QoE, предназначен для вычисления теоретических и получения практических значений MOS-оценки. При синтезе фонограмм учитывалось, что надежное восприятие паузы в речевом сигнале происходит при её длительности 150-200 мс [5]. Сложносоставные числительные записаны профессиональным диктором, подготовившим большинство фонограмм, используемых при изменении телефонной нумерации. Для имитационного моделирования, применяемых на телефонной сети аудиоинформационных устройств (АИУ), фонограммы представлены в формате 9-разрядной линейной ИКМ. Они имеют оценку MOS=4,01, и учитывают затухание контрольно-измерительного тракта [2, 3]. Рекомендация [4] предлагает минимальный интервал для выполнения оценок, связанных с предоставлением речевых услуг связи, составляет порядка 10-20 секунд с характерной скоростью передачи пакетов (от 50 до 100 пакетов в секунду), также интервал должен иметь верхнее ограничение в пределах нескольких минут с использованием информационных полей пакетов размером 160 или 1500 октет. В качестве эталонной фонограммы предлагается использовать следующую фразу: «В связи с модернизацией телефонной сети набранный вами номер изменился, поэтому просьба набирать следующий номер 8 ABC abc хххх. Просим прощения за причинённые неудобства. Желаем всего хорошего». Данная фраза удовлетворяет требованиям, указанным в [4,12].

Программно-аппаратный комплекс включает в себя: возможность выбора типа кодека; изменение сетевых параметров; ввод значения КПВ; выбор кода города; выбор между вводом привычного и случайным номером; повторное воспроизведение фонограмм; расчёт MOS-оценки фонограммы методом PESQ; предварительный расчёт A/OS-оценки при помощи калькулятора Е-модели.

Коэффициент эффективности попыток вызовов *эпврыт определяют по формуле

m m

^ЭИВQoE ~ ^nmiQoE ) / ^ОЬЩУо£ ) ,

)-\ У-1

где ^пнн<ЮЕ=НШУЦШ ККХ^ - количество правильно набранных номеров; - количество набранных изменён-

ных номеров; Кт„р ~ коэффициент восприятия, учитывающий мешающие факторы; - общее количество

номеров набранных одним экспертом; m - число экспертов.

Случайная величина времени задержки в сети представляет собой сумму случайных значений задержки в объектах сети, через которые проходит виртуальное соединение (звенья, коммутационные устройства) и определяется следующим соотношением

^-f-+f«p*+£hr)<v\

/./ j.l

где М-количество звеньев в виртуальном соединении; N - количество узлов коммутации; - время пакетизации (ввода информации пользователя в фрейм (кадр или пакет), подлежащий передаче); tPu- время распространения сигнала в /-ом звене; - время обслуживания фрейма в у-ом коммутационном устройстве в условиях отсутствия очереди; tj" - время ожидания фрейма в очереди в j-ом коммутационном устройстве.

Соотношение (2) представляет собой адекватную модель времени задержки, если процессы обработки в коммутационных устройствах и доставки в отдельных звеньях являются статистически независимыми. На этом основании считают, что джиттер времени доставки определяется только очередями в коммутационных устройствах, где фреймы ожидают передачи в требуемом направлении [7].

Одним из основных профилей для услуг телефонной, является кодек, осуществляющий преобразование речевого сигнала в формат, соответствующий каналу передачи. Основные кодеки речи, стандартизованные ITU-T, представлены в табл. 1.

Оценка качества передачи речи от выбора кодека |8|

Таблица 1

Кодирование речи С. 711, С. 726, в. 728 С. 723.1 С. 729о, С. 729 СОМА (СЕІРІ ОСЕІР) вБМ МЕЬР ТЕТЯА/ АСЕЬР АМИ/ АСЕЬР

Номинальная оценка МОБ 4,2...4,3 3,7...3,9 3,4...4,0 3,0...4,0 3,6 3,5 3,4 3,8

Задержка, мс 0,125 0,625 30 10 10 20 45 30 20

Примеры типичных задержек, вносимых ролью маршрутизатора

Таблица 2

Роль Средняя общая задержка (сумма организации очереди и обработки) Изменение задержки

Шлюз доступа 10 мс 16 мс

Межсетевой шлюз 3 мс 3 мс

Распределение 3 мс 3 мс

Ядро 2 мс 3 мс

Соответствие сети нормам по потерям вызовов, введённых в (7|

Таблица 3

Норма потерь вызовов, % 0,1 2,0 3,0 5,0 Суждение о состоянии сети, обеспечиваемое с доверительной вероятностью равной 0,95

Необходимое количество вызовов 818 41 27 16 Если оценка КПВ, % превышает указанный предел после любого вызова в цикле указанной длины, то сеть не соответствует требованиям

Оценка КПВ, % >0,245 >4,879 >7,408 >12,500

Необходимое количество вызовов 2994 235 156 92 Если оценка КПВ, % не превышает указанный предел по завершении последнего вызова в цикле указанной длины, то сеть соответствует требованиям

Оценка КПВ, % < 0,000 < 0,426 <0,642 < 1,087

Алгоритм PESQ оценивает качество речи по стандартизированной в телекоммуникационной отрасли пятибалльной шкале - от 1 до 5 [8]. Однако оценка PESQ не превышает 4.5, поскольку обычно это максимальный показатель, получаемый путем субъективного тестирования по алгоритму МОБ [9]. В таблице 2 приведены примеры типичных задержек, вносимых маршрутизатором.

