Das Monitoring (in der Praxis)

Das Monitoring beinhaltet die Überwachung der Servicequalität (QoS) für alle Arten der Echtzeitkommunikation. Dabei werden aktive und/oder passive Messsonden eingesetzt, die die VoIP-Kommunikationsströme beurteilen.

Beim Monitoring von VoIP-Strömen werden unter anderem folgende Parameter überprüft:

• Rufaufbauzeiten: Die Rufaufbauzeit wird als die Verzögerungszeit zwischen Wahlende bis zum ersten Rufton definiert. Rufaufbauzeiten entstehen besonders dann, wenn der Weg durch mehrere Netze geschaltet wird. Doch bei Anrufen in manchem Netz klingelt es zunächst nur beim Anrufer, obwohl der Angerufene noch gar nicht erreicht wurde. Um diesem entsprechend entgegenzuwirken, ist es notwendig, die gesamte Zeit, bis die Verbindung real steht, zu messen.

• Abbruchwahrscheinlichkeit: Der Abbruch einer Verbindung liegt vor, wenn das Ende der aktuellen Telefonverbindung nicht durch einen der Teilnehmer initiiert wurde. Die Abbruchwahrscheinlichkeit gibt die relative Häufigkeit bezogen auf die Zahl der Verbindungen an. Abbrüche können durch Fehler im Netz entstehen, wenn beispielsweise Leitungen ausfallen. Auch eine Überlastung des Netzes kann verursachen, dass Daten nicht rechtzeitig durch geleitet werden, und die Verbindung abbricht.

• Paketverluste: Auf dem Weg durch das Netz können Daten verloren gehen oder so verfälscht werden, dass sie unbrauchbar sind und vom Empfänger verworfen werden. Da Sprachdaten zeitlich kritisch sind, ist ein erneutes Anfordern und Senden nicht möglich. Es liegt am Endgerät entsprechende Verfahren anzuwenden, die den Datenverlust ausgleichen und dabei die Sprachqualität möglichst hoch halten. Wie sich Datenverlust in der Sprachqualität bemerkbar macht, ist auch von dem für die jeweilige Verbindung genutzten Codec abhängig.

• Jitter: Hat der Datenstrom auf dem Weg durch das Netz keine konstante Verzögerung, sondern schwankt die Verzögerung einzelner Datenfragmente, bezeichnet man diese Abweichung von der konstanten Verzögerung als „Jitter“ als „Taktzittern“. Jitter kann die Empfängerseite durch einen Jitter-Puffer, der die Daten zwischenspeichert und konstant wieder abgibt, ausgleichen. Dies geht durch die Zwischenspeicherung zu Lasten der konstanten Verzögerung. Hier muss ein Kompromiss zwischen einem akzeptablen Verzögerung und dem Verwerfen von Daten mit zu großem Jitter, was dann einem Verlust entspricht, getroffen werden.

• Verzögerung: Der Datenstrom benötigt eine gewisse Zeit um vom Sender zum Empfänger geleitet zu werden. Diese Ende-zu-Ende-Verzögerung kommt durch Signallauf- und Verarbeitungszeiten innerhalb des Netzes und seiner Komponenten zustande. Dabei spielen die Signallaufzeiten auf den Leitungen eine untergeordnete Rolle. Hauptsächlich fallen Verzögerungszeiten beim Aufbereiten der Daten zur Übertragung, beim Routen und beim Transcodieren an. Verzögerungen machen sich im Gespräch dadurch bemerkbar, dass sich die Kommunikation der Gesprächspartner verlangsamt und sie sich unbeabsichtigt ins Wort fallen.

• MOS: Der Mean Opinion Score (MOS) wird in der Telekommunikation zur Beurteilung der Qualität von Sprach- und Bildübertragungsdiensten benutzt und ist das Ergebnis eines festgelegten Ablaufs mehrerer Tests, bei dem die subjektiv wahrgenommene Qualität der Sprache beziehungsweise der Bilder durch eine Gruppe von Versuchspersonen beurteilt wird. Das Ergebnis der Testreihe wird in eine fünfstufige Qualitätsskala eingeordnet. Mit dem MOS wird die Qualität unterschiedlicher Sprachcodecs, Sprachverbindungen oder Bildkompressionsalgorithmen miteinander verglichen.

• PESQ: Perceptual Evaluation of Speech Quality (PESQ) dient der objektiven Bewertung der Sprachqualität bei der Telefonie. PESQ ist in der ITU-T-Empfehlung Q.862.1 beschrieben. Bei PESQ wird ein spezifiziertes Sprachsignal an einem Ende einer Verbindung eingespeist und am anderen Ende wird eine objektive Bewertung des Ausgangssignals mit speziellen Berechnungsformeln vorgenommen. Das Ergebnis ist ein objektiver Qualitätswert, der so genannte PESQ-Wert. Das PESQ-Verfahren berücksichtigt auch Paketverluste, Verzögerungszeiten, Jitter, Rauschen und die Codierung.

