Voix : Qualité vocale

Voix sur IP - Consommation de bande passante par appel

30 juillet 2013 - Traduction automatique
Autres versions: PDFpdf | Anglais (2 février 2006) | Commentaires


Contenu


Introduction

Un des facteurs les plus importants à considérer quand vous établissez des réseaux voix par paquets est la planification de la capacité appropriée. Dans la planification de capacité, le calcul de la bande passante est un facteur important à considérer quand vous concevez et dépannez des réseaux voix par paquets pour la bonne qualité vocale.

Ce document explique les calculs et les caractéristiques codec de voix pour modifier ou conserver la bande passante quand VoIP (voix sur IP) est utilisé.

Remarque: Comme complément à ce document, vous pouvez utiliser l'outil TAC Voice Bandwidth Codec Calculator (clients enregistrés seulement). Cet outil fournit des informations sur la façon de calculer la bande passante nécessaire pour les appels vocaux par paquets.

Conditions préalables

Conditions requises

Aucune spécification déterminée n'est requise pour ce document.

Composants utilisés

Ce document n'est pas limité à des versions de matériel et de logiciel spécifiques.

Conventions

Pour plus d'informations sur les conventions utilisées dans ce document, reportez-vous à Conventions relatives aux conseils techniques Cisco.

VoIP - Bande passante par communication

Ces hypothèses d'en-tête de protocole sont utilisées pour les calculs :

  • 40 octets pour IP (20 octets)/en-têtes Protocole de datagramme utilisateur (UDP) (8 octets)/Protocole de transport en temps réel (RTP) (12 octets).

  • Le Compressed Real-Time Protocol (CRTP) ramène les en-têtes IP/UDP/RTP à 2 ou 4 octets (le cRTP n'est pas disponible sur Ethernet).

  • 6 octets pour le l'en-tête MLPPP (Multilink Point-to-Point Protocol) ou Forum Frame Relay (FRF).12 couche 2 (L2).

  • 1 octet pour l'indicateur de fin de trame les trames MP et Frame Relay.

  • 18 octets pour les en-têtes Ethernet L2, y compris 4 octets de Frame Check Sequence (FCS) ou Cyclic Redundancy Check (CRC).

Remarque: Ce tableau contient seulement les calculs pour les tailles de charge utile vocale par défaut dans les passerelles Cisco CallManager ou H.323 du logiciel Cisco IOS®. Pour des calculs supplémentaires, y compris pour les différentes tailles de la charge utile vocale et d'autres protocoles, tels que Voix sur relais de trame (VOFR) et Voix sur ATM (VoATM), utilisez l'outil TAC Voice Bandwidth Codec Calculator (clients enregistrés seulement).

Remarque: 

Informations Codec Calculs de la bande passante
Codec et débit binaire (Kbps) Taille d'échantillon Codec (octets) Intervalle d'échantillon Codec (ms) Note moyenne d'opinion Taille de la charge utile vocale (octets) Taille de la charge utile vocale (ms) Packets par seconde (PPS) Bande passante MP ou FRF.12 (Kbps) Bande passante avec cRTP MP ou FRF.12 (Kbps) Bande passante Ethernet (Kbps)
G.711 (64 Kbps) 80 octets 10 ms 4,1 160 octets 20 ms 50 82,8 Kbps 67,6 Kbps 87,2 Kbps
G.729 (8 Kbps) 10 octets 10 ms 3,92 20 octets 20 ms 50 26,8 Kbps 11,6 Kbps 31,2 Kbps
G.723.1 (6,3 Kbps) 24 octets 30 ms 3,9 24 octets 30 ms 33,3 18,9 Kbps 8,8 Kbps 21,9 Kbps
G.723.1 (5,3 Kbps) 20 octets 30 ms 3,8 20 octets 30 ms 33,3 17,9 Kbps 7,7 Kbps 20,8 Kbps
G.726 (32 Kbps) 20 octets 5 ms 3,85 80 octets 20 ms 50 50,8 Kbps 35,6 Kbps 55,2 Kbps
G.726 (24 Kbps) 15 octets 5 ms   60 octets 20 ms 50 42,8 Kbps 27,6 Kbps 47,2 Kbps
G.728 (16 Kbps) 10 octets 5 ms 3,61 60 octets 30 ms 33,3 28,5 Kbps 18,4 Kbps 31,5 Kbps
G722_64k (64 Kbps) 80 octets 10 ms 4,13 160 octets 20 ms 50 82,8 Kbps 67.6Kbps 87,2 Kbps
ilbc_mode_20(15.2Kbps) 38 octets 20 ms NA 38 octets 20 ms 50 34.0Kbps 18,8 Kbps 38.4Kbps
ilbc_mode_30(13.33Kbps) 50 octets 30 ms NA 50 octets 30 ms 33,3 25,867 Kbps 15.73Kbps 28,8 Kbps

