Голосовая связь : Качество голосовой связи

VoIP - потребление полосы пропускания в расчете на вызов

28 июля 2013 - Машинный перевод
Другие версии: PDF-версия:pdf | Перевод, выполненный профессиональным переводчиком (4 апреля 2008) | Английский (2 февраля 2006) | Отзыв


Содержание


Введение

Один из самых важных факторов, которые необходимо рассмотреть при создании сети для пакетной передачи данных — планирование пропускной способности. В планировании мощности расчет полосы пропускания является важным фактором для рассмотрения когда вы дизайн и сети для речевых пакетов устранения неполадок для высокого качества голосовой связи.

В этом документе рассказывается о вычислении пропускной способности голосового кодека и функциях изменения или экономии полосы пропускания при использовании VoIP.

Примечание. Как дополнение к этому документу, можно использовать Калькулятор для расчета нагрузки от голосового кодека TAC (только зарегистрированные клиенты) программное средство. Этот инструмент предлагает сведения о том, как рассчитать пропускную способность, необходимую для пакетных голосовых вызовов.

Предварительные условия

Требования

Для этого документа отсутствуют особые требования.

Используемые компоненты

Настоящий документ не имеет жесткой привязки к каким-либо конкретным версиям программного обеспечения и оборудования.

Условные обозначения

Подробные сведения об условных обозначениях см. в документе "Условное обозначение технических терминов Cisco".

VoIP — потребление пропускной способности на один вызов

Эти предположения заголовка протокола используются для вычислений:

  • заголовки: 40 байт для IP (20 байт) / UDP (8 байт) / RTP (12 байт).

  • Протокол cRTP уменьшает заголовки IP/UDP/RTP до 2 или 4 байт (cRTP нельзя использовать через Ethernet).

  • 6 байтов для протокола Multilink Point-to-Point Protocol (MP) или заголовка Frame Relay Forum (FRF).12 Layer 2 (L2).

  • 1 байт для флага конца кадра MP и Frame Relay.

  • 18 байт для заголовков Ethernet L2, включая 4 байта для функции Frame Check Sequence (FCS) или Cyclic Redundancy Check (CRC).

Примечание. Эта таблица только содержит вычисления для размеров голосового пакета по умолчанию в Сisco callmanager или Cisco шлюзы IOS® Software H.323. Дополнительные расчеты, включающие различные размеры полезной части голосового пакета и другие протоколы, например VoFR и VoATM, можно получить с помощью инструмента TAC Voice Bandwidth Codec Calculator (только для зарегистрированных заказчиков).

Примечание. 

Сведения о кодеке Расчеты полосы пропускания
Кодек & Битовая скорость (кб/с) Выборочный размер кодека (байты) Выборочный интервал кодека (мс) Mean Opinion Score (MOS) Размер речевых данных (байты) Размер речевых данных (мс) Пакеты в секунду (PPS) MP пропускной способности или FRF.12 (кб/с) Пропускная способность w/cRTP MP или FRF.12 (кб/с) Пропускная способность Ethernet (кб/с)
Г 711 (64 кб/с) 80 Байт 10 мс 4.1 160 Байт 20 мс 50 82.8 Кб/с 67.6 Кб/с 87.2 Кб/с
Г 729 (8 кб/с) 10 байтов 10 мс 3.92 20 байтов 20 мс 50 26.8 Кб/с 11.6 Кб/с 31.2 Кб/с
Г 723.1 (6.3 кб/с) 24 байта 30 мс 3.9 24 байта 30 мс 33.3 18.9 Кб/с 8.8 Кб/с 21.9 Кб/с
Г 723.1 (5.3 кб/с) 20 байтов 30 мс 3.8 20 байтов 30 мс 33.3 17.9 Кб/с 7.7 Кб/с 20.8 Кб/с
G.726 (32 Кбит/с) 20 байтов 5 мс 3.85 80 Байт 20 мс 50 50.8 Кб/с 35.6 Кб/с 55.2 Кб/с
G.726 (24 Кбит/с) 15 байтов 5 мс   60 байтов 20 мс 50 42.8 Кб/с 27.6 Кб/с 47.2 Кб/с
Г 728 (16 кб/с) 10 байтов 5 мс 3.61 60 байтов 30 мс 33.3 28.5 Кб/с 18.4 Кб/с 31.5 Кб/с
G722_64k (64 кб/с) 80 Байт 10 мс 4.13 160 Байт 20 мс 50 82.8 Кб/с 67.6 кб/с 87.2 Кб/с
ilbc_mode_20 (15.2 кб/с) 38 байтов 20 мс NA 38 байтов 20 мс 50 34.0 кб/с 18.8 Кб/с 38.4 кб/с
ilbc_mode_30 (13.33 кб/с) 50 байтов 30 мс NA 50 байтов 30 мс 33.3 25.867 кб/с 15.73 кб/с 28.8 Кб/с

