Голосовая связь : Качество голосовой связи

Voice Over IP — Потребление пропускной способности на один вызов

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

Интерактивный документ: В этом документе приводятся расчеты пропускной способности для голосовых данных с изменяемыми параметрами, которые выполняются с помощью инструмента TAC Voice Bandwidth Codec Calculator (только для зарегистрированных заказчиков).


Содержание

Введение
Предварительные условия
      Требования
      Используемые компоненты
      Условные обозначения
VoIP — потребление пропускной способности на один вызов
      Объяснение терминов
      Формулы расчета пропускной способности
      Пример расчета
Настройка размера полезной части голосового пакета для шлюзов Cisco CallManager и IOS
Последствия изменения размера полезной части голосового пакета
Определение голосовой активности
Сжатие заголовков RTP или сжатие cRTP
      Эвристические правила сжатия
Связанные обсуждения сообщества поддержки Cisco
Дополнительные сведения

Введение

Один из самых важных факторов, которые необходимо рассмотреть при создании сети для пакетной передачи данных — планирование пропускной способности. В рамках планирования пропускной способности, результаты расчета пропускной способности также являются важным фактором, который следует учитывать при проектировании и устранении неполадок в сетях пакетной передачи данных для обеспечения высокого качества голоса.

В этом документе описывается расчет пропускной способности голосового кодека, а также функции, обеспечивающие изменение или экономию пропускной способности при использовании VoIP.

Примечание: В качестве дополнения к этому документу мы рекомендуем использовать инструмент TAC Voice Bandwidth Codec Calculator (только для зарегистрированных заказчиков). Этот инструмент предлагает сведения о том, как рассчитать пропускную способность, необходимую для пакетных голосовых вызовов.

Предварительные условия

Требования

Для данного документа нет особых требований.

Используемые компоненты

Данный документ не ограничивается отдельными версиями программного и аппаратного обеспечения.

Условные обозначения

Дополнительные сведения об условных обозначениях см. в документе Технические рекомендации Cisco. Условные обозначения.

VoIP — потребление пропускной способности на один вызов

Для расчета используются следующие исходные параметры заголовков протокола:

  • 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 байт для протокола MP или 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: Таблица ниже содержит расчеты стандартного размера полезной части голосового пакета для шлюзов Cisco CallManager или Cisco IOS® 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).

Данные о кодеке

Расчеты пропускной способности

Скорость кодека (Кбит/с)

Величина выборки кодека (байт)

Интервал выборки кодека (мс)

Значение MOS (Mean Opinion Score)

Размер полезной части голосового пакета (байт)

Размер полезной части голосового пакета (мс)

Число пакетов в секунду (PPS)

Пропускная способность для MP или FRF.12 (Кбит/с)

Пропускная способность для MP или FRF.12 с исп. cRTP (Кбит/с)

Пропускная способность для Ethernet (Кбит/с)

G.711 (64 Кбит/с)

80 байт

10 мс

4.1

160 байт

20 мс

50

82,8 Кбит/с

67,6 Кбит/с

87,2 Кбит/с

G.729 (8 Кбит/с)

10 байт

10 мс

3,92

20 байт

20 мс

50

26,8 Кбит/с

11.6 Кбит/с

31.2 Кбит/с

G.723.1 (6.3 Кбит/с)

24 байт

30 мс

3,9

24 байт

30 мс

34

18.9 Кбит/с

8,8 Кбит/с

21,9 Кбит/с

G.723.1 (5,3 Кбит/с)

20 байт

30 мс

3,8

20 байт

30 мс

34

17,9 Кбит/с

7,7 Кбит/с

20.8 Кбит/с

G.726 (32 Кбит/с)

20 байт

5 мс

3,85

80 байт

20 мс

50

50,8 Кбит/с

35,6 Кбит/с

55,2 Кбит/с

G.726 (24 Кбит/с)

15 байт

5 мс

 

60 байт

20 мс

50

42,8 Кбит/с

27,6 Кбит/с

47,2 Кбит/с

G.728 (16 Кбит/с)

10 байт

5 мс

3,61

60 байт

30 мс

34

28,5 Кбит/с

18,4 Кбит/с

31,5 Кбит/с

Объяснение терминов

Скорость кодека (Кбит/с)

В зависимости от используемого кодека, это количество бит, передаваемых в секунду, которое необходимо передать для доставки голосового вызова. (скорость кодека = значение выборки кодека / интервал выборки кодека).

