第7章：改进和保持语音质量

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延迟

总体或绝对延迟会影响VoIP的。你可能在与他人不同的大陆进行了电话交谈经验丰富的延迟。该延迟可以在谈话引起整个单词被切断，因此是非常令人沮丧。

当你设计一个网络传输分组语音，画面，​​或细胞的基础设施，重要的是要理解和考虑网络中的可预见的延迟组件。此外，还必须正确考虑所有可能的延迟，以确保整个网络的性能是可以接受的。整体语音质量的许多因素，包括压缩算法，错误和帧丢失，回声消除，和延迟的函数。

图7-2示出了各种来源和类型的延迟。请注意，有两种不同类型的延迟：

• 固定延迟组件是可以预见的，直接添加到连接上的总延迟。固定延迟组件包括以下内容：

• -编码-The花费的时间将音频信号转换成数字信号

  -打包-将数字语音信息放入包中并从包中删除信息所花费的时间

  -序列化比特插入-The到链路

  -传播-The花费的时间包穿过的链路

• 可变延迟从在位于连接到WAN的串行端口上的出中继线缓冲器排队延迟引起的。这些缓冲器创建可变延迟（即，抖动）跨网络。

图7-2

延迟的来源

可接受的延迟

国际电联指定网络延迟在建议G.114语音应用。该建议定义了单向延迟的三个频带，如表7-1所示。

表7 - 1组件和服务

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注意 -该建议是对于其中回声被充分地控制，这意味着回声消除器被用于连接。当单向时延超过25毫秒（G.131），回声消除器是必需的。

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这G.114建议向国家电信管理部门主导，因此比通常会在专用语音网络应用的建议更严格。当最终用户的位置和业务需求是众所周知的网络设计师，更多延迟可能证明是可以接受的。对于专用网络，一个200毫秒的延迟是一个合理的目标和250毫秒的延迟是有极限的。这个目标是什么思科提出合理的，只要过多的抖动不会影响语音质量。然而，所有的网络必须进行改造，以便最大期望的语音连接延迟是已知的和最小化。

在G.114建议是只能单向延迟和不考虑往返延迟。网络设计工程师必须考虑的变量，并在其设计固定延迟。可变延迟包括排队和网络延迟，而固定延迟包括编码，分组化，序列化和去抖动缓冲器延迟。表7-2提供了一个延迟预算计算的一个例子。

表7 - 2采样延迟预算

数据包丢失

丢失的数据包，如描述图7-3是可恢复的，如果端点可以请求重传。然而，失去了语音数据包是不可恢复的，因为音频必须实时和重传被播放出来是不是一种选择。

图7-3

数据包丢失

在下列情况下，可取消话音分组:

• 网络不稳定（扑链接）。

• 网络拥塞。

• 还有就是网络中过多的可变延迟。

丢包会导致语音削波和跳跃。其结果是，在听众听到对话中的空白。在思科的DSP使用的行业标准的编解码器（CODEC）的算法修正通过使用丢包补偿（PLC）算法20-50毫秒丢失的声音。PLC智能分析丢失的包，并产生一个合理的替代分组，以提高语音质量。思科VoIP技术将默认使用每个VoIP数据包语音有效载荷的20个毫秒样本。有效CODEC校正算法要求只有单个分组可以在任何给定的时间被丢失。如果更多的数据包丢失，听者体验差距。

如果一段谈话遇到丢包，效果立即听到。如果说健谈，“沃森，来到这里，我想你了，”听众可能会听到，“笏......，到这里来，......你。”

质量度量

为了便于管理，质量必须是可测量的。三种质量度量包括平均意见评分(MOS)、感知语音质量度量(PSQM)和感知语音质量评价(PESQ)。

MOS

MOS是语音质量评分系统。当听众评估预先记录的句子都受到不同的条件，如压缩算法将产生一个MOS得分。听众然后分配句子值的基础上，从1到5的等级，其中1为最差，5是最好的。用于英语语言测试MOS的一句话是，“如今，鸡腿是一个难得的菜。”用这句话，因为它包含了广泛发现的人类说话的声音，如长元音，短元音，硬的声音，柔和的声音。

