Voice-over-IP - verbruik per gespreksband

Inleiding

Dit document verklaart de berekeningen van de stemcodec bandbreedte en de functies om bandbreedte aan te passen of te sparen wanneer Voice-over-IP (VoIP) wordt gebruikt. Eén van de belangrijkste factoren om te overwegen wanneer u pakketspraaknetwerken bouwt is de juiste planning van de capaciteit. Binnen capaciteitsplanning is de bandbreedteberekening een belangrijke factor om te overwegen wanneer u pakketspraaknetwerken ontwerpt en problemen oplost voor een goede spraakkwaliteit.

Opmerking: Als aanvulling op dit document kunt u het TAC Voice Bandwidth Codec Calculator gebruiken (alleen geregistreerde klanten). Dit gereedschap verstrekt informatie over hoe de bandbreedte te berekenen die voor de vraag van de pakketstem wordt vereist.

VoIP - bandbreedte per oproepen

Deze aannames van de protocolheader worden gebruikt voor de berekeningen:

• 40 bytes voor IP (20 bytes) / User Datagram Protocol (UDP) (8 bytes) / Real-Time Transport Protocol (RTP) (12 bytes), headers.

• Compressed Real-Time Protocol (cRTP) verlaagt de IP/UDP/RTP-headers tot 2 of 4 bytes (cRTP is niet beschikbaar via Ethernet).

• 6 bytes voor Multilink Point-to-Point Protocol (MP) of Frame Relay Forum (FRF) 4.12 Layer 2 (L2) header.

• 1 bytes voor de end-of-frame markering op MP- en Frame Relay-frames.

• 18 bytes voor Ethernet L2-headers, die 4 bytes van Frame Control Sequence (FCS) of Cyclic Redundancy Control (CRC) bevatten.

Opmerking: Deze tabel bevat alleen berekeningen voor de standaardinstellingen voor spraaklading in Cisco CallManager of Cisco IOS^® Software H.323-gateways. Voor extra berekeningen, die verschillende formaten voor spraaklading en andere protocollen omvatten, zoals Voice over Frame Relay (VoFR) en Voice over ATM (VoATM), gebruik het TAC Voice Bandwidth Codec Calculator (alleen geregistreerde klanten).

Informatie over codec				Bandbreedteschatting
Codec & bit Rate (Kbps)	Codec Beeldformaat (bytes)	Codec Steekproef Interval (ms)	Gemiddelde opiniescore (MOS)	Spraakpayloadgrootte (bytes)	Spraakpayloadgrootte (ms)	Pakketten per seconde (PPS)	Bandbreedte MP of FRF.12 (Kbps)	Bandbreedte met cRTP MP of FRF.12 (Kbps)	Bandbreedte 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	33.3	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	33.3	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			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	33.3	28,5 Kbps	18,4 Kbps	31,5 Kbps
G722_64k (64 Kbps)	80 Bytes	10 ms	4.13	160 Bytes	20 ms	50	82,8 Kbps	67,6 Kbps	87,2 Kbps
ilbc_mode_20 (15,2 Kbps)	38 Bytes	20 ms	NA	38 Bytes	20 ms	50	34,0 Kbps	18,8 Kbps	38,4 Kbps
ilbc_mode_30 (13,3 Kbps)	50 Bytes	30 ms	NA	50 Bytes	30 ms	33.3	25,867 Kbps	15,73 Kbps	28,8 Kbps

