Sicherung der Sprachqualität in der Flugsicherung mit Rohde & Schwarz

Ihre Anforderung

Die korrekte Funktion von Sprachkommunikationssystemen (Voice Communications Systems, VCS) ist für die Sicherheit von Flugpassagieren und die Aufrechterhaltung eines kontinuierlichen Flugverkehrsbetriebs von entscheidender Bedeutung. Die Qualität der Sprachkommunikation spielt eine wichtige Rolle, da eine klare Verständigung für den sicheren und störungsfreien Betrieb unabdingbar ist.

Mit der Einführung moderner Voice-over-IP (VoIP)-Technologie nutzen Flugsicherungsorganisationen die Vorteile IP-basierter Kommunikation, wie z. B. höhere Verfügbarkeit, Sicherheit und Flexibilität.

VoIP gehört bis heute zu den anspruchsvollsten IP-basierten Diensten. Um dasselbe Benutzererlebnis wie bei digitalen Netzwerken sicherzustellen, wurden in ED-136 und ED-137 Mindestanforderungen festgelegt. Diese Standards fordern einen MOS-Wert höher als 4,00 und eine Ende-zu-Ende-Laufzeit von maximal 130 ms.

Erfahrungen aus dem Netzbetreiber- und Unternehmensbereich zeigen, dass Qualitätsüberwachung notwendig ist, um die Einhaltung der Standards sicherzustellen. Rohde & Schwarz hat sich für Carrier-Grade VoIP-Monitoringsysteme, d. h. Monitoringsysteme auf Betreibernieveau, für Qualitätsmessungen in Flugsicherungs-Sprachnetzen entschieden.

Lösung von Rohde & Schwarz

Das von Rohde & Schwarzentwickelte R&S®AVQA Advanced Voice Quality Assurance System ermöglicht Flugsicherungsorganisationen (Air Navigation Service Providers, ANSP) und Flughafenbetreibern die volle Kontrolle über die Qualität ihrer Sprachkommunikation. Die dabei eingesetzte marktführende Monitoringtechnologie verschafft einen tiefen Einblick in den Datenverkehr auf Medien- und Steuerebene. Mit R&S®AVQA profitieren ANSP von leistungsstarken Analyse- und Protokollierungsfunktionen in Verbindung mit einer hochskalierbaren Systemarchitektur.

Das leistungsfähige Sprachmonitoring von R&S®AVQA deckt alle Aspekte zur Sicherung der Sprachqualität ab, einschließlich Bewertung der Netzperformance, Monitoring der ED-136-Konformität, Fehlersuche und IP-Interconnection-Monitoring (Monitoring der Kommunikation zwischen unterschiedlichen Netzen). Statistiken und detaillierte Qualitätsinformationen liefern den verschiedenen ANSP-Stakeholdern wertvolle Einblicke:

• Für Qualitätssicherung zuständige Stellen
• VCS-Systemadministratoren
• Administratoren von Betriebszentralen
• Verwaltung der Service Level Agreements (SLA)

Das ED-136-Konformitätsprotokoll kann auch als Nachweis des ordnungsgemäßen Betriebs eines Systems gegenüber der örtlichen Zivilluftfahrtbehörde dienen.

Bewertung der Netzperformance

Der reibungslose Betrieb des zugrundeliegenden IP-Netzes ist für eine ordnungsgemäße Sprachübermittlung von wesentlicher Bedeutung. Mit Hilfe von Netzperformance-Metriken lässt sich die tatsächliche Übertragungsqualität bestimmen. R&S®AVQA liefert alle relevanten Informationen für das Performance-Monitoring eines IP-basierten Sprachübertragungsnetzes, einschließlich Metriken zur Übertragungsqualität wie Jitter und detaillierte Histogramme der Packet Interarrival Time (PIT, Zeit zwischen dem Eintreffen zweier sukzessiver Datenpakete), sowie Paketverlusten, Datenverlusten aufgrund kurzzeitiger Datenverkehrsspitzen (Traffic Bursts) und Verlustdichte, Paketumlaufzeit (Round Trip Delay) und Daten betreffend Übertragungsstandards und -regeln (z. B. VLANs und DSCP-Codefelder).

Auf Basis dieser Parameter bestimmt R&S®AVQA automatisch die Ursachen für verschiedene Arten von Übertragungsfehlern und zeigt diese an. Dadurch reduziert sich die Zeit für die Fehlersuche erheblich.

Monitoring der Steuerebene

R&S®AVQA bietet ein breites Spektrum an Metriken zur Beschreibung der Servicequalität sowie an Leistungskennzahlen (Key Performance Indicators, KPI) für die Steuerebene, d. h. für die SIP-basierte Signalisierung (SIP: Session Initiation Protocol). Die meisten dieser KPIs, beispielsweise die Session Establishment Effectiveness Ratio (SEER), basieren auf IETF RFC 6076. Dabei handelt es sich im elementare Informationen für die Bewertung der Boden-Boden-Kommunikation, aber auch für die Funkverfügbarkeit beim Aufbau einer Luft-Boden-Verbindung.