При моделировании значений задержки в рамках международного речевого обмена, необходимо прибавить соответствующее значение из [9]. Для проверки соответствия сети нормам по потерям вызовов возможно использовать данные, приведённые в таблице 3 «Требования к организационно-техническому обеспечению устойчивого функционирования сети связи общего пользования».

На рисунке 1 приведён разработанный алгоритм функционирования ПАК. Для компьютерного моделирования необходимо наличие: телефонного аппарата; компьютера с установленной в него звуковой картой; фонограмм с номерами телефонов, сформированных с учётом затухания контрольно-измерительного тракта; ПО фиксирующее число правильно набранных номеров и их общее количество; группы экспертов, состав и возрастные требования которой, определяется в соответствии с [12].

На рисунке 2 представлен пример скриншота вычисления МОБ-оценки с использованием встроенного калькулятора £-модели. Укрупнено, функционирование программного продукта состоит из: получения предварительной оценки качества предоставляемой услуги с использованием, описанной в [1] £-модели; синтеза фонограмм с последующей оценкой методом РЕБ(); прослушивания фонограмм; ввода прослушанного телефонного номера; вычисления оценки коэффициента ЭПВ.

Как видно из рисунка 3, вызов осуществляется через сети: доступа №1; коммутации №1; транспортную сеть; коммутации №2 и доступа №1. Каждая из указанных сетей обладает собственными параметрами: задержкой, вариацией, потерей и ошибкой передаваемых /Р-пакетов, которые возможно изменять используя окна ввода, расположенные непосредственно под изображением соответствующей сети. Суммарные параметры отображаются в соответствующем окне вывода. В левом нижнем углу расположено меню выбора типа используемого в данном сеансе связи типа кодека. Оценка каждой фонограммы отображается в окне МОБ. В правом верхнем углу отображается окно выбора числа контроля посылов вызова до момента ответа автоответчика.

I Теремов АЛ. Мп ОДИК4І оценки иіш-чп та г киї ирио

Калькулятор MOS Справка

с G 726 С G 728 <”'6.723 С G 729а С СОМА с GSM6.10 с CQTT a-law PCM

Ьеть доступа

Зааержка 1“ tj МС

Вариация 1° і] МС

Ошибки 1° І| *

Потери 1° і] *

г

LeTb КОММ» Зааержка рации 1° ЕІ МС

Вариация 1° И МС

Ошибки |о ; 3 *

Потери 1° : 5J *

Задержка [о-Вариация Ід Ошибки ГГ Потери [о

MOS = 4 600

кпе Г S АИУ

коммутации

мбки

\° sj МС

1° ї] МС

\в 1] *

1° *1 *

Сеть доступа Зааержка Р-З-

Вариация |о jjj ^

0о*^.и [о х

Потери |о X

Количество наборов по первому варианту - 0 Количество наборов по второму варианту  0

Обшее число иабренг^мх номеров - 0

Число правильно набранных номеров » 0

Число повторны* прослушаний » 0 Количество наборов по третьему варианту - 0 _ _ ___

Процент эФФективньм попыток вызова  0.000

Количество наборов по четвертому варианту  0 (• Кои вызываемого абонента 495

(~~ Код вызываемого абонента 498

Количество наборов по пятому варианту - 0 Количество наборов по шестому варианту • О Количество наборов по соаьмому вар»«акту - 0

(• В всю привычного номера С В всю случайного номера

Запуск Фонограммы

Рис. 3. Вывод информации о MOS-оценке, прослушанной аудитором фонограммы

В программе предусмотрена возможность исследования влияния на коэффициент эффективных попыток вызова семи вариантов изменения телефонного номера и их подсчёт, а также ввод привычного номера и произвольного номера. Запуск программы осуществляется нажатием кнопки «Запуск фонограммы». После запуска программы, в появившемся окне необходимо указать привычный 7м" значный номер телефона в формате 1234567 (например домашнего телефона). Затем прозвучит сообщение: «Внимание номер телефона изменен на новый»; и номер с внесенными изменениями. Введите прослушанный номер телефона в окно для ввода и нажмите «ОК». В случае правильного ввода звучит следующий вариант номера телефона с новыми изменениями.

В случае неверного ввода воспроизведется сообщение: «Ввод неверен» и фонограмма повторяется. Предыдущие пункты автоматически повторяются для всех 7 вариантов измененных номеров телефона, до правильного набора аудитором воспроизведённого номера. После ввода последнего номера высветиться табличка «Ваше тестирование завершено, пригласите следующего». Прослушивание фонограммы производится с помощью наушников или телефонной трубки и предусматривает выбор: типа кодека; установку параметров для различных сетей; выбор кода вызываемого абонента; привычного номера и номера со случайной генерацией; задание количества «КПВ» (гудков); воспроизведения фонограммы; сохранения результатов в файл «отчет.Ш» (блокнот).