Uitleg van de voorwaarden

Codec-bits (Kbps)	Gebaseerd op de codec, is dit het aantal bits per seconde die moeten worden doorgegeven om een spraakoproep te geven. (codec bit rate = codec monstergrootte / codec monsterinterval).
Codec Beeldformaat (bytes)	Gebaseerd op de codec, is dit het aantal bytes die door de Digitale Signal Processor (DSP) worden opgenomen in elk codec steekproefinterval. De G.729-coder werkt bijvoorbeeld op steekproefintervallen van 10 ms, wat overeenkomt met 10 bytes (80 bits) per monster met een bit snelheid van 8 Kbps. (codec bit rate = codec monstergrootte / codec monsterinterval).
Codec Steekproef Interval (ms)	Dit is het steekproefinterval waarmee de codec werkt. De G.729-coder werkt bijvoorbeeld op steekproefintervallen van 10 ms, wat overeenkomt met 10 bytes (80 bits) per monster met een bit snelheid van 8 Kbps. (codec bit rate = codec monstergrootte / codec monsterinterval).
Gemiddelde opiniescore (MOS)	MOS is een systeem dat wordt gebruikt om de spraakkwaliteit van telefoonverbindingen te bepalen. Met de MOS beoordelen een brede reeks luisteraars de kwaliteit van een spraakmonster op een schaal van één (slecht) tot vijf (uitstekend). De scores worden gemiddeld vastgesteld om de MOS voor de codec te verstrekken.
Spraakpayloadgrootte (bytes)	De grootte van de stemlading vertegenwoordigt het aantal bytes (of bits) die in een pakket worden ingevuld. De grootte van de stemlading moet een veelvoud van de grootte van de codec-steekproef zijn. Bijvoorbeeld, de pakketten G.729 kunnen 10, 20, 30, 40, 50, of 60 bytes van de massa van de stemlading gebruiken.
Spraakpayloadgrootte (ms)	De grootte van de spraaklading kan ook in termen van de codec-monsters worden weergegeven. Een G.729 spraakbereik van 20 ms (twee codec-monsters van 10 ms) vertegenwoordigt bijvoorbeeld een spraaklading van 20 bytes [ (20 bytes * 8) / (20 bytes) = 8 Kbps]
PPS	PPS vertegenwoordigt het aantal pakketten dat elke seconde moet worden verzonden om de codec bit rate te geven. Bijvoorbeeld, voor een G.729 vraag met stemlading grootte per pakket van 20 bytes (160 bits), moeten 50 pakketten elke seconde worden verzonden [50 pps = (8 Kbps) / (160 bits per pakket) ]

Bandbreedteschatting-formules

Deze berekeningen worden gebruikt:

• Totale pakketgrootte = (L2 header: MP of FRF.12 of Ethernet) + (IP/UDP/RTP-header) + (grootte voor spraaklading)

• PPS = (codec bit rate) / (voice payload size)

• Bandbreedte = totale pakketgrootte * PPS

Monsterberekening

De vereiste bandbreedte voor een G.729-oproep (8 Kbps codec-bit rate) met cRTP, MP en de standaard 20 bytes spraaklading is bijvoorbeeld:

• Totale pakketgrootte (bytes) = (MP-header van 6 bytes) + (gecomprimeerde IP/UDP/RTP-header van 2 bytes) + (stemlading van 20 bytes) = 28 bytes

• Totale pakketgrootte (bits) = (28 bytes) * 8 bits per bytes = 224 bits

• PPS = (8 Kbps codec bit rate) / (160 bits) = 50 pps

  Opmerking: 160 bits = 20 bytes (standaard spraaklading) * 8 bits per bytes

• Bandbreedte per vraag = spraakpakketgrootte (224 bits) * 50 pps = 11,2 Kbps

Splitsen van spraaktelefonie configureren in Cisco CallManager en Cisco IOS-gateways

De grootte van de stemlading per pakket kan in Cisco CallManager en Cisco IOS gateways worden gevormd. 

Opmerking: Als de Cisco IOS gateway in Cisco CallManager is geconfigureerd als MGCP-poort (Media Gateway Control Protocol), wordt alle codec-informatie (codetype, payload-grootte, detectie van spraakactiviteit, enzovoort) gecontroleerd door Cisco CallManager.

In Cisco CallManager is de grootte van de stemlading per pakket configureerbaar op een systeembrede basis. Deze eigenschap wordt ingesteld in Cisco CallManager Administration (Service > Service sparameters > select_server > Cisco CallManager) met deze drie serviceparameters:

• PrefereerdeG711MiloundPacketSize - (standaard instelling: 20 ms. Beschikbare instellingen: 10, 20 en 30 ms.)

