Voz : Calidad de voz

Voz sobre IP - Consumo de ancho de banda por llamada

19 Mayo 2008 - Traducción manual
Otras Versiones: PDFpdf | Traducción Automática (31 Julio 2013) | Inglés (2 Febrero 2006) | Comentarios

Interactivo: Este documento ofrece cálculos de ancho de banda de voz personalizados con la herramienta Calculadora de ancho de banda del códec de voz del TAC (solamente clientes registrados).


Contenidos

Introducción
Requisitos previos
     Requisitos
     Componentes utilizados
     Convenciones
VoIP – Ancho de banda por llamada
     Explicación de términos
     Fórmulas de cálculo de ancho de banda
     Ejemplo de cálculo
Configuración de los tamaños de carga útil de voz en las gateways de Cisco IOS y Cisco CallManager
Impacto del cambio de tamaño de voces de carga útil
Detección de actividad de voz
Compresión del encabezamiento RTP o RTP comprimido (cRTP)
     Heurística de compresión

Introducción

Uno de los factores más importantes que se deben considerar al construir redes de voz en paquetes es la correcta planificación de capacidad. Dentro de la planificación de capacidad, el cálculo de ancho de banda es un factor importante que se debe tener en cuenta en relación con el diseño y la resolución de problemas de las redes de voz en paquetes para obtener una buena calidad de voz.

Este documento explica las funciones y los cálculos de ancho de banda del códec de voz para modificar o conservar el ancho de banda cuando se utiliza Voz por IP (VoIP).

Nota: Como un complemento de este documento, recomendamos la herramienta Calculadora de ancho de banda del códec de voz del TAC (solamente clientes registrados). Esta herramienta brinda información sobre cómo calcular el ancho de banda requerido para las llamadas de voz en paquete.

Requisitos previos

Requisitos

No hay requisitos específicos para este documento.

Componentes utilizados

Este documento no tiene restricciones específicas en cuanto a versiones de software y de hardware.

Convenciones

Si desea más información sobre convenciones de documentos, consulte las Convenciones sobre consejos técnicos de Cisco.

VoIP – Ancho de banda por llamada

Para los cálculos, se utilizan las siguientes suposiciones de encabezado del protocolo:

  • 40 bytes para encabezados IP (20 bytes)/Protocolo de datagrama de usuario (UDP) (8 bytes)/Protocolo de transporte en tiempo real (RTP) (12 bytes).

  • El Protocolo de tiempo real comprimido (cRTP) reduce los encabezados IP/UDP/RTP a 2 ó 4 bytes (cRTP no está disponible en Ethernet).

  • 6 bytes para el Protocolo punto a punto de enlaces múltiples (MP) o para el encabezado de capa 2 (L2) del Foro de Frame Relay (FRF).12.

  • 1 byte para el indicador de fin de trama en las tramas MP y Frame Relay.

  • 18 bytes para los encabezados Ethernet L2, incluidos 4 bytes de Secuencia de verificación de tramas (FCS) o Verificación por redundancia cíclica (CRC).

Nota: La siguiente tabla contiene solamente los cálculos para los tamaños de la carga útil de voz predeterminada en las gateways H.323 del software Cisco IOS® o Cisco CallManager. Para los cálculos adicionales, incluidos los diferentes tamaños de carga de voz útil y otros protocolos como Voz sobre Frame Relay (VoFR) y Voz sobre ATM (VoATM), use la herramienta Calculadora de ancho de banda del códec de voz del TAC (solamente clientes registrados).

Información de códec

Cálculos de ancho de banda

Velocidad de bits y códec (kbps)

Ejemplo de tamaño del códec (bytes)

Ejemplo de intervalo del códec (ms)

Mean Opinion Score (MOS)

Tamaño de la carga útil de voz (bytes)

Tamaño de la carga útil de voz (ms)

Paquetes por segundo (PPS)

Ancho de banda MP o FRF.12 (kbps)

Ancho de banda c/cRTP MP o FRF.12 (kbps)

Ancho de banda Ethernet (kbps)

G.711 (64 kbps)

80 bytes

10 ms

4,1

160 bytes

20 ms

50

82,8 kbps

67,6 kbps

87,2 kbps

G.729 (8 kbps)

10 bytes

10 ms

3,92

20 bytes

20 ms

50

26,8 kbps

11,6 kbps

31,2 kbps

G.723.1 (6.3 kbps)

