Jitter یا نوسان چیست و چگونه در شبکه ایجاد می‌شود؟

Jitter یا نوسان به هرگونه انحراف یا جابجایی پالس سیگنال، در سیگنال دیجیتال با فرکانس بالا گفته می‌شود. این نوسان می‌تواند از نظر دامنه، زمان فاز یا پهنای پالس سیگنال باشد.

نوسان می‌تواند باعث چشمک زدن صفحه نمایش شده، بر توانایی پردازنده سیستم یا سرور برای ارائه عملکرد مطلوب تأثیر بگذارد، صداهایی مانند کلیک یا سایر اثرات نامطلوب در سیگنال‌های صوتی ایجاد کند و منجر به از دست رفتن داده‌های ارسال شده بین دستگاه‌های شبکه شود. میزان نوسان مجاز به کیفیت برنامه بستگی دارد.

نوسان در شبکه‌های پروتکل اینترنت (IP) به صورت تغییر در تأخیر جریان بسته بین دو سیستم (زمانی که چندین بسته از یک سیستم به سیستم دیگر حرکت می‌کنند)، تعریف می‌شود.

نوسان، ناشی از ازدحام شبکه (network congestion)، رانش زمان (timing drift) و تغییر مسیر (route changes) است.

Jitter به ویژه در ارتباطات بلادرنگ مانند VoIP و کنفرانس ویدئویی مشکل ساز است. همچنین برای سیستم‌های میزبان و زیرساخت سیستم‌های مجازی (VDI) یک مشکل جدی محسوب می‌شود. نوسان می‌تواند به دستکاری در محتوای صوتی و تصویری مانند انحراف یا ناسازگاری ناخواسته منجر شود که باعث کاهش کیفیت ارتباطات می‌شود.

علت Jitter چیست؟

از علل ایجاد Jitter می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• عملکرد سخت افزاری ضعیف: استفاده از یک شبکه قدیمی با تجهیزات قدیمی‌تر مانند سوبیچ، کابل یا مسیریاب قدیمی، می‌تواند باعث ایجاد نوسان شود.
• پهنای باند ناکافی: شبکه‌های پر ترافیک معمولا عملکرد ضعیفی دارند زیرا تعداد زیادی دستگاه فعال از پهنای باند استفاده می‌کنند.
• نوسان شبکه بی سیم: یکی از معایب استفاده از شبکه‌های بی سیم اتصال شبکه ضعیف است. استفاده از اتصال سیمی کمک می‌کند تا سیستم‌های تماس ویدیویی و صوتی تجربه کاربری بهتری را ارائه دهند.
• عدم اجرای اولویت‌بندی بسته‌ها: هنگامی که داده‌های صوتی برای تحویل قبل از سایر داده‌ها اولویت‌بندی نشده باشند (مخصوصاً برای سیستم‌های VoIP)، نوسان اتفاق می‌افتد.

انواع Jitter

انواع نوسان عبارتند از:

• نوسان ثابت (Constant jitter): یک سطح کاملا ثابت از تغییرات تاخیر بسته به بسته
• نوسان گذرا (Transient jitter): با افزایش تاخیر قابل توجه که می‌تواند توسط یک بسته ایجاد شود، مشخص می‌شود.
• تغییرات تاخیر کوتاه مدت (Short-term delay variation): با افزایش تاخیر که برای تعدادی از بسته‌ها ادامه می‌یابد مشخص می‌شود، و می‌تواند با افزایش تغییرات تاخیر بسته به بسته همراه باشد. این نوع نوسان معمولاً با ازدحام و تغییر مسیر همراه است.

معیارهای اندازه‌گیری نوسان، نحوه انجام تست نوسان

اندازه‌گیری Jitter شامل محاسبه میانگین زمان تاخیر بسته به بسته است. برحسب نوع ترافیک می‌توان این کار را به روش‌های مختلفی انجام داد:

• ترافیک صوتی: براساس اینکه کاربر روی یک نقطه پایانی یا هر دو نقطه پایانی کنترل داشته باشد، اندازه‌گیری می‌شود.
• نقطه پایانی واحد: با محاسبه میانگین زمان رفت و برگشت (RTT) و حداقل زمان رفت و برگشت مجموعه‌ای از بسته‌های صوتی، که به عنوان تست ping jitter شناخته می‌شود، اندازه‌گیری می‌شود.

RTT مدت زمانی است که طول می‌کشد تا یک پالس یا بسته سیگنال از یک منبع خاص به یک مقصد خاص رفته و دوباره بازگردد.