• PrefereerdeG729MiloundPacketSize - (standaard instelling: 20 ms. Beschikbare instellingen: 10, 20, 30, 40, 50 en 60 ms.)

• PrefereerdeG723 MilondePacketSize - (standaardinstelling: 30 ms. Beschikbare instellingen: 30 en 60 ms.)

In Cisco CallManager wordt de grootte van de stemlading in termen van milliseconden (ms) stalen ingesteld. Op basis van de codec, brengt deze tabel een aantal beeldmonsters in kaart aan de eigenlijke lading in bytes.

codec	Spraakpayloadgrootte (ms)	Spraakpayloadgrootte (bytes)	Opmerkingen
G.711	20 ms (standaard)	160 Bytes	Merk op dat de codec bit rate altijd behouden blijft. Bijvoorbeeld: G.711 codec = [240 bytes * 8 (bits/bytes)] / 30 ms = 64 Kbps
	30 ms	240 Bytes
G.729	20 ms (standaard)	20 Bytes
	30 ms	30 Bytes
G.723	30 ms (standaard)

In Cisco IOS-gateways wordt een functie toegevoegd in Cisco IOS-softwarerelease 12.0(5)T waardoor de grootte van de spraaklading (in bytes) voor VoIP-pakketten kan worden gewijzigd via de CLI. De nieuwe syntax van commando's:

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

Impact van een verandering in de grootte van spraaktelefonie

Het aantal codec monsters per pakket is een andere factor die de bandbreedte en de vertraging van een VoIP vraag bepaalt. De codec definieert de grootte van de steekproef, maar het totale aantal monsters dat in een pakket wordt geplaatst beïnvloedt hoeveel pakketten per seconde worden verzonden.

Wanneer u de grootte van de spraaklading verhoogt, vermindert de VoIP-bandbreedte en neemt de algehele vertraging toe. Dit voorbeeld illustreert het volgende:

• G.729-oproepen met een spraakbereik van 20 bytes (20 ms): (40 bytes van IP/UDP/RTP-headers + 20 bytes stemlading)* 8 bits per bytes * 50 pps = 24 Kbps

• G.729-oproepen met een spraakbereik van 40 bytes (40 ms): (40 bytes van IP/UDP/RTP-headers + 40 bytes stemlading) * 8 bits per bytes * 25 pps = 16 Kbps

  

Opmerkingen:
- L2-headers worden niet meegenomen in deze berekening.
- Uit de berekeningen blijkt dat, terwijl de lading wordt verdubbeld, het aantal pakketten per seconde wordt gehalveerd.
- Zoals gedefinieerd in de specificaties van de International Telecommunication Union Telecommunication Union (ITU-T) G.114, is de aanbevolen totale vertraging voor spraak 150 ms. Voor een privaat netwerk is 200 ms een redelijk doel, en 250 ms moet het maximum zijn.

Spraakactiviteitsdetectie

Met circuit-switched spraaknetwerken gebruikt alle spraakoproepen 64 Kbps vaste-bandbreedte-links ongeacht hoeveel van het gesprek spraak is en hoeveel stilte is. In VoIP-netwerken wordt alle gesproken en stilte gefaseerd doorgevoerd. Met Voice Action Detectie (VAD) kunnen stiltepakketten worden onderdrukt.

In de loop der tijd en als gemiddelde op een volume van meer dan 24 oproepen, kan VAD tot een 35 procent bandbreedte besparen. De besparingen worden niet gerealiseerd op iedere individuele spraakaanroep, of op iedere specifieke puntmeting. Met het oog op netwerkontwerp en bandbreedteengineering moet geen rekening worden gehouden met VAD, vooral niet op verbindingen die minder dan 24 spraakoproepen tegelijkertijd dragen. Diverse functies, zoals muziek op hold en fax, maken VAD ineffectief. Wanneer het netwerk wordt gemanipuleerd voor de volledige bandbreedte van de spraakoproepen, zijn alle besparingen die door VAD worden geboden beschikbaar voor gegevenstoepassingen.