然后将测试分数平均，以综合得分。因为它们是基于听众的意见的测试结果是主观的。所述测试也是相对的，因为3.8从一个测试分数不能直接相比，从另一个测试的得分为3.8。因此，基准需要建立针对所有测试，如G.711，这样分数可以归一化和直接比较。

PSQM

PSQM是测量语音质量的自动方法“在服务”，或者作为语音发生。PSQM软件通常居住与IP呼叫管理系统，有时融入简单网络管理协议（SNMP）系统。

可以测量PSQM的设备和软件可以通过第三方供应商获得，但不能在Cisco设备中实现。PSQM测量是通过比较原始传输的语音和传输通道远端产生的语音来实现的。PSQM系统被部署为服务内组件。PSQM测量是在网络上的实际会话中进行的。这种自动测试算法与主观听力测试(如MOS)相比，准确率超过90%。评分标准是0到6.5分，其中0分是最好的，6.5分是最差的。由于PSQM最初是为电路交换语音设计的，所以它没有考虑分组交换语音系统中出现的抖动或延迟问题。

PESQ

MOS和PSQM不推荐用于当今的VoIP网络。两者都是在VoIP技术出现之前设计的，并没有测量典型的VoIP问题，如抖动和延迟。例如，在VoIP网络中，当单向延迟超过500毫秒时，可以获得MOS评分3.8，因为MOS评估器没有双向对话的概念，只监听音频质量。不计算单向延迟。

PESQ，在被示出其操作图7-4，最初是由英国电信公司，Psytechnics和荷兰KPN的研究开发。它已演变成ITU标准P.862，这被认为是语音质量测量的当前标准。PESQ可以考虑CODEC错误，滤波误差，抖动问题，那是在VoIP网络典型的延迟的问题。PESQ结合了最好的PSQM方法与一个叫感知分析测量系统（PAMS）方法一起。PESQ得分范围从1（最差）至4.5（最好），与3.8认为是“长途质量”（即，在传统的电话网络上可接受的质量）。PESQ是为了测量只有一个声音品质的一个方面。双向通信的效果，如响度丢失，延迟，回声，和侧音，不会反映在PESQ得分。

图7-4

PESQ

许多设备供应商提供PESQ测量系统。这种系统既可单机或它们插入到现有的网络管理系统。PESQ被设计来镜像MOS测量系统。因此，如果3.2的分数由PESQ测量的3.2的分数应该使用MOS方法实现。

质量测量的比较

早期的质量测量方法，如MOS和PSQM，被广泛接受的VoIP技术的前设计。PESQ旨在解决MOS和PSQM的缺点。

MOS使用其中一组测试用户的平均意见被计算以创建MOS得分主观测试。这种方法既费时又昂贵，并且测试者的群体之间可能无法提供一致的结果。

PSQM和PESQ使用客观测试，将发送到系统的原始参考文件与输出的受损信号进行比较。这种测试方法提供了一种自动化的测试机制，不依赖于对结果计算的人工解释。然而，PSQM最初是为电路交换网络设计的，没有考虑抖动和丢包的影响。

PESQ测量的端至端的网络条件，包括编解码处理，抖动和分组丢失的效果。因此，PESQ是在IP网络中检测的语音质量的优选方法。表7-3提供了各种质量指标的比较。

表7语音质量测量的比较

服务质量的目标

为了确保VoIP的是标准的大众可接受的替代交换电话网络（PSTN）电话服务，客户必须接受语音传输的相同一贯的高品质，他们与基本电话服务接收。

像其他实时应用，VoIP是要涉及到的带宽和时延问题非常敏感。为了确保VoIP传输是可理解到接收器，语音分组无法被丢弃，过度延迟，或进行在延迟变化（即，抖动）。

VoIP的保证了高质量的语音传输只有当信令和音频通道数据包比其他类型的网络流量的优先级。成功部署VoIP必须满足相关的带宽，时延，抖动等问题，VoIP流量要求提供的语音质量可以接受的水平。服务质量通过执行下提供更好的，更可预测的网络服务：