24 bytes

30 ms

3,9

24 bytes

30 ms

34

18,9 kbps

8,8 kbps

21,9 kbps

G.723.1 (5.3 kbps)

20 bytes

30 ms

3,8

20 bytes

30 ms

34

17,9 kbps

7,7 kbps

20,8 kbps

G.726 (32 kbps)

20 bytes

5 ms

3,85

80 bytes

20 ms

50

50,8 kbps

35,6 kbps

55,2 kbps

G.726 (24 kbps)

15 bytes

5 ms

 

60 bytes

20 ms

50

42,8 kbps

27,6 kbps

47,2 kbps

G.728 (16 kbps)

10 bytes

5 ms

3,61

60 bytes

30 ms

34

28,5 kbps

18,4 kbps

31,5 kbps

Explicación de términos

Velocidad de bits del códec (kbps)

Según el códec, éste es el número de bits que es preciso transmitir por segundo para enviar una llamada de voz. (velocidad de bits del códec = ejemplo de tamaño del códec/ejemplo de intervalo del códec).

Ejemplo de tamaño del códec (bytes)

Según el códec, éste es el número de bytes capturados por el Procesador de señales digitales (DSP) en cada ejemplo de intervalo del códec. Por ejemplo, el codificador G.729 opera en ejemplos de intervalos de 10 ms, correspondientes a 10 bytes (80 bits) por ejemplo a una velocidad de bits de 8 kbps. (velocidad de bits del códec = ejemplo de tamaño del códec/ejemplo de intervalo del códec).

Ejemplo de intervalo del códec (ms)

Éste es el ejemplo de intervalo en el que el códec opera. Por ejemplo, el codificador G.729 opera en ejemplos de intervalos de 10 ms, correspondientes a 10 bytes (80 bits) por ejemplo a una velocidad de bits de 8 kbps (velocidad de bits del códec = ejemplo de tamaño del códec/ejemplo de intervalo del códec).

MOS

MOS es un sistema que clasifica la calidad de la voz de las conexiones telefónicas. Con MOS, una amplia gama de oyentes juzga la calidad de un ejemplo de voz mediante una escala que va del 1 (mala) al 5 (excelente). Los puntajes se promedian para brindar una MOS para el códec.

Tamaño de la carga útil de voz (bytes)

El tamaño de la carga útil de voz representa el número de bytes (o bits) que rellenan un paquete. El tamaño de la carga útil de voz debe ser un múltiplo del ejemplo de tamaño del códec. Por ejemplo, los paquetes G.729 pueden usar 10, 20, 30, 40, 50 o 60 bytes del tamaño de la carga útil de voz.

Tamaño de la carga útil de voz (ms)

El tamaño de la carga útil de voz también se puede representar en términos de ejemplos del códec. Por ejemplo, un tamaño de carga útil de voz G.729 de 20 ms (dos ejemplos de códec de 10 ms) representa una carga útil de voz de 20 bytes [(20 bytes * 8)/(20 ms) = 8 kbps].

PPS

PPS representa el número de paquetes que es preciso transmitir por segundo para enviar la velocidad de bits del códec. Por ejemplo, para una llamada G.729 con un tamaño de carga útil de voz por paquete de 20 bytes (160 bits), es preciso transmitir 50 paquetes por segundo [50 pps = (8 kbps)/(160 bits por paquete)].

Fórmulas de cálculo de ancho de banda

Se usan los siguientes cálculos:

  • Tamaño total del paquete = (encabezado L2: MP o FRF.12 o Ethernet) + (encabezado IP/UDP/RTP) + (tamaño de carga útil de voz)

  • PPS = (velocidad de bits del códec) / (tamaño de la carga útil de voz)

  • Ancho de banda = tamaño de paquete total * PPS

Ejemplo de cálculo

Por ejemplo, el ancho de banda requerido para una llamada G.729 (velocidad de bits del códec de 8 kbps) con cRTP, MP y la carga útil de voz predeterminada de 20 bytes es:

  • Tamaño del paquete total (bytes) = (encabezado de MP de 6 bytes) + (encabezado de IP/UDP/RTP comprimido de 2 bytes) + (carga útil de voz de 20 bytes) = 28 bytes

  • Tamaño total del paquete (bits) = (28 bytes) * 8 bits por byte = 224 bits

  • PPS = (8 kbps de velocidad de bits del códec)/(160 bits) = 50 pps

    Nota: 160 bits = 20 bytes (carga útil de voz predeterminada) * 8 bits por byte

  • Ancho de banda por llamada = tamaño del paquete de voz (224 bits) * 50 pps = 11.2 Kbps

Configuración de los tamaños de carga útil de voz en las gateways de Cisco IOS y Cisco CallManager

El tamaño de la carga útil de voz por paquete se puede configurar en las gateways de Cisco IOS o Cisco CallManager.