• نقطه پایانی دوگانه: این را می‌توان با استفاده از اندازه‌گیری لحظه‌ای Jitter اندازه‌گیری کرد، که به تغییرات بین بازه‌های ارسال و دریافت برای یک بسته اشاره دارد.
• تست پهنای باند: انجام تست پهنای باند می‌تواند سطح نوسان را تعیین کند و سرعت آپلود و دانلود اتصال اینترنت کاربر، زمان‌های نوسان و ظرفیت کلی شبکه را ارزیابی می‌کند.

ساده‌ترین راه برای تست نوسان، انجام تست پهنای باند است. این کار به کاربران کمک می‌کند تا تشخیص دهند که آیا نوسان بالای آنها توسط ارائه دهندگان اینترنت ایجاد شده است یا خیر. با تست پهنای باند، فایل‌ها از طریق یک شبکه به یک کامپیوتر خاص ارسال می‌شوند و زمان مورد نیاز برای دانلود فایل‌ها در مقصد اندازه‌گیری می‌شود.

این تست یک سرعت داده تئوری بین دو نقطه را تعیین می‌کند که برحسب کیلوبیت در ثانیه (Kbps) یا مگابیت در ثانیه (Mbps) اندازه‌گیری می‌شود.

با این حال ممکن است آزمایش‌های پهنای باند به‌طور قابل‌ توجهی متفاوت باشند، زیرا آزمایش می‌تواند تحت تأثیر ترافیک اینترنت، اندازه فایل، نویز روی خطوط داده و تقاضای بار روی سرور در زمان آزمایش قرار گیرد.

کاربران باید چندین بار تست پهنای باند را برای به دست آوردن میانگین توان عملیاتی انجام دهند.

سطح قابل قبول Jitter چقدر است؟

در صورت امکان، نوسان باید کمتر از 30 میلی ثانیه و از دست دادن بسته نباید بیشتر از 1٪ باشد. همچنین تاخیر شبکه نباید بیشتر از 150 میلی ثانیه باشد و RTT یک طرفه 300 میلی ثانیه باشد.

مقدار کم نوسان معمولاً مشکل بزرگی ایجاد نخواهد کرد زیرا سطوح پایین نوسان احتمالاً تأثیر قابل توجهی روی اتصال نخواهد داشت. با این حال، برخی از سرویس‌ها و برنامه‌ها نسبت به بقیه سطوح تلرانس بالاتری برای نوسان دارند. مثلا، نوسان بر تغییرات صدا نسبت به ارسال ایمیل تأثیر بیشتر می‌گذارد.

در نتیجه، به آنچه کاربران می‌توانند به‌عنوان بی‌نظمی و نوسان در انتقال داده‌ها بپذیرند برمی‌گردد، اگرچه کیفیت ضعیف صدا و تصویر منجر به تجربه کاربری ضعیف می‌شود.

چگونه نوسان را کاهش دهیم؟

راه‌های مختلفی برای کاهش نوسان وجود دارد، از جمله:

• استفاده از بافر کردن نوسان: بافر نوسان می‌تواند اثرات نوسان را چه در شبکه روی مسیریاب یا سوییچ یا در کامپیوتر کاهش دهد. برنامه‌ای که بسته‌های شبکه را مصرف می‌کند، اساساً به جای دریافت مستقیم، آنها را از بافر دریافت می‌کند. آنها با یک نرخ منظم از بافر تغذیه شده و تغییرات زمان‌بندی بسته‌های در حال جریان داخل بافر را هموار می‌کنند.
• ارتقاء کابل اترنت: یکی از دلایل بروز نوسان کابل‌ها و سوییچ‌ها قدیمی است. کابل‌های جدید نوسان اترنت را برطرف می‌کنند زیرا قادرند داده‌ها را با فرکانس 250 مگاهرتز (MHz) منتقل کنند. کابل‌های قدیمی فقط می‌توانند داده‌ها را با فرکانس 125 مگاهرتز انتقال دهند.
• کاهش استفاده غیر ضروری از پهنای باند در ساعات کاری: استفاده از پهنای باند زیاد برای فعالیت‌هایی که مرتبط با کار نیستند، مانند پخش ویدیو یا بازی‌های شبکه، می‌تواند باعث بدتر شدن نوسان شود.
• برنامه‌ریزی برای انجام بروزرسانی خارج از زمان‌های کاری: بروزرسانی برنامه‌ها و سیستم‌های عامل باید خارج از ساعات کاری انجام شود تا ظرفیت ارتباطات حیاتی‌تر آزاد شود.