Explication des termes

Débit binaire Codec (Kbps) Basé sur le codes, c'est le nombre de bits par seconde qui doivent être transmises pour fournir un appel vocal. (débit binaire codec = taille d'échantillon codec/intervalle d'échantillon codec).
Taille d'échantillon Codec (octets) Basé sur le codec, c'est le nombre d'octets captés par le processeur de signal numérique (DSP) à chaque intervalle d'échantillon codec. Par exemple, le codeur G.729 opère sur des intervalles d'échantillon de 10 ms, correspondant à 10 octets (80 bits) par échantillon à un débit binaire de 8 Kbps. (débit binaire codec = taille d'échantillon codec/intervalle d'échantillon codec).
Intervalle d'échantillon Codec (ms) C'est l'intervalle d'échantillonnage auquel opère le codec. Par exemple, le codeur G.729 opère sur des intervalles d'échantillon de 10 ms, correspondant à 10 octets (80 bits) par échantillon à un débit binaire de 8 Kbps. (débit binaire codec = taille d'échantillon codec/intervalle d'échantillon codec).
MOS MOS est un système d'évaluation de la qualité de la voix pour les communications téléphoniques. Un grand nombre d'utilisateurs évaluent la qualité de la voix avec une échelle de 1(mauvais) à 5 (excellent). Une moyenne des scores est faite pour obtenir le MOS pour un Codec.
Taille de la charge utile vocale (octets) La taille de la charge utile vocale représente le nombre d'octets ou de bits contenus dans un paquet. La taille de la charge utile vocale doit être un multiple de la taille d'un échantillon du Codec. Par exemple pour G.729 les paquets peuvent avoir une charge utile vocale de 10, 20, 30, 40, 50 ou 60 octets.
Taille de la charge utile vocale (ms) La charge utile vocale peut également être exprimée en échantillons Codec. Par exemple une charge utile G.729 de 20 ms représente deux échantillons codec de 10 ms (charge utile égale à 20 octets) [ (20 octets * 8) / (20 ms) = 8 Kbps ]
PPS PPS représente le nombre de paquets par seconde devant être transmis pour assurer le débit binaire du Codec. Par exemple pour une communication G.729 avec une charge utile vocale par paquet de 20 octets (160 bits), 50 paquets par seconde devront être transmis pour respecter le débit de 8 Kbit/s [50 pps = (8 Kbps) / (160 bits par paquet) ].

Formules de calcul de bande passante

Les calculs suivants sont utilisés :

  • Taille totale de paquet = (en-tête L2 : MP ou FRF.12 ou Ethernet) + (en-tête IP/UDP/RTP) + (taille de la charge utile vocale)

  • PPS = (début du Codec)/(taille de la charge utile vocale)

  • Bande passante = taille totale du paquet * PPS

Exemples de calcul

Par exemple, la bande passante requise pour une communication G.729 (8 Kbit/s débit du Codec) avec cRTP, MP et une taille de charge utile vocale de 20 Octets par défaut est de :

  • Taille totale paquet (octets) = (En-tête MP (6 Octets)) + ( En-tête IP/UDP/ RTP compressé (2 Octets) + (charge utile vocale (20 octets) = 28 octets

  • Taille totale paquet en bits = (28 octets) * 8 bits par octet = 224 bits

  • PPS = (Débit du Codec 8Kbit/s)/(160 bits) = 50 paquets par seconde

    Remarque: 160 bits = 20 octets (charge utile vocale par défaut) * 8 bits par octet

  • Bande passante par communication = taille du paquet voix (224 bits) * 50 PPS = 11,2 Kbps

Configuration des tailles de la charge utile vocale dans Cisco CallManager et Passerelles IOS

La taille de la charge utile vocale par paquet peut être configurée dans cisco Cisco CallManager et les passerelles Cisco IOS.

