圖2 NGN語(yǔ)音業(yè)務(wù)端到端時(shí)延分布
實(shí)時(shí)交互語(yǔ)音業(yè)務(wù)是NGN的重點(diǎn)業(yè)務(wù)，影響業(yè)務(wù)質(zhì)量最主要的因素就是時(shí)延、抖動(dòng)和丟包。選擇合適的語(yǔ)音打包長(cháng)度、去抖時(shí)延大小以及回聲抑制的程度，可以獲得最佳的語(yǔ)音質(zhì)量。由于當前IP分組網(wǎng)的固有特性和低比特語(yǔ)音編解碼器的使用，使得NGN語(yǔ)音業(yè)務(wù)的端到端時(shí)延要比傳統電路交換網(wǎng)中的時(shí)延大得多，組成部分也更為復雜。同時(shí)，實(shí)際應用中NGN的網(wǎng)絡(luò )結構和底層傳輸協(xié)議的多樣性，也決定了時(shí)延成分的多樣性。
一個(gè)典型的語(yǔ)音會(huì )話(huà)是由發(fā)送端對模擬信號進(jìn)行抽樣、量化和壓縮編碼后，按照固定長(cháng)度打包進(jìn)IP分組送入網(wǎng)絡(luò )中進(jìn)行傳送；接收端再從收到的IP包中恢復出語(yǔ)音信號，由解碼器將其還原成模擬信號。根據影響因素的不同，實(shí)時(shí)語(yǔ)音業(yè)務(wù)的端到端時(shí)延可以分解為固定時(shí)延和可變時(shí)延兩部分(如表2所示)。固定時(shí)延主要包括編解碼時(shí)延、打包時(shí)延和傳輸時(shí)延，而可變時(shí)延則包括路由交換設備轉發(fā)時(shí)延和去抖時(shí)延。
固定時(shí)延是與采用的壓縮算法、打包的語(yǔ)音數據量、傳輸距離和傳輸鏈路帶寬相關(guān)的。在給定實(shí)際網(wǎng)絡(luò )拓撲、語(yǔ)音壓縮算法和打包時(shí)長(cháng)的情況下，這部分時(shí)延可以較為準確地計算出來(lái)。對固定時(shí)延進(jìn)行優(yōu)化的可能性不大，只能通過(guò)選擇合適的壓縮算法、較小的打包時(shí)長(cháng)和合理設計媒體網(wǎng)關(guān)的處理機制等方法降低這部分時(shí)延。
可變時(shí)延與設備的端口速率、網(wǎng)絡(luò )的負載情況、設備對QoS的支持方式、實(shí)現的QoS算法等密切相關(guān)。特別是去抖時(shí)延與承載網(wǎng)絡(luò )的抖動(dòng)指標密切相關(guān)，通過(guò)采用合適的網(wǎng)絡(luò )技術(shù)可以顯著(zhù)降低語(yǔ)音通過(guò)網(wǎng)絡(luò )時(shí)引入的抖動(dòng)，從而減少去抖時(shí)延。
2.2端到端時(shí)延分配方法
2.2.1固定時(shí)延
1)編解碼時(shí)延
編解碼時(shí)延是由壓縮時(shí)延+(解壓縮時(shí)延×每幀中的數據塊)+算法時(shí)延構成的。壓縮時(shí)延是指利用DSP芯片處理一定數量的PCM信號，進(jìn)行壓縮編碼所引入的時(shí)延。它與采用的壓縮算法、DSP處理的速度和DSP的負載情況有關(guān)。例如對于G.729，編碼時(shí)延大致在2.5-10ms(DSP只處理一個(gè)語(yǔ)音通道的時(shí)候是2.5ms)，而G.711算法的編解碼時(shí)延只有0.75ms。解壓縮時(shí)延一般是壓縮時(shí)延10%。常用的算法有G.726、G.729A、G.723.1，具體時(shí)延如表3所示。
表3 語(yǔ)音編碼的時(shí)延指標
算法時(shí)延是指在壓縮算法中，前后數據具有相關(guān)性，處理第N+1個(gè)數據塊，需要知道第N個(gè)數據塊的信息，這樣產(chǎn)生的時(shí)延稱(chēng)為算法時(shí)延，具體數值見(jiàn)表4。
表4 語(yǔ)音編碼產(chǎn)生的算法時(shí)延
2)打包時(shí)延
打包時(shí)延也稱(chēng)為累積時(shí)延，是指積累一定量的語(yǔ)音壓縮數據一起封裝打包的時(shí)延。它與數據包中積累的語(yǔ)音數據量的多少有關(guān)。打包時(shí)延一般在幾十毫秒左右，如累計20ms的語(yǔ)音進(jìn)行一次IP封裝，也就是每個(gè)IP分組中包含20ms的語(yǔ)音信息。
3)傳輸時(shí)延
語(yǔ)音業(yè)務(wù)數據的傳輸時(shí)延主要是傳輸通道造成的鏈路傳輸時(shí)延，取決于傳輸通道所采用的物理介質(zhì)(如采用光纖傳輸還是采用無(wú)線(xiàn)傳輸等)，并且該時(shí)延是固定不變的。傳輸時(shí)延主要包括信號在光纖中傳輸的時(shí)延和傳輸設備中的時(shí)延，計算依據包含有光纜的長(cháng)度和在由光放和DWDM設備組成的鏈路中。傳輸時(shí)延T的計算公式為