• 支持专用的带宽-设计网络，使必要的带宽始终可用，以支持语音和数据流量

• 改善损耗特性-Designing帧中继网络，使得丢弃合格不含有语音的帧，保持承诺信息速率低于语音的一个因素（CIR）

• 避免和管理网络拥塞- 确保了局域网和广域网基础设施能够支持的数据业务和语音通话音量

• 塑造网络流量- 使用思科流量整形工具，以确保平稳和持续交付帧到WAN

• 设置跨网络的流量优先级-将语音流量标记为优先流量，并优先排队

Cisco路由器支持能够被利用以实现前述要点列出的目标的多个QoS机制。以下部分详细说明具体的QoS机制和谨慎对设计特性差。

使用的QoS提高话音质量

提供QoS的语音特性部署在网络的不同位置，并与其他QoS特性一起使用，以实现特定的目标，如最小化抖动和延迟。Cisco IOS包含一整套用于在整个网络中交付QoS的功能。以下是几个思科IOS功能的例子，以解决语音包交付要求的端到端QoS和服务差异化:

• 路由器的输出队列可以使用以下QoS机制:

• -基于类的加权公平排队（CBWFQ）-Extends通过提供一种用于用户定义的业务类别支持的标准加权公平排队（WFQ）功能。您可以通过使用CBWFQ创建语音业务特定类。

  -低延迟排队(LLQ)- 提供与CBWFQ结合严格优先级队列。LLQ配置的内CBWFQ一类，其中语音数据包在所有其他流量获得优先权的优先地位。LLQ被认为是通过WAN提供语音QoS服务的一个“最佳实践”由思科企业解决方案工程（ESE）组。

  -加权公平队列（WFQ）-Segregates流量分成流和然后调度流量以满足指定的带宽分配或延迟界限。

  -加权随机早期检测（WRED）- 提供不同类别的服务的差异化性能特征。具体而言，WRED下降优先级较低的流量高于优先级流量更积极地，作为接口的输出队列开始变得拥塞。

• 广域网或广域网协议可以使用下面的QoS机制：

• -基于类的治安- 提供用于分配流量源和目的地的带宽承诺和带宽限制的限速功能。同时，它规定了处理可能超过带宽分配流量策略。

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  注意 -基于类的通常警务替换先前由承诺访问速率（CAR）功能提供的速率限制功能。

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  -流量整形-Delays过量流量通过使用缓冲器或排队机制来保持数据包和形状的流动当所述源的数据速率高于预期。

  -帧中继论坛12（FRF.12）- 确保可预测性为语音通信提供更好的吞吐量在低速帧中继链路（即链接速度低于768 kbps的）。FRF.12交织延迟敏感的语音业务与长帧的片段。

  -多链路PPP (MLP)-允许大的包被多链路封装，碎片化，交错，使他们足够小，以满足实时流量的延迟要求。

VoIP流量可以使用下面的QoS机制：

-压缩的实时传输协议（CRTP）-The实时传输协议（RTP）是用于实时交通的运输，包括语音协议。RTP用途广泛标题为单独的数据包结合了时间戳。该CRTP功能压缩大量的RTP报头。结果被用于语音业务的可用带宽的消耗，在延迟相应减少降低。

-资源预留协议（RSVP）-RSVP支持跨IP网络的资源预留，允许终端系统向网络请求QoS保证。对于支持VoIP的网络，rsvp—连同提供排队、流量整形和语音呼叫信号的特性—为语音通信提供了呼叫允许控制(CAC)。

承认共同设计缺陷

诸如VoIP的延迟敏感的应用的成功实现需要小心地用从一端至另一端的QoS设计的网络。微调的网络，以充分支持VoIP涉及一系列的协议和功能面向对改善语音质量。

服务质量是网络的过度各种潜在的技术提供更好的服务水平，以选定的网络流量的能力。然而，服务质量是不是在网络基础架构所固有的。相反，服务质量是整个网络的战略使相应的QoS功能来实现。