تکنیک دیگر برای کاهش نوسان در جاهایی که چند مسیر برای ترافیک در دسترس است، هدایت انتخابی ترافیک در امتداد پایدارترین مسیرها یا انتخاب مسیری است که می‌تواند به نرخ تحویل بسته هدف، نزدیک‌تر باشد.

ابزارهای نظارت بر شبکه

ابزارهای نظارت بر شبکه می‌توانند داده‌های مربوط به Jitter و سایر جنبه‌های منفی شبکه را اندازه‌گیری و نمایش دهند.

این ابزارها عبارتند از:

– ابزارهای مدیریت کیفیت شبکه (VNQM)

این نرم افزارها دقت تماس‌های VoIP و سوابق جزئیات تماس را رصد کرده و معیارهای عملکرد مانند نوسان، تأخیر، از دست دادن بسته‌ها و میانگین امتیاز نظر (MOS) را اندازه‌گیری می‌کنند.

این ابزارها برای بررسی کیفیت تماس‌های VoIP برای نوسان فعلی و حداکثر نوسان طراحی شده که به سنجش عملکرد در سطح دقیق‌تر، نظارت بر کیفیت ترافیک VoIP و امکان عیب‌یابی سریع هر مشکل، به کاربران کمک می‌کند.

این نرم افزارها کاربران را قادر می‌سازند تا رکوردهای جزئیات تماس از مدیر ارتباطات یکپارچه سیسکو و مدیر ارتباطی Avaya Aura را تجزیه و تحلیل کنند.

ویژگی‌های کلیدی عبارتند از:

• نظارت بر شبکه گسترده (WAN) بصورت بلادرنگ
• عیب یابی مشکلات کیفیت تماس VoIP
• ردیابی مسیر تماس بصری VoIP
• درگاه VoIP سیسکو و مانیتورینگ ترانک رابط نرخ اولیه (PRI)

– ابزارهای مانیتور شبکه

این نرم افزارها می‌توانند Jitter را تشخیص داده و به طور مداوم آن را نظارت کنند. این ابزارها از حسگرهایی برای نظارت بر عناصر جداگانه در یک دستگاه استفاده می‌کنند. یک حسگر معمولاً بر یک مقدار اندازه‌گیری شده در شبکه به عنوان مثال، ترافیک یک پورت سوبیچ، بار CPU یک سرور یا فضای آزاد یک درایو دیسک نظارت می‌کند.

به طور متوسط یک کاربر به حدود 5 تا 10 سنسور در هر دستگاه یا یک سنسور در هر پورت سوبیچ نیاز دارد.

نرم افزارهای مانیتورینگ شبکه دارای حسگرهای مختلف برای کمک به کاربران برای نظارت بر نوسان شبکه هستند:

1. سنسور رفت و برگشت کیفیت خدمات (QoS): بر کیفیت اتصال نظارت می‌کند و نوسان شبکه (بر حسب میلی ثانیه)، از دست دادن بسته، تأخیر و MOS را اندازه‌گیری و نمایش می‌دهد.
2. سنسور یک طرفه QoS: کیفیت اتصال بین دو پروب را پیگیری کرده و نوسان، از دست دادن، تأخیر و MOS را اندازه‌گیری و نمایش می‌دهد.
3. سنسور سیسکو IP SLA: از پروتکل مدیریت شبکه ساده (SNMP) برای نظارت بر IP SLA سیسکو استفاده می‌کند. همچنین Jitter را اندازه‌گیری و نمایش می‌دهد.
4. سنسور Ping Jitter: فقط برای نوسان، از مجموعه‌ای از پینگ‌ها برای اندازه‌گیری و محاسبه نوسان استفاده می‌کند.

– ابزارهای تست سرعت مستمر شبکه

کاربرد این ابزارها تست نوسان و از دست دادن بسته برای ویندوز، لینوکس و اندروید است. این ابزارها کیفیت اتصالات شبکه را با ارسال چندین اتصال دو طرفه UDP به سرورهای مختلف می‌سنجند.

این نرم افزارها مهرهای زمانی را در بسته‌ها ثبت کرده و نوسان و از دست دادن بسته‌ها از مهرهای زمانی را اندازه‌گیری می‌کند. پس از پایان تست، نتایج زیر نمایش داده می‌شود:

• پهنای باند آپلود و دانلود
• آپلود و دانلود نوسان
• آپلود و دانلود از دست دادن بسته
• تاخیر در RTT
• درصد uptime و سابقه خرابی