Bei Nextragen sind das beispielsweise die in TraceSim enthaltenen kostenlosen Test Agents. Von einer zentralen Monitoring-Station (TraceSim) aus werden aktive Verbindungen zu den im Netz installierten Test Agents aufgebaut und über diese Verbindungen die Testprozeduren (aktive VoIP Calls) übermittelt. Hier sind auch Verbindungen zwischen den Test Agents möglich (any-to-any).
Dadurch lassen sich die Ende-zu-Ende-Qualitäten einer Kommunikationsinfrastruktur bewerten und überwachen. Hierbei wird ein echtes VoIP-Signal (inklusive der notwendigen Signalisierung) zu den Test Agents geschickt. Mit Hilfe des PESQ (ITU-T Rec. P.862) bzw. POLQA (ITU-T P.863) Algorithmus wird ein entsprechender MOS-Wert für die jeweilige Verbindung errechnet. Da diese Algorithmen direkt auf den übermittelten Sprachsignalen aufsetzen, bieten diese den großen Vorteil, dass jede Signalveränderung (Paketverluste, Jitter, etc.) bzw. jeder Fehler auf der „Übertragungsstrecke“ ermittelt wird. In der Praxis kann es auf einer Ende-zu-Ende-Kommunikationsstrecke zu Wandlungen der Sprachsignale kommen. Ursachen hierfür sind beispielsweise Codec-Wandler zur Einsparung der Übertragungsbandbreite oder eine Wandlung der IP-Ströme in ein anderes Übertragungsmedium (beispielsweise ISDN Gateway). Die Platzierung mehrerer Test Agents an geeigneten Positionen im Netzwerk sorgt dafür, dass die aufgetretenen Fehler zielgenau erkannt werden. Zusätzlich werden bei der Über- bzw. Unterschreitung von festgelegten Schwellwerten entsprechende Alarme ausgelöst.

Passives Monitoring: Beim passiven Monitoring werden keine zusätzlichen Pakete in das Netz gesendet, sondern der übermittelte VoIP-Verkehr wird an bestimmten Knotenpunkten lediglich „mitgehört“. Dabei werden die am betreffenden Netzknoten auftretenden Datenströme an das Monitoring-System gespiegelt, von diesem analysiert und dokumentiert. Der Vorteil der passiven Überwachung besteht darin, dass keine zusätzlichen Lasten im Netzwerk erzeugt werden. Die Analysedaten werden aus den von den Nutzern erzeugten VoIP-Strömen ermittelt, bewertet und in detaillierten Reports ausgegeben. Für die Bewertung der empfangenen VoIP-Ströme wird vom Monitoring-System das E-Modell (ITU-T Rec. G.107) genutzt. Dieses Messverfahren bewertet einen RTP-Stream anhand der darin enthaltenen Paketparameter. Dabei zeichnet das VoIP-Messgerät die von dem Telefon oder der Telefonanlage übermittelten RTP-Streams auf. Anschließend werden die Eigenschaften der aufgezeichneten RTP-Streams bewertet. In die Beurteilung fließen folgende Parameter ein: die Paketverluste, der Jitter und die Codierung. Diese drei Parameter werden anschließend dem E-Modell Algorithmus zur Verfügung gestellt. Dieser berechnet daraufhin den MOS-Wert des jeweiligen RTP-Stromes.

Kombination aus aktivem und passiven Monitoring: Eine Kombination der beiden Monitoring Ansätze ist das Ideal jeder Monitoring-Lösung.

Da hier die Vorteile beider Lösungsansätze vereint sind, liefert diese eine lückenlose Dokumentation aller notwendigen VoIP-Parameter. Die Bewertung aller geführten Verbindungen sorgt für eine Dokumentation der Qualitäten aller VoIP-Endgeräte. Bei einer Diagnose einzelner Endgeräte kann somit auf die individuellen Informationen der jeweiligen Komponente zugegriffen werden. Die dauerhafte Generierung von Monitoring-Gesprächen sorgt für eine umfassende Dokumentation der Ende-zu-Ende Qualität in einem Netzwerk. Im Fehlerfall lassen sich die jeweiligen Netzsegmente feststellen, in denen der Fehler aufgetreten ist. Übergänge der Netztopologie oder Fehler bei der Transkodierung der VoIP-Ströme in Gateways werden darüber hinaus durch aktive Tests überwacht und bei Fehlern Alarme ausgelöst.

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