Объяснение терминов

Битовая скорость кодека (кб/с) На основе кодека это - количество битов в секунду, которые должны быть переданы для отправки голосового вызова. (скорость кодека = значение выборки кодека / интервал выборки кодека).
Выборочный размер кодека (байты) На основе кодека это - количество байтов, перехваченных Цифровым процессором сигналов (DSP) в каждом выборочном интервале кодека. Например, кодер G.729 работает с интервалом выборки 10 мс, что соответствует значению выборки 10 байт (80 бит) и скорости 8 Кбит/с. (скорость кодека = значение выборки кодека / интервал выборки кодека).
Выборочный интервал кодека (мс) Это - выборочный интервал, в котором работает кодек. Например, кодер G.729 работает с интервалом выборки 10 мс, что соответствует значению выборки 10 байт (80 бит) и скорости 8 Кбит/с. (скорость кодека = значение выборки кодека / интервал выборки кодека).
MOS MOS является системой классификации качества голосовой связи телефонных подключений. При использовании MOS большая группа слушателей оценивает качество образца звука от 1 (плохое) до 5 (отлично). В результате усреднения оценок получается значение MOS для кодека.
Размер речевых данных (байты) Размер речевых данных представляет количество байтов (или биты), которые заполнены в пакет. Размер полезной части голосового пакета должен быть кратен значению выборки кодека. Например, пакеты G.729 могут использовать следующие значения полезной нагрузки голосовых данных: 10, 20, 30, 40, 50 или 60.
Размер речевых данных (мс) Размер речевых данных может также быть представлен с точки зрения выборок кодека. Например, размер речевых данных Г 729 20 мс (две выборки кодека на 10 мс) представляет речевые данные 20 байтов [(20 байтов * 8) / (20 мс) = 8 кб/с]
PPS PPS представляет количество пакетов, которые должны передаваться каждую секунду, чтобы отправить битовую скорость кодека. Например, для вызова G.729 с размером полезной части голосового пакета 20 байт (160 бит), за каждую секунду необходимо передавать 50 пакетов [50 pps = (8 Кбит/с) / (160 бит на пакет) ]

Формулы расчета пропускной способности

Эти вычисления используются:

  • Общий размер пакета = (Заголовок L2: MP, FRF.12 или Ethernet) + (заголовок IP/UDP/RTP) + (объем полезных голосовых данных)

  • PPS = (скорость передачи кодека в битах) / (размер полезной нагрузки голосовых данных)

  • Пропускная способность = общий размер пакетов* PPS

Образец расчетов

Например, для вызова G.729 (скорость кодека 8 кбит/с) с cRTP, MP и стандартной 20-байтной полезной частью голосового пакета необходимая полоса пропускания составляет:

  • Общий размер пакета (байт) = (заголовок MP из 6 байт) + ( сжатый заголовок IP/UDP/RTP из 2 байт) + (голосовые данные20 байт) = 28 байт

  • Совокупный размер пакета (в битах) = (28 байт) * 8 бит на один байт = 224 бита

  • PPS = (8 битовых скоростей скорости передачи данных кодека в кбит/с) / (160 битов) = 50 pps

    Примечание. 160 битов = 20 байтов (голосовой пакет по умолчанию) * 8 битов за байт

  • Полоса пропускания для одного вызова = размер голосового пакета (224 бита) * 50 пакетов/с = 11,2 кбит/с

Настройка величины речевой полезной нагрузки для шлюзов Cisco CallManager и IOS

Размер полезной части голосового пакета можно настроить на шлюзах Cisco CallManager и Cisco IOS.

