حساب استخدام النطاق الترددي VoIP

يصف هذا المستند حسابات النطاق الترددي لبرنامج الترميز الصوتي ومواصفات تغيير النطاق الترددي أو الحفاظ عليه عند استخدام الصوت عبر IP (VoIP). أحد أهم العوامل التي يجب مراعاتها عند إعداد شبكات حزم الصوت هو التخطيط المناسب للسعة. في تخطيط السعة، يعد حساب النطاق الترددي عاملاً مهمًا يجب مراعاته عند تصميم واستكشاف أخطاء شبكات الحزمة الصوتية وإصلاحها للحصول على جودة صوت جيدة.

عرض النطاق الترددي لكل مكالمة

تُستخدم افتراضات رأس البروتوكول هذه في العمليات الحسابية:

• 40 بايت لرؤوس IP (20 بايت) / بروتوكول مخطط بيانات المستخدم (UDP) (8 بايت) / بروتوكول النقل في الوقت الحقيقي (RTP) (12 بايت).
• يقوم بروتوكول الوقت الحقيقي المضغوط (cRTP) بضغط رؤوس IP/UDP/RTP إلى 2 أو 4 بايت (لا يتوفر cRTP عبر Ethernet).
• 6 بايت .12 رأس الطبقة الثانية (L2) لبروتوكول نقطة إلى نقطة متعدد الارتباطات (MP) أو منتدى ترحيل الإطارات (FRF).
• بايت واحد لعلامة النهاية في إطارات MP وإطارات ترحيل الإطارات.
• 18 بايت لرؤوس Ethernet L2 مع 4 بايت من تسلسل التحكم في الإطار (FCS) أو فحص التكرار الدوري (CRC).