Remarque: Si la passerelle Cisco IOS est configurée dans Cisco CallManager comme passerelle Media Gateway Control Protocol (MGCP), toutes les informations relatives au Codec (type de Codec, taille de charge utile, détection d'activité voix, etc.) sont contrôlées par Cisco CallManager.

Dans cisco CallManager, la taille de la charge utile vocale par paquet est configurable sur une base très large. Cet attribut est configuré dans l'administration Cisco CallManager (service > Service Parameters > select_server > Cisco CallManager) avec les trois paramètres de services suivants :

  • PreferredG711MillisecondPacketSize - (valeur par défaut : 20 configurations disponibles de Mme : 10, 20, et 30 ms.)

  • PreferredG729MillisecondPacketSize - (valeur par défaut : 20 configurations disponibles de Mme : 10, 20, 30, 40, 50 et 60 ms.)

  • PreferredG723MillisecondPacketSize - (valeur par défaut : 30 configurations disponibles de Mme : 30 et 60 ms.)

Dans Cisco CallManager, la taille de la charge utile vocale est configurée en échantillons en millisecondes (ms). Basé sur le Codec, le tableau suivant donne la correspondance entre les échantillons en millisecondes et la taille de la charge utile en octets.

Codecs Taille de la charge utile vocale (ms) Taille de la charge utile vocale (octets) Commentaires
G.711 20 ms (par défaut) 160 octets Notez que le débit binaire du Codec est toujours maintenu. Exemple : Codec G.711 = [240 octets * 8(bits/octets)]/30 ms = 64 Kbps
30 ms 240 octets
G.729 20 ms (par défaut) 20 octets
30 ms 30 octets
G.723 30 ms (par défaut)

Dans les passerelles Cisco IOS, une fonctionnalité a été ajoutée dans le Logiciel Cisco IOS Version 12.0(5)T, qui permet de changer la taille de la charge utile vocale (en octets) pour les paquets VoIP via l'interface de ligne de commande (CLI). La nouvelle syntaxe de commande est :

Cisco-Router(config-dial-peer)#codec g729r8 bytes ?

Each codec sample produces 10 bytes of voice payload.

Valid sizes are:
10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120,
130, 140, 150, 160, 170, 180, 190, 200, 210, 220, 230

Any other value within the range will be rounded down to nearest valid size.

<10-230> Choose a voice payload size from the list above

Incidence du changement des tailles de la charge utile vocale

Le nombre d'échantillons de Codec par paquet est un autre facteur déterminant la bande passante et le délai d'une communication VoIP. Le Codec définit la taille de l'échantillon, mais le nombre total d'échantillons placés dans un paquet affecte le nombre de paquets transmis par seconde.

Quand vous augmentez la taille de la charge utile vocale, vous réduisez la bande passante VoIP et vous augmentez le délai global. L'exemple suivant illustre ce résultat :

  • Communication G.729 avec une charge utile vocale de 20 octets (20 ms) : (40 octets d'en-tête IP/UDP/RTP + charge utile vocale 20 octets) * 8 bits par octet * 50 PPS = 24 Kbps

  • Communication G.729 avec une charge utile vocale de 40 octets (40 ms) : (40 octets d'en-tête IP/UDP/RTP + charge utile vocale de 40 octets) * 8 bits par octet * 25 PPS = 16 Kbps

Remarque: Les en-têtes couche 2 ne sont pas considérés dans ce calcul.

Remarque: Les calculs montrent que lorsque la charge utile est doublée, le nombre de paquets par seconde requis est par conséquent divisé par deux.

Remarque: Comme défini dans la norme G.114 de l'ITU-T (Telecommunication Union Telecommunication Standardization Sector), le délai global recommandé pour un seul sens pour les communications voix est de 150 ms. Pour un réseau privé, 200 ms est un délai raisonnable, et 250 ms doit être le maximum.

Détection d'activité de voix

Avec les réseaux voix à commutation de circuits, toutes les communications voix utilisent une bande passante de 64 Kbps sans tenir compte des silences. Avec les réseaux VoIP, toutes les conversations et tous les silences sont paquétisés. Avec la détection d'activité voix (la VAD), les paquets de silences sont supprimés.