 Примечание.Если шлюз Cisco IOS настроен в качестве шлюза MGCP с помощью Cisco CallManager, все параметры кодека (тип кодека, размер полезной части пакета, обнаружение голосовой активности и т. п.) определяются приложением Cisco CallManager.

В приложении Cisco CallManager размер полезной части голосового пакета настраивается для всей системы. Этот атрибут установлен в Управлении Cisco CallManager (Service> Service Parameters> select_server > Сisco callmanager) с этими тремя параметрами службы:

  • PreferredG711MillisecondPacketSize. (Значение по умолчанию: 20 мс. Доступные значения: 10, 20, и 30 мс.)

  • PreferredG729MillisecondPacketSize — (Настройка по умолчанию: 20 мс. Доступные значения: 10, 20, 30, 40, 50, и 60 мс.)

  • PreferredG723MillisecondPacketSize — (Настройка по умолчанию: 30 мс. Доступные параметры настройки: 30 и 60 мс.)

В Сisco callmanager размер речевых данных настроен с точки зрения миллисекунд (мс) выборки. На основе кодека эта таблица сопоставляет некоторые выборки мс с размером фактической полезной нагрузки в байтах.

Codec Размер речевых данных (мс) Размер речевых данных (байты) Комментарии
Г 711 20 мс (по умолчанию) 160 Байт Заметьте, что всегда поддерживается битовая скорость кодека. Например: Кодек г 711 = [240 байтов * 8 (биты/байты)] / 30 мс = 64 кб/с
30 мс 240 байтов
Г 729 20 мс (по умолчанию) 20 байтов
30 мс 30 байтов
Г 723 30 мс (по умолчанию)

В шлюзах Cisco IOS опция добавлена в Cisco IOS Software Release 12.0 (5) T, который позволяет размеру речевых данных (в байтах) для Пакетов VoIP быть измененным через Интерфейс командной строки (CLI). Новая команда имеет следующий синтаксис.

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

Последствия изменения размера полезной части голосового пакета

Количество выборок кодека за пакет является другим фактором, который определяет пропускную способность и задержку вызова VoIP. Кодек определяет размер отдельного сегмента, но на количество пакетов, передаваемых в секунду, влияет общее количество сегментов в пакете.

При увеличении размера полезной части пакета, пропускная способность VoIP уменьшается, а общая задержка увеличивается. Это поясняется на следующем примере.

  • Вызов G.729 с размером полезной части голосового пакета 20 байт (20 мс). (40 байтов заголовков IP/UDP/RTP + 20-байтовые речевые данные) * 8 битов за байт * 50 pps = 24 кб/с

  • Г 729 звонят с размером речевых данных 40 байтов (40 мс): (заголовки IP/UDP/RTP, 40 байт + размер полезной части голосового пакета, 40 байт) * 8 бит * 25 pps = 16 Кбит/с

Примечание. Заголовки L2 не рассматривают в этом вычислении.

 Примечание.Расчеты показывают, что при удвоении размера полезной части пакета, необходимое количество пакетов в секунду уменьшается наполовину.

Примечание. Как определено в спецификациях Г 114 Международного союза телекоммуникаций сектор стандартизации телекоммуникаций (ITU-T), рекомендуемая односторонняя общая задержка для голоса составляет 150 мс. Для частной сети 200 мс являются приемлемым значением, и 250 мс должны быть максимумом.

Определение активности речи

В коммутируемых голосовых сетях все голосовые вызовы используют каналы с фиксированной пропускной способностью 64 Кбит/с, независимо от соотношения речи и тишины в разговоре. В сетях VoIP весь разговор и молчание разбивается на пакеты. С Обнаружением активности речи (VAD) могут быть подавлены пакеты молчания.