可怜的设计特点是以下问题：

• 忽略第2点的QoS要求-QoS技术，如优先级2层拥塞管理，FRF.12，链路分段和交叉（LFI），和流量整形必须正确地配置。

• 忽略其他QoS要求-必须启用诸如LLQ、RTP、拥塞管理和拥塞避免等qos技术。

• 忽略带宽的考虑-Planning呼叫总数以及它们对数据带宽的影响是对网络的所有用户的关键。

• 仅仅简单地将VoIP的一个现有的IP网络- 当考虑的VoIP，网络管理员可能需要坚持一个完整的重新设计网络进行了全面的终端到终端的解决方案。

许多人认为，固定网络性能的最快方法是简单地添加了大量的带宽。这种方法可能在某些情况下的校园网络，其中从10 Mbps到100 Mbps或甚至1 GB链接升级也许可以很好地工作。然而，它并不总是可行的，在广域网增加带宽。从56 kbps到T1升级WAN电路可能是成本过高和用于在网络上的某些位置可能是不可能的。为了提供一个语音网络的有效性能，您应该配置QoS的整个网络，而不仅仅是上运行的VoIP设备。并非所有QoS技术适用于所有网络路由器。边缘路由器和骨干路由器在网络中不一定执行相同的操作。这些路由器上进行QoS的任务可能也不同。要配置IP网络进行实时的语音业务，则应当考虑两者的边缘和骨干路由器的功能，并相应选择合适的QoS工具。

AutoQoS的

将QoS部署的复杂性、时间和操作成本降至最低。Cisco AutoQoS将增值智能整合到Cisco IOS软件和Cisco Catalyst操作系统软件中，以提供和管理大规模的QoS部署。本节主要讨论Cisco IOS在路由器和Catalyst交换机平台上实现的自动qos。

AutoQoS特性

为了加快部署的QoS，用户界面必须简化。思科AutoQoS的地址通过，同时保持一个可调谐的解决方案自动化的QoS部署的以下五个主要方面这个问题：

• 应用分类- 思科AutoQoS的识别VoIP的控制和承载业务。思科AutoQoS的使用Cisco发现协议（CDP），以确保连接到局域网的设备是一个真正的IP电话。

• 策略生成-Cisco AutoQoS对网络环境进行评估，并在给定的接口、端口或永久虚拟电路(PVC)上自动生成初始策略。

• 组态- 随着一个命令，思科AutoQoS的配置端口为语音流量的优先级，而不会影响其他网络流量，同时还提供了灵活调整的独特网络环境的QoS设置。当思科IP电话重新定位或移动的QoS设置会自动禁用。

• 监测和报告-Cisco AutoQoS的提供可视性服务经由系统记录和SNMP陷阱部署的类。

• 一致性- 思科AutoQoS的政策旨在相互在思科设备协调工作，确保一致的终端到端到端的QoS。

的延迟敏感应用在网络中增加的部署（例如，语音，视频，以及其它多媒体应用程序）需要适当的QoS配置，以确保应用程序的性能。

思科AutoQoS的可用性之前，网络的适当的QoS配置所需的各种QoS特征的深刻理解（即，排队，丢弃，流量调节，队列深度，降阈值，脉冲串的参数，LFI，和RTP）。使用思科AutoQoS的有助于减少由自动配置装置与正确的QoS参数正确的QoS配置网络的复杂性。思科AutoQoS的能自动化服务质量的统一部署在思科路由器和交换机的功能。它能够根据网络环境和思科的最佳实践建议各种思科QoS的组件。

用户随后可以通过思科AutoQoS的产生调整参数，以满足他们的特殊应用需求。

思科AutoQoS的可以在WAN接口执行以下功能：

• 自动分类RTP有效载荷和VoIP控制分组（H.323，H.225单播，瘦客户端控制协议[SCCP]，会话发起协议[SIP]，和媒体网关控制协议[MGCP]）

• 构建了基于思科的模块化QoS命令行界面（MQC）配置方法用于VoIP业务的服务策略

• 规定LLQ优先队列VoIP持有人和带宽保证控制流量

• 使附着到思科的最佳实践，需要哪里WAN流量整形

• 使链路效率的机制，如LFI和RTP报头压缩（CRTP），其中所需的

• 提供SNMP和系统日志警报的VoIP数据包丢弃

思科AutoQoS的可以在LAN接口执行以下功能：