Nota: Si en Cisco CallManager la gateway de Cisco IOS se configura como una gateway de Protocolo de control de gateway de medios (MGCP), entonces Cisco CallManager controla toda la información de códec (tipo de códec, tamaño de carga útil, detector de actividad de voz y demás).

En Cisco CallManager, el tamaño de la carga útil de voz por paquete se configura en una base de alcance para todo el sistema. Este atributo se establece en la Administración de Cisco CallManager [Service (Servicio) > Service Parameters (Parámetros de servicio) > select_server > Cisco CallManager] mediante los siguientes tres parámetros de servicio:

  • PreferredG711MillisecondPacketSize — (configuración predeterminada: 20 ms. Configuraciones disponibles: 10, 20 y 30 ms.)

  • PreferredG729MillisecondPacketSize — (configuración predeterminada: 20 ms. Configuraciones disponibles: 10, 20, 30, 40, 50 y 60 ms.)

  • PreferredG723MillisecondPacketSize — (configuración predeterminada: 30 ms. Configuraciones disponibles: 30 y 60 ms.)

En Cisco CallManager, el tamaño de la carga útil de voz se configura en términos de ejemplos de milisegundos (ms). Según el códec, la siguiente tabla representa algunos ejemplos en ms en relación al tamaño de la carga útil real expresado en bytes.

Códec

Tamaño de la carga útil de voz (ms)

Tamaño de la carga útil de voz (bytes)

Comentarios

G.711

20 ms (valor predeterminado)

160 Bytes

Observe que la velocidad de bits del códec se mantiene siempre. Por ejemplo: Un códec G.711 = [240 bytes * 8 (bits/bytes)]/30 ms = 64 kbps

30 ms

240 bytes

G.729

20 ms (valor predeterminado)

20 bytes

30 ms

30 bytes

G.723

30 ms (valor predeterminado)

En las gateways de Cisco IOS, se incorporó una función en la versión 12.0(5)T que permite cambiar el tamaño de la carga útil de voz (en bytes) para los paquetes VoIP a través de la Interfaz de línea de comandos (CLI). La nueva sintaxis del comando es la siguiente:

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

Impacto del cambio de tamaño de voces de carga útil

El número de ejemplos del códec por paquete es otro factor en la determinación del ancho de banda y el retraso de una llamada VoIP. El códec define el tamaño del ejemplo, pero el número total de ejemplos que se coloca en un paquete afecta la cantidad de paquetes que se envían por segundo.

Cuando el tamaño de la carga útil de voz aumenta, se reduce el tamaño del ancho de banda de VoIP y aumenta el retraso general. El siguiente ejemplo ilustra la situación:

  • Llamada G.729 con tamaño de carga útil de voz de 20 bytes (20 ms): (40 bytes de encabezados IP/UDP/RTP + 20 bytes de carga útil de voz) * 8 bits por byte * 50 pps = 24 kbps

  • Llamada G.729 con tamaño de carga útil de voz de 40 bytes (40 ms): (40 bytes de encabezados IP/UDP/RTP + 40 bytes de carga útil de voz) * 8 bits por byte * 25 pps = 16 kbps

Nota: Los cálculos anteriores no consideran los encabezados L2.

Nota: Los cálculos demuestran que cuando el tamaño de la carga útil se duplica, posteriormente el número de paquetes por segundo requeridos se reduce a la mitad.

Nota: Según se define en las especificaciones G.114 del sector de normalización de telecomunicaciones de la Unión internacional de telecomunicaciones (ITU-T), el retraso unidireccional de voz recomendado es de 150 ms. Para una red privada, 200 ms es un objetivo razonable, y 250 ms debería ser el máximo.

Detección de actividad de voz

Con las redes de voz con conmutación de circuitos, todas las llamadas de voz utilizan enlaces de ancho de banda fijos de 64 kbps, independientemente de cuánto de la conversación es discurso y cuánto silencio. Con las redes VoIP, toda la conversación y el silencio son empaquetados. Al utilizar la Detección de actividad de voz (VAD), se pueden eliminar los paquetes de silencio.