T=Tc+Ts×Ns+Tw×Nw
式中：
Tc——業(yè)務(wù)在光纖中的傳輸時(shí)延
Ts——業(yè)務(wù)在SDH單站設備中的傳輸時(shí)延
Ns——SDH站點(diǎn)數
Tw——波分設備的時(shí)延
Nw——波分站點(diǎn)數
業(yè)務(wù)在光纖中的傳輸時(shí)延為業(yè)務(wù)信號實(shí)際傳輸距離與光在光纖中的傳播速度之比，光纖中的光速為200000km/s。
業(yè)務(wù)在SDH單站設備中的時(shí)延是指業(yè)務(wù)路由建立后，SDH業(yè)務(wù)信號通過(guò)每個(gè)SDH站點(diǎn)的時(shí)間，包含指針調整、重定位、設備物理緩存延時(shí)等。以華為傳輸設備為例，對于OptiX10G系統，單站點(diǎn)Ts=0.3ms；對于OptiX2500+系統，單站點(diǎn)Ts=0.1ms。
波分設備的時(shí)延：DWDM只是在復用與解復用的電層處理上稍有延遲，每個(gè)背靠背波分節點(diǎn)的傳輸時(shí)延Tw=0.05ms。
另外，當傳輸鏈路的帶寬不一樣時(shí)，不同大小數據包的傳輸時(shí)延之間的差別也不一樣，如表5所示。
表5 傳輸時(shí)延與鏈路帶寬的關(guān)系(單位ms)
隨著(zhù)傳輸鏈路帶寬的增加，不同大小數據包的時(shí)延差別也在逐漸縮小，也就是說(shuō)，在窄帶鏈路上，不同大小數據包的傳輸時(shí)延差別較大，適合G.729編碼方式；而在高速鏈路上，且帶寬有保證的情況下。采用G.711編碼可以獲得更好的語(yǔ)音質(zhì)量。
2.2.2可變時(shí)延
可變時(shí)延由IP路由交換設備的轉發(fā)時(shí)延和去抖時(shí)延組成。
a)轉發(fā)時(shí)延。轉發(fā)時(shí)延和路由交換設備的端口轉發(fā)的線(xiàn)速處理能力和速度有關(guān)，對于實(shí)現硬件轉發(fā)的GSR路由交換設備，這個(gè)時(shí)延值是微秒級的，在計算端到端時(shí)延時(shí)可以忽略不計。表6是某廠(chǎng)家高端路由器的轉發(fā)能力測試結果。
從表6可以看出，即使對于分組長(cháng)度只有幾十字節的語(yǔ)音數據包來(lái)說(shuō)，路由器的轉發(fā)時(shí)延仍然在十幾微秒左右，而語(yǔ)音的端到端時(shí)延是以毫秒為單位計算的。
b)去抖時(shí)延。數據報文在經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò )傳輸之后，往往會(huì )帶來(lái)時(shí)延抖動(dòng)。一般而言，語(yǔ)音數據報文的優(yōu)先級設為最高，因此最壞情況下，語(yǔ)音數據報文通常也只會(huì )等待一個(gè)低優(yōu)先級報文的服務(wù)時(shí)間(語(yǔ)音數據包必須在低優(yōu)先數據包被服務(wù)之后才會(huì )得到服務(wù))。這個(gè)值和低優(yōu)先報文的長(cháng)度、接口的發(fā)送速率有關(guān)。這個(gè)時(shí)延值的變化就造成了時(shí)延抖動(dòng)。通常在接收側會(huì )設置抖動(dòng)緩沖區來(lái)吸收抖動(dòng)。當初始接受到的語(yǔ)音積累的數據包到達門(mén)限時(shí)，開(kāi)始讀取數據包進(jìn)行解碼操作?？梢钥闯鲈诙秳?dòng)緩沖區工作的時(shí)候，額外引入了一個(gè)時(shí)延——去抖時(shí)延。這個(gè)時(shí)延值和網(wǎng)絡(luò )中引入的時(shí)延抖動(dòng)相關(guān)。抖動(dòng)越大，為了吸收該抖動(dòng)引入的去抖時(shí)延就越大。
從上面的分析可以看出，傳輸設備和IP路由交換設備產(chǎn)生的時(shí)延比較小，相比之下，語(yǔ)音編解碼、打包和去抖產(chǎn)生的時(shí)延占整個(gè)端到端時(shí)延的主要部分，而這些功能都是在媒體網(wǎng)關(guān)上實(shí)現的，因此媒體網(wǎng)關(guān)是影響語(yǔ)音業(yè)務(wù)端到端時(shí)延的關(guān)鍵設備。
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