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Messtechnik für konvergente Netze aus Voice, Video und Daten

Fehlersuche und Analyse in VoIP-Netzen

9. Juni 2010, 16:56 Uhr | Ralf Ladner

Fortsetzung des Artikels von Teil 11

MOS-Wert und R-Faktor

Die Sprachqualität beschreibt, wie gut die Verständlichkeit einer menschlichen Stimme bei Aufzeichnung und Wiedergabe durch eine technische Einrichtung ist. Eine Beurteilung der Sprachqualität ist dabei subjektiv und hängt sowohl von den gegebenen technischen Mitteln, dem Umfeld der Aufnahme, dem Übertragungsweg und dem Umfeld der Wiedergabe ab. Die Bewertung dieser Sprachqualität ist durch Bewertungsmethoden der ITU mit dem Standard P.800 spezifiziert.

Das bekannteste Verfahren zur Bewertung der Sprachqualität ist der Mean Opinion Score, kurz MOS. Diese Methode beschreibt die subjektive Wahrnehmung der verschiedenen “Prü?inge“, z.B. Codecs mit Hilfe einer festgelegten Skala zur Beurteilung der QoS–Emp?ndungswerte. Der MOS-Wert ist ein Wert ähnlich den Schulnoten zwischen eins und fünf. Dabei steht der Wert »1« für eine mangelhafte Sprachqualität, bei der keine Verständigung möglich ist, der Wert »5« hingegen signalisiert eine exzellente Übertragungsqualität, die nicht von dem Original zu unterscheiden ist.

Die nachfolgende Tabelle zeigt die gängigsten Codecs und den ermittelten MOS–Wert. Die abgebildeten MOS-Werte entsprechen der besten Qualität, die ein Sprachcodec erhalten kann.

MOS bedeutet in seiner Ursprungsform „Mean Opinion Score“, also durchschnittlicher Meinungswert von Probanten. Da MOS stark subjektiv geprägt ist, sollte man sich nicht auf MOS als alleiniges Kriterium zur Beurteilung von VoIP-Verbindungen verlassen.

Das E-Modell (ITU-Empfehlung G.107) beschreibt ein Berechnungsmodell zur Planung und Bewertung der Übertragungsqualität von Kommunikationsnetzen. Anhand dieses Berechnungsmodells wird die dem Nutzer in einer Verbindung zur Verfügung stehende Sprachqualität ermittelt. Das Ergebnis ist eine objektive Bewertung der Übertragungsqualität unter Berücksichtung aller, die Übertragungsqualität beeinflussender Faktoren. Die wichtigsten Parameter des E-Modells werden in der folgenden Tabelle aufgelistet:

Der Werte Ie und Bpl sind vom jeweiligen Codec abhängig. Aus diesem Grund muss für die Richtigkeit einer VoIP-Messung der genutzte Codec herausgefunden werden und anschließend die Ie- und Bpl-Faktoren angepasst werden.

Der Wert Ppl gibt die Paketverlustrate an. Dieser Wert ist spezifiziert für den Bereich zwischen 0 und 20 Prozent.

Das E-Modell verwendet für die Bestimmung der Sprachqualität ein passives Modell. Das Messsystem berechnet aus einem übermittelten VoIP-Strom die für das E-Modell notwendigen Parameter. Nach der Übergabe der Parameter an das E-Modell gibt das Messsystem einen Übertragungsfaktor (R-Faktor) aus. Aus diesen Werten wird eine Vorhersage der Sprachqualität im Bereich 0 bis 100 getroffen, die auf der MOS-Skala abbildbar ist.

Das E-Model wurde ursprünglich als Planungsparameter für Telefonetzbetreiber entwickelt. Inzwischen hat es sich als Quasi-Standard zur objektiven Beurteilung der Sprachqualität (im Gegensatz zur subjektiven Messmethode des MOS) durchgesetzt. Da sich der R-Faktor direkt auf den aus den Tests generierten Messwerten abbilden lässt, entspricht dieser Wert den realen Verkehrsparametern. Trotzdem ist eine Korrelation mit den MOS-Werten möglich. Der beste zu erreichende theoretische R-Faktor beträgt 100. Dieser Wert berücksichtigt jedoch nicht die genutzten Codecs. Nutzt man beispielsweise einen typischen G.711-Codec in einer Referenzumgebung, kann ein maximaler R-Faktor von ungefähr 93,2 erreicht werden. Die folgenden Ursachen tragen zu einer Verschlechterung des R-Faktors bei:

Codec-Typ: Codecs: mit höheren Kompressionsraten weisen normalerweise einen schlechteren R-Faktor auf.
Verfügbare Bandbreite: Einschränkung der Übertragungsbandbreite werden durch das gesamte Übermittlungssystem im Übertragungspfad bestimmt.
Verzögerungen und Jitter: Entstehen im Netzwerk und den Endgeräten und sind bei mobilen WLAN-Telefonen, aufgrund der mangelnden Bandbreite im Funknetz, besonders hoch.
Paketverluste: entstehen durch physikalische Netzfehler, überlastete Netzwerke und Koppelkomponenten.

Ein Analysewerkzeug muss daher in der Lage sein, aktuell aufgezeichneten Gespräche nach beiden Meßmethoden zu beurteilen. Da sich das E-Modell auf die aktuellen Paketparameter der jeweiligen RTP-Session bezieht, repräsentieren die Messung die Qualität des lokalen Netzabschnitts.

Der folgende Screenshot zeigt die Details einer VoIP-Verbindung bzw. von zwei RTP-Streams (ein RTP-Strom in jede Richtung). Für den RTP-Stream wurde ein MOS-Wert von 4,0 in der einen Richtung und ein MOS-Wert von 2,7 in der anderen Richtung ermittelt. Der verringerte MOS-Wert resultiert in einer merklichen Verzerrung der Sprache.

Durch die Analyse der Datenströme mit Hilfe von TraceView 3Q ist der Techniker sehr schnell in der Lage, die VoIP-Gespräche zu klassifizieren und deren Übermittlungsqualität zu beurteilen. Damit reduziert sich die für eine eine VoIP-Fehlersuche notwendige Zeit auf ein Minimum. Durch diese Zeiteinsparung können Techniker schneller und gezielter bei der Beseitigung der Fehlerursachen vorgehen.