Файл отчёта содержит следующую информацию: фамилию имя отчество; дату и время начала и завершения тестирования в формате [чч.мм.гг, чч:мм:сс]; общее число набранных и правильно набранных номеров; процент эффективных попыток вызова; число повторных прослушаний; количество наборов по семи вариантам сложности изменения телефонного номера.

Выводы

1. Интегрированный в имитационную модель off-line вариант реализации калькулятора, основанного на [1], позволяет получить предварительную (теоретическую) MOS-оценку качества передачи речи и осуществить её сравнение с результатами моделирования.

2. Для исследования качества предоставляемых телефонных услуг связи, осуществляемых с использованием IP-сетей, предложено использовать фразовую разборчивость, включающую в себя сложносоставные числительные, позволяющей регулировать задержку и вариацию задержки, имитируя функционирование VAD.

3. Предложенный алгоритм, использующий метод оценки качества передачи речи PESQ [11], позволяет получить объективную оценку каждой синтезируемой фонограммы и поставить ей в соответствие субъективную реакцию аудитора, отражающуюся на коэффициенте эффективных попыток вызова.

4. Алгоритм подготовки фонограмм позволяет учесть влияние на качество передачи речи, существующие кодеки, а также добавлять в имитационную модель фонограммы с новыми кодеками.

Литература

1. Рекомендация G.107.

2. Рысин Ю.С.. Терехов А.Н. Методика оценки числа эффективных попыток вызова с учётом восприятия информации абонентом. Труды конференции. «Телекоммуникационные и вычислительные системы». — М.: МАИ, МФИ-2011, ноябрь 2011. -С. 198-199.

3. Рысин Ю.С.. Терехов А.Н. Методика выявления и оценки факторов, влияющих на качество услуг телефонной связи, учитывающая психофизиологию восприятия информации абонентом, при модернизации ГТС. Труды конференции. «Телекоммуникационные и вычислительные системы». - М.: МАИ, МФИ-2011, ноябрь 2011. - С.207-208.

4. Рекомендация ITU-T Y. 1541.

5. Кривнова О.Ф. Управление общим темпом произнесения при автоматическом синтезе речи / Труды XV сессии Российского акустического общества РАО. - Н. Новгород, 2004.

6. Савин К.А. Проект Рекомендации МСЭ-Т 0.3915 -как общий подход к тестированию услуг NGN. Международная конференция опыт реализации систем контроля параметров функционирования сети для обеспечения качества услуг в сетях операторов связи. — Москва 27-29 апреля 2011.

7. Об утверждении Требований к организационнотехническому обеспечению устойчивого функционирования сети связи общего пользования. Приказ Мининформсвязи РФ, 2007. №113.

8. Кочеров А.В. Качество и устойчивость ТфОП это просто / T-Comm - Телекоммуникации и трансопрт, 2010. Спец вып. Метрология. - С. 16-22.

9. Андреев Д.В., Вискова, Е.В. Шалагинов В.А. Технологическое развитие и подходы к обеспечению QoS и SLA операторами связи / Вестник связи, 2010. №11.

10. Hyun-Jong Kiml, Dong-Hyeon Lee I и др. The QoE Evaluation Method through the QoS-QoE Correlation Model. Fourth International Conference on Networked Computing and Advanced Information Management.

11. Рекомендация P. 862.

12. ГОСТ P 50840-95. Передача речи по трактам связи. Методы оценки качества, разборчивости и узнаваемости.

Hardware-software complex for estimating parameters оf networks, allowing phone communication services

Venediktov M.D., Rysin Y.S., Terekhov A.N., MTUCI, Russia, Kant@srd.mtuci.ru

Abstract

This work is dedicated to the development of hardware and software (PAC) and is aimed to estimate the parameters of networks providing mobile communication services. An algorithm developed functioning and structural composition of the PAC is presented. The proposed complex includes: the ability of choice of the type of codec, change of the network parameters, the input value of the CPV, the choice of the city code, the choice between entering the familiar and randomly numbered, repeated reproduction of phonograms, the calculation of MOS-rated soundtrack by PESQ; preliminary calculation of the MOS- evaluation using a calculator E-model. The calculation of the theoretical values of MOS-assessment is made at the input and / or changing of the relevant parameters related to the transmission of IP-packets. The user interface includes elements of input and display. The program of generation of reports on the number dialed, uses the synthesis at the level of words. Arrangement of files with phonograms, Change phone number, separate from the Executive Board file allows to modify them in the light of new methods of coding information. In the experiments, intelligibility Compound numerals to accurately assess the quality of speech, due to the lack of a logical possibility to recover the missing information out of context is used.

Keywords: intelligibility, quality, communication services, change telephone numbering, compound numerals.