延時抖動對分組網承載語音業務影響的分析

霍明德

重慶聯通網管中心

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延時抖動對分組網承載語音業務影響的分析

霍明德

重慶聯通網管中心

本文分析分組網承載數據IP包傳送過程的延時抖動、丟包率以及網絡擁塞、吞吐量等指標性能對語音業務的影響，提出采用TWAMP等新技術檢測方法、優化分組網組網結構和增加有效帶寬等技術手段，改善縮短數據包在分組網中傳送延時抖動，為分組網將要承載4G的VOLTE語音IP化做好技術準備。

延時 抖動 擁塞吞吐量 TWAMP

移動承載網IP化已經是全球運營商建設網絡傳送模式的必然發展趨勢。國內運營商已經部署了大規模的分組網絡，隨著業務量的增加，給IP化分組網絡不斷帶來沖擊和波動，如何以微秒級的高精度實時的監控、評測的網絡質量的變化情況對網絡承載的業務感知度影響非常大，比如單向、雙向的時延、抖動、丟包和錯序情況，特別語音業務對IP包的延時抖動非常敏感。如語音的abis延時要求單向小于15毫秒，抖動小于8毫秒，丟包率小于0.05%等。若這些指標超過門限值，會造成用戶的感知度非常差。

1　技術分析

延時與抖動延遲是不可避免的，數據包在鏈路中傳輸經過一定的時間，對于一個特定的網絡路徑，延遲主要有網絡、封裝、傳輸、傳播、排隊、處理等延時。而抖動是由于數據包到達目的地延遲的不同造成的。分組網結構一般是由核心、匯聚和接入組成，核心與匯聚一般4-5跳，接入層有些跳數達10幾跳，每一跳的數據處理都會有一定的延時。數據包傳送是根據RTP協議在發送端側的RTP報文頭上增加一個時間戳，在另外一端側接收數據包時同樣增加另外一個時間戳，通過計算這兩個不同的時間戳計算出數據包的延時時間。如果在傳送過程中存在不同的數據包延時就會造成存在抖動，抖動的大小取決于數據包的延時差異度，差異度越大抖動就會越大，解決避免抖動問題主要基于緩沖技術。

通常數據包延時的計算數學結論公式：

TRT—吞吐量（kb/s）

RTT—往返傳送時延（ms）P—分組丟失概率

MSS—最大段尺寸（byte）

從公式中可以得知，吞吐量隨著網絡傳送延時的增大而訊速下降，將導致網絡利用率降低以致網絡性能惡化。網絡的分組丟包率也是隨著網絡傳送延時的增大而增大，從此降低網絡性能。

2　優化改善數據包在分組網的延時抖動與檢測

2.1采用TWAMP新檢測技術手段

分組網數據包延時抖動的網絡測試主要有被動和主動監測。被動監測就是通過捕獲數據IP包進行分析，如目前廣泛使用的TCP-DUMP技術工具。該技術隨機不確定性強，若要準確監測網絡情況需要捕獲所有經過的數據流分析，但是數據流龐大難處理。而主動監測就是在網絡中主動增加少量的數據流監測網絡的質量，如雙向主動測量協議（TWAMP）RFC5357。

2.2優化網絡拓撲結構

分組網通用的三種組網方案：

（1）端到端都是L3轉發；

（2）是L2+L3；

（3）L2+L3。

在這三種方案中分界點與接入點對數據包延時抖動影響非常大，若在分界點處設備的處理能力有問題，會嚴重增加網絡數據包的延時抖動性能。如網絡結構不合理，會造成某一分界點的處理容量達到90%，這樣會造成數據包丟失或溢出，經過該分界處的數據包延時會加大，嚴重時會直接中斷。因此采用Mesh組網方式會使得IP數據包選擇最短路徑優先的選擇，“盡力而為——近距離傳送”的方式傳送，有效減少IP網絡分組傳送的延時。

2.3增加有效網絡帶寬，輕載傳送

從公式中可知增加有效的網絡帶寬數據包發送時延大大較低，增加有效帶寬更保證數據包準時到達目的不發生網絡擁塞，網絡負載過大時需要適當擴容增加帶寬，保證網絡帶寬使用率在不超過40%的范圍，在這種輕載的網絡中將會保證VOLTE數據包在主備鏈路保護倒換的情況下網絡不發生擁塞，使數據包傳送的延時指標仍然得到保證。

3　結束語

通過優化網絡結構、增加有效網絡帶寬和采用新技術TWAMP等協議對數據包在分組網的檢測，及時發現網絡性能指標，實時發現數據包的延時抖動的異常，這樣更加便于網絡維護人員對網絡的故障預警處理和快速網絡故障定位，提高網絡運行維護質量，改善客戶的感知度。但由于分組網技術在現階段還屬于新生技術，還存在很多不完善的技術缺點，特別是TWAMP技術的應用，使用過程中采集到的數據涉及到客戶的信息保密安全，網絡的安全等問題。

［1］晉玉星.計算機網絡技術［M］.科學出版社，2012

［2］龔倩，李允博.分組傳送網［M］.人民郵電出版社，2009

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