VAD biedt ook Comfort Noise Generation (CNG). Omdat u de stilte kunt verwarren voor een losgemaakte vraag, voorziet CNG lokaal geproduceerd wit lawaai zodat de vraag normaal met beide partijen verbonden lijkt. Bijlage G.729, bijlage-B en G.723.1, bijlage-A, bevatten een geïntegreerde VAD-functie, maar is anders hetzelfde als respectievelijk G.729 en G.723.1.

In Cisco CallManager kan VAD worden ingeschakeld (dit is standaard uitgeschakeld) met deze serviceparameters:

• SilenceSuppressionSystemWide - Deze parameter selecteert de instelling VAD voor alle dunne eindpunten (bijvoorbeeld Cisco IP-telefoons en Skinny-gateways)

• SilenceSuppressionWithGateways - Deze parameter selecteert de instelling VAD voor alle MGCP gateways. Dit heeft geen effect op H.323-gateways. VAD op H.323 poorten moet op de poort worden uitgeschakeld.

U kunt deze serviceparameters vinden onder Cisco CallManager Administration (Service > Service parameters > select_server > Cisco CallManager).

RTP-headercompressie of gecomprimeerde RTP (cRTP)

Alle VoIP-pakketten bestaan uit twee onderdelen: spraakmonsters en IP/UDP/RTP-headers. Hoewel de spraakbeeldsamples zijn gecomprimeerd door de Digital Signal Processor (DSP) en in grootte kunnen variëren op basis van de gebruikte codec, zijn deze headers een constante 40 bytes in lengte. In vergelijking met de 20 bytes van spraakmonsters in een standaard G.729-oproep, maken deze headers een aanzienlijke hoeveelheid overhead uit. Met cRTP kunnen deze headers gecomprimeerd worden tot twee of vier bytes. Deze compressie biedt belangrijke VoIP-bandbreedtebesparingen. Bijvoorbeeld, een standaard G.729 VoIP vraag verbruikt 24 Kb zonder cRTP, maar slechts 12 Kb met cRTP toegelaten.

Omdat cRTP VoIP comprimeert op een link-by-link-basis, moeten beide uiteinden van de IP-link voor cRTP worden geconfigureerd.

In Cisco IOS-softwarereleases 12.0.5T en eerder wordt cRTP naar een ander proces overgeschakeld, waardoor de schaalbaarheid van cRTP-oplossingen aanzienlijk wordt beperkt als gevolg van CPU-prestaties. De meeste van deze kwesties zijn opgelost door verschillende cRTP-prestatieresties die zijn geïntroduceerd in Cisco IOS-softwarereleases 12.0.7T door 12.1.2T. Dit is een samenvatting van de geschiedenis.

• cRTP is verstopt in Cisco IOS-softwarerelease 12.0.5T en hoger.

• In Cisco IOS-softwarerelease 12.0.7T en verdergaande in 12.1.1T wordt ondersteuning voor snelle switching en Cisco Express voor cRTP geïntroduceerd.

• In Cisco IOS-softwarerelease 12.1.2T worden algoritmische verbeteringen geïntroduceerd.

Het verplaatsen van cRTP in de fast-switching route verhoogt aanzienlijk het aantal RTP sessies (VoIP aanroepen) die VoIP gateways en intermediaire routers kunnen verwerken.

Heuristiek voor compressie

Aangezien RTP geen eigen pakketheader heeft, wordt een RTP-stroom (voor cRTP) door het gebruik van heuristics onderscheiden van een UDP-stream (cUDP). De exacte heuristiek die momenteel wordt gebruikt om RTP-pakketten voor compressie te detecteren is:

• Het bestemmingspoortnummer is zelfs gelijk.

• Het havennummer van de bestemming ligt tussen 16384-32767 of 49152-65535.

• Het RTP-versieveld is op twee ingesteld.

• Het veld RTP wordt op nul ingesteld.

Gerelateerde informatie

• Ondersteuning voor spraaktechnologie
• Productondersteuning voor spraak en Unified Communications
• Probleemoplossing voor Cisco IP-telefonie
• Technische ondersteuning - Cisco-systemen