Значение выборки кодека (байт)

Значение выборки зависит от используемого кодека, это количество байт, которое DSP обрабатывает в течение каждого интервала выборки 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).

Интервал выборки кодека (мс)

Интервал выборки, с которым 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 — это система классификации качества голоса для 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 полезной части голосового пакета (байт)

Размер полезной части голосового пакета обозначает количество байт (или бит) в пакете, которое используется для голосовых данных. 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 полезной части голосового пакета (мс)

Размер полезной части голосового пакета также можно представить в виде выборок кодека. Например, размер полезной части голосового пакета для G.729, составляющий 20 мс (две выборки длиной 10 мс), представляет размер полезной части пакета 20 байт [ (20 байт * 8) / (20 мс) = 8 Кбит/с ]

PPS

Значение PPS (пакетов в секунду) представляет количество пакетов, которое необходимо передавать каждую секунду, для поддержки скорости 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

Используются следующие расчеты:

  • Общий размер пакета = (Заголовок L2: MP, FRF.12 или Ethernet) + (заголовок IP/UDP/RTP) + (размер полезной части голосового пакета)

  • PPS = (скорость кодека) / (размер полезной части голосового пакета)

  • Пропускная способность = общий размер пакета * PPS

Пример расчета

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, 6 байт) + (сжатый заголовок IP/UDP/RTP, 2 байт) + (размер полезной части пакета, байт

  • Общий размер пакета (бит) = (28 байт) * 8 бит = 224 бита

  • PPS = (скорость кодека, 8 Кбит/c) / (160 бит) = 50 pps

    Примечание: 160 бит = 20 байт (стандартный размер полезной части голосового пакета) * 8 бит

  • Пропускная способность на один вызов = размер голосового пакета (224 бит) * 50 pps = 11,2 Кбит/с

Настройка размера полезной части голосового пакета 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 настраивается в окне Cisco CallManager Administration (Service > Service Parameters > select_server > Cisco CallManager) с помощью трех следующих сервисных параметров:

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

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

  • PreferredG723MillisecondPacketSize—(Значение по умолчанию: 30 мс. Доступные значения: 30 и 60 мс.)

В Cisco CallManager размер полезной части голосового пакета настраивается на основе выборок в миллисекундах (мс). В таблице ниже приводятся выборки в миллисекундах и соответствующие им размеры полезной части пакета для различных кодеков.

Кодек

Размер полезной части голосового пакета (мс)

Размер полезной части голосового пакета (байт)

Комментарии

G.711

20 мс (по умолчанию)

160 байт

Обратите внимание, что скорость кодеков остается постоянной. Пример. Кодек G.711 = [240 байт * 8(бит/байт)] / 30 мс = 64 Кбит/с

30 мс

240 байт

G.729

20 мс (по умолчанию)

20 байт

30 мс

30 байт

G.723

30 мс (по умолчанию)

Для шлюзов Cisco IOS в ПО Cisco IOS версии 12.0(5)T была добавлена функция, которая позволяет изменять размер полезной части VoIP-пакетов (в байтах) 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 на пакет — еще один фактор, определяющий время задержки и пропускную способность вызова VoIP. Кодек определяет размер выборки, но общее количество выборок в пакете влияет на количество пакетов, которые отправляются за секунду.

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). (Заголовки IP/UDP/RTP, 40 байт + размер полезной части голосового пакета, 20 байт)* 8 бит * 50 pps = 24 Кбит/с

  • Вызов G.729 с размером полезной части голосового пакета 40 байт (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 учитываются в данном расчете.