Die Qualität der Signalisierung bestimmt maßgeblich, ob eine Verbindung zustande kommt. Nach dem Aufbau einer Verbindung bestimmt die Sprachqualität, d. h. die Qualität der RTP-Ströme, das Nutzererlebnis.

Monitoring der Sprachebene

R&S®AVQA analysiert jeden RTP-Strom in Echtzeit und weist jedem 5-Sekunden-Segment eines Stroms einen MOS-Wert zu (MOS: Mean Opinion Score). Diese einzigartige Aufteilung in feste Zeitabschnitte wird empfohlen, um den Schwankungen der Sprachqualität in IP-Netzen Rechnung zu tragen. Sie passt auch perfekt zu der typischen Länge von Kommunikationsbefehlen in der Flugsicherungskommunikation. Eine herkömmliche Mittelwertbildung über die Dauer eines Anrufs oder einer Verbindung führt zu einem erheblichen Informationsverlust.

Beispielsweise würde die durchschnittliche Qualität einer Verbindung, die einen ganzen Tag lang sehr gut, in den letzten 5 sjedoch deutlich gestört war, als nahezu perfekt bewertet, trotzdem würde sich der Lotse über unzureichende Qualität beschweren. Gemittelte Metrikdaten helfen auch nicht bei der Fehlersuche oder Bestätigung solcher Probleme.

Da die Sprachqualität anhand fester Zeitabschnitte analysiert wird, ist es möglich, Störungen zeitlich zu bestimmen, zeitlich korrelierte Ereignisse im Netz zu identifizieren und exakte Informationen über das Nutzererlebnis zur Verfügung zu stellen. Qualitätsdaten für definierte Zeiteinheiten ermöglichen dem Anwender außerdem den Vergleich und die Zusammenfassung der gelieferten Informationen zur Servicequalität.

Basierend auf diesen festen Zeiteinheiten fasst R&S®AVQA die Qualität als MOS-Wert pro Minute zusammen, d. h. es findet jede Minute eine Qualitätsbewertung statt. Diese „MOS-Minuten” ermöglichen eine sehr knappe und präzise Darstellung der Gesamtqualität eines Sprachkommunikationsdienstes. Der Bad Minute Indicator (BMI) zeigt die Anzahl der 5-Sekunden-Zeiteinheiten an, die der Anforderung der ED-136 nicht genügen (d. h. ihr MOS-Wert liegt unter 4,00), und liefert perfekte Statistikinformationen zum Zustand des Sprachnetzes.

Der BMI ist der Schlüsselindikator für die Bewertung der Qualität von Sprachnetzen von Flugsicherungsorganisationen und sollte bei 0 liegen.

R&S®AVQA Technologie

R&S®AVQA ist eine passive Mid-Point-Monitoringlösung für Echtzeit-Kommunikationsdienste. Sie besteht aus verteilten R&S®AVQA Sensoren und einem zentralen R&S®AVQA Manager. Die R&S®AVQA Sensoren erhalten eine Abbildung des zu untersuchenden Netzes über nicht-intrusive TAP- oder SPAN-Ports. Die Sensoren analysieren Medienströme und die Signalisierung in Echtzeit und erzeugen Qualitätsdatensätze (Quality Data Records, QDR), die an den zentralen R&S®AVQA Manager gesendet werden. Der zentrale R&S®AVQA Manager stellt die Business Logic (Geschäftslogik) und das Data Warehouse (zentrales Datenbanksystem) zur Verfügung. Er ruft die Qualitätsdaten von den Sensoren ab, unterzieht diese einer Nachverarbeitung und generiert definierte KPI-Protokolle und Alarme.

Mean Opinion Score (MOS-Wert, mittlerer Beurteilungswert)

Der MOS-Wert liegt auf einer Skala von 1 (schlecht) bis 5 (hervorragend) zur Bewertung der Qualität von Sprachverbindungen. Der MOS-Wert stammt ursprünglich aus subjektiven Messungen, bei denen Zuhörer in einem „Quiet Room“ die von ihnen wahrgenommene Qualität eines Telefonanrufs beurteilten. Dieser Testansatz wurde in der ITU-T Recommendation P.800 standardisiert. Die Gewinnung von subjektiven MOS-Werten kann zeitaufwendig und kostspielig sein. Daher wurden Qualitätsmodelle für die MOS-Abschätzung definiert, z. B. die ITU-T Recommendation G.107 (E-Modell), die bei passiven Monitoringsystemen zum Einsatz kommen.