В течение долгого времени и как среднее число на громкости больше чем 24 вызовов, VAD может предоставить до 35-процентной экономии полосы пропускания. Экономия не применяется для отдельных голосовых вызовов или для измерения любой другой заданной точки. В целях организации сети и формирования полосы пропускания, VAD не должен быть принят во внимание, особенно на ссылках, которые переносят меньше чем 24 голосовых вызова одновременно. Такие возможности, как музыка на удержании и факс неэффективно передают VAD. Если сеть проектирована для полной полосы пропускания голосового вызова, все сохранения, предоставлены VAD, доступны для информационных приложений.

Кроме того, функция VAD генерирует комфортный шум (CNG). Поскольку тишину можно легко перепутать с отключенным вызовом, функция CNG выполняет локальную генерацию белого шума, благодаря которому обе стороны воспринимают вызов как активный . Приложения B G.729 и A G.723.1 содержат интегральные функции VAD, но в остальном выполняют те же самые функции, что и G.729 и G.723.1 соответственно.

В Сisco callmanager VAD может быть включен (это отключено по умолчанию) с этими параметрами службы:

  • SilenceSuppressionSystemWide. Этот параметр включает VAD skinny-терминалами (например, Cisco IP Phone и Тонкие шлюзы)

  • SilenceSuppressionWithGateways — Этот параметр выбирает параметр VAD для всех шлюзов MGCP. Он не влияет на шлюзы H.323. Функцию VAD для шлюзов H.323 необходимо отключать на самих шлюзах.

Можно найти эти параметры службы под Управлением Cisco CallManager (Service> Service Parameters> select_server > Сisco callmanager).

Сжатие заголовка RTP или сжатие RTP (cRTP)

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

Все пакеты VoIP состоят из двух компонентов: голосовые выборки и заголовки IP/UDP/RTP. Несмотря на то, что образцы голосовых данных сжаты Цифровым процессором сигналов (DSP) и могут варьироваться по размеру на основе используемого кодека, эти заголовки составляют постоянные 40 байтов в длине. По сравнению с 20 байтами голосовых образцов в вызове по умолчанию G.729, эти заголовки составляют значительную величину служебных данных. С cRTP эти заголовки могут быть сжаты к двум или четырем байтам. Такое сжатие обеспечивает значительную экономию пропускной способности VoIP. Например, стандартный вызов G.729 VoIP использует 24 Кбайта без cRTP и 12 Кбайт cRTP.

Вследствие того, что cRTP сжимает вызовы VoIP на поканальной основе, оба конца IP-канала нуждаются в настройке для cRTP.

В Cisco IOS Software Releases 12.0.5T и предыдущих версий cRTP использует коммутацию процессов, что значительно ограничивает возможность масштабирования решений cRTP из-за быстродействия CPU. Большинство этих проблем были решены через различные улучшения характеристик cRTP, введенных в Cisco IOS Software Releases 12.0.7T по 12.1.2T. Это - сводка истории.

  • cRTP происходит с переключением процессов в Cisco IOS Software Release 12.0.5T и ниже.

  • В Cisco IOS Software Release 12.0.7T, и продолжаясь в выпуске 12.1.1T, введена поддержка быстрой коммутации и коммутации Cisco Express Forwarding для cRTP.

  • В Cisco IOS Software Release 12.1.2T вводятся алгоритмические средства улучшения производительности.

При использовании cRTP для пути быстрой коммутации значительно увеличивается число сеансов RTP (вызовов VoIP), которые могут быть обработаны шлюзами VoIP и промежуточными маршрутизаторами.

Алгоритмы компрессии

Поскольку RTP не имеет отдельного собственного заголовка пакета, поток RTP (для cRTP) отличают от потока UDP (cUDP) при помощи эвристики. Точная эвристика, используемая в настоящее время, чтобы обнаружить пакеты RTP для сжатия:

  • Порт назначения четный.

  • Номер порта назначения лежит в диапазоне 16384-32767 или 49152-65535.

  • Поле версии RTP имеет значение 1 или 2.

  • Поле расширения RTP установлено на 0.

Связанные обсуждения сообщества поддержки Cisco

В рамках сообщества поддержки Cisco можно задавать и отвечать на вопросы, обмениваться рекомендациями и совместно работать со своими коллегами.


Дополнительные сведения


Document ID: 7934