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

Примечание: Как указано в спецификации ITU-T G.114, рекомендуемая общая задержка передачи голоса должна составляет 150 мс. Для частной сети приемлемым показателем будет 200 мс, максимальное значение — 250 мс.

Определение голосовой активности

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 речь и тишина преобразуются в пакеты. Обнаружение голосовой активности (VAD) позволяет подавлять пакеты, которые не содержат голосовых данных.

Со временем и при усреднении более чем по 24 вызовам функция VAD может обеспечить экономию пропускной способности до 35 %. Экономия незаметна для отдельных голосовых вызовов и ее нельзя определить с помощью точечных методов измерения. При проектировании сети и планировании пропускной способности не следует рассматривать функцию VAD, особенно на каналах, передающих менее 24 голосовых вызовов. Такие возможности, как музыка на удержании и факс делают функцию VAD неэффективной. Если сеть проектируется для полной полосы пропускания голосового вызова, все ресурсы, сэкономленные VAD, будут 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 . Стандарты G.729 Annex-B и G.723.1 Annex-A содержат встроенную функцию VAD, но в остальном выполняют те же функции, что G.729 и G.723.1.

В Cisco CallManager функцию VAD можно включить (по умолчанию она отключена) с помощью следующего сервисного параметра:

  • SilenceSuppressionSystemWide—Этот параметр включает VAD skinny-терминалами (например, IP-телефоны Cisco IP и шлюзы Skinny)

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

Эти сервисные параметры можно найти в окне Cisco CallManager Administration (Service > Service Parameters > select_server > Cisco CallManager).

Сжатие заголовков RTP или cRTP

bwidth_consume.gif

Все VoIP-пакеты состоят из двух компонентов: голосовые выборки и заголовки IP/UDP/RTP. Хотя голосовые выборки сжимаются в DSP и могут иметь различный размер, в зависимости от используемого кодека, заголовки имеют постоянную длину 40 байт. С учетом размера голосовой выборки стандартного вызова G.729 20 байт, объем служебных данных, которые эти заголовки добавляют в пакет, можно считать значительным. С помощью cRTP заголовки можно сжать до двух или четырех байтов. Такое сжатие обеспечивает значительную экономию пропускной способности VoIP. Например, стандартный вызов G.729 VoIP использует пропускную способность 24 Кбит/c без cRTP и 12 Кбит/с с использованием cRTP.

Поскольку cRTP сжимает вызовы VoIP на поканальной основе, на обоих концах IP-канала необходимо использование cRTP.

В версии Cisco IOS 12.0.5T и ниже протокол cRTP использует коммутацию процессов, что значительно ограничивает масштабируемость cRTP-решений пределами производительности ЦП. Большинство этих проблем были решены благодаря различным улучшениям производительности cRTP, добавленным в версиях 12.0.7T–12.1.2T программного обеспечения Cisco IOS . История изменений.

  • cRTP использует коммутацию процессов в Cisco IOS версии 12.0.5T и ниже.

  • В ПО Cisco IOS версий 12.0.7T и 12.1.1T, введена поддержка быстрой коммутации и коммутации Cisco Express Forwarding для протокола cRTP.

  • В программном обеспечении Cisco IOS версии 12.1.2Т вводятся алгоритмические средства улучшения производительности.

Перевод протокола cRTP на путь быстрой коммутации позволяет значительно увеличить число сеансов RTP (вызовов VoIP), которые могут быть обработаны шлюзами VoIP и промежуточными маршрутизаторами.

Эвристические правила сжатия

Поскольку протокол RTP не имеет собственного заголовка, поток RTP (для cRTP) отделяется от потока UDP (cUDP) с помощью эвристических правил. В настоящий момент используются точные эвристические правила для определения RTP-пакетов, подлежащих сжатию. Это достигается следующим образом:

  • 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