11.3 Qualität

Sprache:

Zusätzlich nur Abtastung und Analog-Digital-Wandlung der Sprache entstehen bei VoIP noch weitere Verzögerungszeiten:

Ursache	Laufzeit
AD-Wandlung	20 ms
Paketerstellung	30 ms
Servicezeiten	10 ms
Transport (800 Km)	50 ms
Jitter Buffering	30 ms
D-A-Wandlung	20 ms
Laufzeit gesamt	160 ms

→ Gerade beim Transport über Zwischenstationen (Switch, Router, Gateway, Firewall und Proxy) entstehen die größten, schwankenden Verzögerungen.

→ Das Routing ist kritisch, besonders bei einem zusätzlichen Medienwechsel (z.B. Leitung -> Funk)

Zeiten:

Die Laufzeit der Sprachpakete ist ein Kriterium für die Sprachqualität, die nach den auftretenden Ende-zu-Ende-Verzögerungszeiten bewertet werden kann:
 

≤ 150ms:

Sehr gute Sprachqualität

150ms − 250ms:

Gespräch negativ beeinflusst.

250ms − 400ms:

Gespräch noch akzeptabel.

≥ 400ms:

Gesprächspause deutlich hörbar. Man hört den Teilnehmer noch, obwohl er schon zu Ende gesprochen hat.

→ Da die Transportwege durch das Internet varieren können wird zur „Filterung der Laufzeiten“ eine Zwischenspeicher (Jitter-Buffer) verwendet.

→ Der klassische Sprach-Codec (aus der ISDN-Technik) hat nur einen geringen und konstanten Anteil an der Gesamtverzögerung.

Ping:

Zur Messung der Verzögerungszeiten auf Übertragungsstrecken kann das Programm „Ping“ verwendet werden:

• Ping misst die Gesamtverzögerung von Hinweg und Rückweg (Round-Trip-Time, RTT)
• Sprachdaten werden nur in eine Richtung übertragen und enden beim Empfänger und werden nicht bestätigt.
• Da Ping keine getrennten Zeiten für den Hinweg und den Rückweg hat ist der rechnerische Mittelwert nur eine grobe Schätzung.
• Bei einer Kodierung mit G.711 (ISDN μ-Kodierung) und jeweils 20ms Sprachdaten pro Paket ergeben sich

  (11.3.1)

  Für den IPv4/UDP/RTP-Header entstehen noch zusätzlich 40 Byte. Der Ping muss damit 200 Byte pro Paket verschicken⁴

  ping -s 200 „Hostname“

Jitter:

Unterschiede bei den Laufzeiten werden als Laufzeitschwankungen oder Jitter bezeichnet.

• Sie verschlechtern die Sprachqualität.
• Ziel sind Konstante Verzögerungen durch Zwischenspeicherung in einen Jitter-Buffer.
• Diese Zwischenzeiten erhöhen aber die Gesamtlaufzeiten.
• Wichtig ist nicht, wieviel die Zeiten schwanken (z.B. ±10ms) sondern dass diese Zeiten konstant sind und der Jitter dann Null wird!

→ Je toleranter das System gegenüber Jitter ist, desto mehr erhöht sich die Gesamtverzögerungszeit, was dann wieder zu schlechter Sprachqualität führt!

→ Nur der Jitter im eigenen LAN kann mit Quality of Service minimiert werden.

Paketverluste:

Die Angabe „Packet Loss“ (Paketverluste) bezeichnet die prozentuale Menge verlorengegangener Datenpakete.

→ Dieser Wert liegt in Datennetze unter 1%. Bis zu 5% Datenverlust sind beim Telefonieren akzeptiert.

UDP:

Für die Übertragung von VoIP-Sprachdaten wird UDP verwendet, da sie kürzer sind als TCP-Pakete und eine gesicherte Übertragung nicht realisierbar ist.

• Ein Sprachpaket enthält 20 (bis 30) ms an Sprache, was einer Silbe entspricht.
• Eine Silbe nachzuliefern macht wenig Sinn und ist auch nicht in Echtzeit realisierbar.
• Unregelmäßige Paketverluste sind akzeptierbar, da unser Gehirn fehlende oder fehlerhafte Wortsilben in einem logischen Satzzusammenhang selbständig richtig ergänzt.
• Geben aufeinanderfolgende Pakete verloren fehlen aber ganze Wörter oder Satzbestandteile.

Quality of Service:

Für ein Telefongespräch mit Voice over IP in guter Qualität muss eine ausreichende Bandbreite für die Dauer des Gesprächs gewährleistet sein, was aber dem Best-Effort-Prinzip paketorientierter Netze widerspricht.

→ Man spricht vom sogenannten Fernsprechkanal, entsprechend dem alten POTS und ISDN einer leitungsgeführten Kommunikation.

• In einem Fernsprechkanal sollte Sprache isochron (gleich lang andauernd) übertragen.
• Die notwendigen Zeiten der Verzögerung und der Laufzeitschwankungen sind mit dem Internet-Protokoll (IP) nicht erreichbar.
• Bei paketorientierten IP-Protokollen lassen sich Übertragungsfehler, Verzögerungen und Laufzeitunterschiede nur durch eine ausreichende Bandbreite oder Protokollzusätze vermeiden.
• Man fasst diese Maßnahmen unter Quality-of-Service (QoS) zusammen.