L'expérience a montré que pour un volume de communications supérieur à 24, la VAD fournit en moyenne un gain de 35 pourcent de bande passante. Les gains ne sont pas obtenus par communication voix ou à un point de mesure spécifique. Pour les besoins de conception des réseaux et de l'ingénierie de bande passante, la VAD ne doit pas être prise en compte, notamment pour les liaisons qui transportent simultanément moins de 24 communications voix. Certaines fonctionnalités comme les musiques d'attente et le fax rendent la VAD inefficace. Quand le réseau est conçu en tenant compte de la bande passante totale utilisée par les communications voix, tous les gains de bande passante autorisés par la VAD sont disponibles pour les applications de type données.

La VAD permet aussi la génération d'un bruit de confort (CNG - Comfort Noise Generation). Comme on peut interpréter un silence comme une déconnexion, la génération de bruit de confort produit un bruit blanc pour que les interlocuteurs n'interprètent pas le silence comme une déconnexion. G729 Annexe-B et G.723.1 Annexe-A ont les mêmes fonctionnalités que G.729 et G.723.1 mais intègrent une fonction de détection d'activité voix.

Dans Cisco CallManager, la VAD peut être configurée (elle est désactivée par défaut) avec les paramètres de service suivants :

  • SilenceSuppressionSystemWide - Ce paramètre sélectionne la valeur VAD pour tous les terminaux légers (par exemple : Téléphones IP Cisco et « Skinny gateways »)

  • SilenceSuppressionWithGateways - Ce paramètre sélectionne la valeur VAD pour toutes les passerelles MGCP. Ceci n'a pas d'effet sur les passerelles H.323. La VAD sur passerelles H.323 doit être désactivée sur la passerelle.

Vous pouvez trouver ces paramètres de service sous Cisco CallManager Administration (Service > Service Parameters > select_server > Cisco CallManager).

Compression d'en-tête RTP ou Compressed RTP (cRTP)

/image/gif/paws/7934/bwidth_consume.gif

Tous les paquets VoIP sont constitués de deux composants : les échantillons voix et les en-têtes IP/UDP/RTP. Bien que les échantillons voix soient compressés par le DSP (le traitement de signal numérique) et qu'il puissent varier de taille selon le Codec utilisé, les en-têtes ont une taille constante de 40 octets. Comparés aux échantillons voix de 20 octets dans une communication G.729 par défaut, ces en-têtes constituent un surdébit très important. Avec l'utilisation de cRTP, ces en-têtes peuvent être compressés en deux ou quatre octets. Cette compression permet des économies de bande passante significatives. Par exemple, une communication VoIP G.729 par défaut consomme 24 Kb sans cRTP activé et seulement 12 Kb lorsque le cRTP est activé.

Comme le cRTP compresse les communications VoIP liaison par liaison, les deux extrémités de la liaison IP doivent être configurées pour le cRTP.

Dans le logiciel Cisco IOS versions 12.0.5T et antérieures, le cRTP est un processus commuté, ce qui limite fortement l'évolutivité des solutions cRTP à cause des performances du CPU. La plupart de ces questions ont été résolues par diverses améliorations des performances du cRTP introduites dans le logiciel Cisco IOS versions 12.0.7T à 12.1.2T. Voici un récapitulatif de l'historique.

  • Le cRTP est un processus commuté dans le logiciel Cisco IOS version 12.0.5T et antérieure.

  • Dans le logiciel Cisco IOS versions 12.0.7T et 12.1.1T, le support de la commutation rapide (fast-switching) et de Cisco Express Forwarding Switching a été introduit.

  • Dans le logiciel Cisco IOS version 12.1.2T, les performances de l'algorithme ont été améliorées.

Le passage de cRTP vers le "Fast Switching" améliore de manière très significative le nombre de sessions RTP (Communications VoIP) que les passerelles VoIP et les routeurs intermédiaires peuvent traiter.

Heuristiques de compression

Comme RTP n'a pas d'en-tête paquet qui lui est propre, un flux RTP (pour cRTP) est distingué d'un flux UDP (cUDP) par des heuristiques. Les heuristiques précise utilisées actuellement pour détecter les paquets RTP sont :

  • Le numéro du port de destination est pair.

  • Le numéro du port de destination est compris dans la plage 16384-32767 ou 49152-65535.

  • Le champ de la version RTP est défini à deux.

  • Le champ de l'extension RTP est défini à zéro.

Conversations connexes de la communauté de soutien de Cisco

Le site Cisco Support Community est un forum où vous pouvez poser des questions, répondre à des questions, faire part de suggestions et collaborer avec vos pairs.


Informations connexes


Document ID: 7934