Con el tiempo y como promedio de un volumen de más de 24 llamadas, VAD puede proporcionar hasta un 35 por ciento en ahorros de ancho de banda. Los ahorros no se realizan en cada llamada de voz individual o en algún punto específico de medición. Para los fines de diseño de red y de ingeniería de ancho de banda, VAD no debe ser tenida en cuenta, especialmente en enlaces que transportan menos de 24 llamadas de voz simultáneamente. Varias funciones como la música en espera y el fax hacen que VAD resulte ineficaz. Cuando se realiza una ingeniería de la red para ancho de banda completo para llamadas de voz, todos los ahorros que proporciona la detección de actividades de voz (VAD) quedan a disposición de las aplicaciones de datos.

VAD también brinda Generación de ruido de comodidad (CNG). Dado que es posible confundir un silencio con una llamada desconectada, CNG proporciona ruido blanco generado localmente para que para ambas partes la llamada parezca estar conectada normalmente. El Anexo B de G.729 y Anexo A de G.723 incluyen una función VAD integrada, pero más allá de eso funcionan de la misma manera que G.729 y G.723.1, respectivamente.

En Cisco CallManager, VAD se puede habilitar (está inhabilitado en forma predeterminada) mediante el siguiente parámetro de servicio:

  • SilenceSuppressionSystemWide—Este parámetro selecciona la configuración VAD para todos los puntos finales Skinny (por ejemplo: gateways Skinny y teléfonos IP de Cisco)

  • SilenceSuppressionSystemWide—Este parámetro selecciona la configuración VAD para todas las gateways MGCP. Esto no tiene efecto en las gateways H.323. La VAD en las gateways H.323 debe ser inhabilitada en la gateway.

Puede encontrar estos parámetros de servicio en la Administración de Cisco CallManager [Service (Servicio) > Service Parameters (Parámetros de servicio) > select_server > Cisco CallManager].

Compresión del encabezamiento RTP o RTP comprimido (cRTP)

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Todos los paquetes de VoIP están formados por dos componentes. ejemplos de voz y encabezados IP/UDP/RTP. A pesar de que los ejemplos de voz se comprimen mediante el Procesador de señales digitales (DPS) y pueden variar de tamaño según el códec que se utilice, estos encabezados tienen una longitud constante de 40 bytes. En comparación con los 20 bytes de los ejemplos de voz en una llamada G.729 predeterminada, estos encabezados conforman una cantidad importante de sobrecarga. Mediante cRTP, estos encabezados se pueden comprimir en dos o cuatro bytes. Esta compresión ofrece ahorros de ancho de banda de VoIP significativos. Por ejemplo, una llamada VoIP G.729 predeterminada consume 24 kb sin cRTP, pero sólo 12 kb si tiene habilitado el cRTP.

Dado que cRTP comprime las llamadas VoIP de enlace a enlace, ambos extremos del enlace IP deben configurarse para cRTP.

En las versiones del software Cisco IOS 12.0.5T y anteriores, el cRTP está conmutado por proceso, por lo que limita seriamente la escalabilidad de las soluciones cRTP debido al desempeño de la CPU. La mayoría de estos problemas se han resuelto por medio de varias mejoras de desempeño del cRTP introducidas en las versiones del software Cisco IOS 12.0.7T a 12.1.2T. A continuación se presenta un resumen de los antecedentes.

  • El cRTP es conmutado por proceso en la versión 12.0.5T y anterior del software Cisco IOS.

  • En la versión 12.0.7T del software Cisco IOS se agrega el soporte para cRTP de la conmutación rápida y la conmutación Cisco Express Forwarding, y se continúa el desarrollo de este tema en la versión 12.1.1T.

  • En la versión 12.1.2T del software Cisco IOS, se introducen mejoras del desempeño algorítmico.

Mover el cRTP al trayecto de conmutación rápida aumenta de manera significativa la cantidad de sesiones RTP (llamadas VoIP) que las gateways de VoIP y los routers intermedios pueden procesar.

Heurística de compresión

Debido a que el RTP no tiene un encabezado de paquete diferente propio, un flujo RTP (para cRTP) se distingue de un flujo UDP (cUDP) mediante el uso de la heurística. La heurística exacta que se utiliza en la actualidad para la detección de paquetes RTP de compresión es:

  • El número de puerto de destino es par.

  • El número de puerto de destino se encuentra entre 16384-32767 ó 49152-65535.

  • El campo de la versión de RTP está configurado en dos.

  • El campo de la extensión de RTP está configurado en cero.


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