معلومات الترميز حسابات عرض النطاق الترددي برنامج الترميز ومعدل البت (كيلوبت في الثانية) حجم عينة برنامج الترميز (بايت) الفاصل الزمني لنموذج الترميز (ملي ثانية) متوسط ​​نقاط الرأي (MOS) حجم حمولة الصوت (بايت) حجم حمولة الصوت (ملي ثانية) الحزم في الثانية (BGB) عرض النطاق الترددي MP أو FRF.12 (كيلوبت في الثانية) عرض النطاق الترددي مع cRTP MP أو FRF.12 (كيلوبت في الثانية) عرض النطاق الترددي إيثرنت (كيلوبت في الثانية) G.711 (64 كيلوبت في الثانية) 80 بايت 10 مللي ثانية 4.1 160 بايت 20 مللي ثانية 50 82.8 كيلوبت في الثانية 67.6 كيلوبت في الثانية 87.2 كيلوبت في الثانية G.729 (8 كيلوبت في الثانية) 10 بايت 10 مللي ثانية 3.92 20 بايت 20 مللي ثانية 50 26.8 كيلوبت في الثانية 11.6 كيلوبت في الثانية 31.2 كيلوبت في الثانية G.723.1 (6.3 كيلوبت في الثانية) 24 بايت 30 مللي ثانية 3.9 24 بايت 30 مللي ثانية 33.3 18.9 كيلوبت في الثانية 8.8 كيلوبت في الثانية 21.9 كيلوبت في الثانية G.723.1 (5.3 كيلوبت في الثانية) 20 بايت 30 مللي ثانية 3.8 20 بايت 30 مللي ثانية 33.3 17.9 كيلوبت في الثانية 7.7 كيلوبت في الثانية 20.8 كيلوبت في الثانية G.726 (32 كيلوبت في الثانية) 20 بايت 5 مللي ثانية 3.85 80 بايت 20 مللي ثانية 50 50.8 كيلوبت في الثانية 35.6 كيلوبت في الثانية 55.2 كيلوبت في الثانية G.726 (24 كيلوبت في الثانية) 15 بايت 5 مللي ثانية     20 مللي ثانية 50 42.8 كيلوبت في الثانية 27.6 كيلوبت في الثانية 47.2 كيلوبت في الثانية G.728 (16 كيلوبت في الثانية) 10 بايت 5 مللي ثانية 3.61 60 بايت 30 مللي ثانية 33.3 28.5 كيلوبت في الثانية 18.4 كيلوبت في الثانية 31.5 كيلوبت في الثانية G722_64k (64 كيلو بايت في الثانية) 80 بايت 10 مللي ثانية 4.13 160 بايت 20 مللي ثانية 50 82.8 كيلوبت في الثانية 67.6 كيلوبت في الثانية 87.2 كيلوبت في الثانية ilbc_mode_20 (15.2 كيلوبت في الثانية) 38 بايت 20 مللي ثانية غير متوفر 38 بايت 20 مللي ثانية 50 34.0 كيلوبت في الثانية 18.8 كيلوبت في الثانية 38.4 كيلوبت في الثانية ilbc_mode_30 (13.33 كيلوبت في الثانية) 50 بايت 30 مللي ثانية غير متوفر 50 بايت 30 مللي ثانية 33.3 25.867 كيلوبت في الثانية 15.73 كيلوبت في الثانية 28.8 كيلوبت في الثانية شرح المصطلحات معدل بت الترميز (كيلوبت في الثانية) استنادًا إلى برنامج الترميز، فهو عدد البتات في الثانية التي يجب إرسالها لإجراء مكالمة صوتية. (معدل البت لبرنامج الترميز = حجم عينة برنامج الترميز / الفاصل الزمني لعينة برنامج الترميز). حجم عينة برنامج الترميز (بايت) اعتمادًا على برنامج الترميز، يحدد هذا عدد البايتات التي تم التقاطها بواسطة معالج الإشارة الرقمية (DSP) في كل فاصل زمني لعينة الترميز. على سبيل المثال، يعمل جهاز فك التشفير G.729 بفواصل زمنية بين العينات قدرها 10 مللي ثانية؛ وهذا يتوافق مع 10 بايت (80 بت) لكل عينة بمعدل بت يبلغ 8 كيلوبت في الثانية. (معدل البت لبرنامج الترميز = حجم عينة برنامج الترميز / الفاصل الزمني لعينة برنامج الترميز). الفاصل الزمني لنموذج الترميز (ملي ثانية) هذا هو نطاق العينة الذي يعمل فيه برنامج الترميز. على سبيل المثال، يعمل جهاز فك التشفير G.729 بفواصل زمنية بين العينات قدرها 10 مللي ثانية؛ وهذا يتوافق مع 10 بايت (80 بت) لكل عينة بمعدل بت يبلغ 8 كيلوبت في الثانية. (معدل البت لبرنامج الترميز = حجم عينة برنامج الترميز / الفاصل الزمني لعينة برنامج الترميز). متوسط ​​نقاط الرأي (MOS) MOS هو نظام يستخدم لتقييم جودة الصوت للاتصالات الهاتفية. مع MOS، تقوم مجموعة واسعة من المستمعين بتقييم جودة العينة الصوتية على مقياس من واحد (ضعيف) إلى خمسة (ممتاز). يتم حساب متوسط ​​الدرجات لتوفير رموز لـ MOS. حجم حمولة الصوت (بايت) يشير حجم حمولة الصوت إلى عدد البايتات (أو البتات) الموجودة في الحزمة. يجب أن يكون حجم حمولة الصوت مضاعفًا لحجم عينة برنامج الترميز. على سبيل المثال، يمكن لحزم G.729 استخدام حجم حمولة صوتية يبلغ 10 أو 20 أو 30 أو 40 أو 50 أو 60 بايت. حجم حمولة الصوت (ملي ثانية) يمكن أيضًا تمثيل حجم الحمولة الصوتية من حيث عينات الترميز. على سبيل المثال، يمثل حجم الحمولة الصوتية G.729 البالغ 20 مللي ثانية (عينتي ترميز 10 مللي ثانية) حمولة صوتية 20 بايت P.S. يمثل PPS عدد الحزم التي يجب إرسالها كل ثانية لتوفير معدل البت لبرنامج الترميز. على سبيل المثال، بالنسبة لمكالمة G.729 بحجم حمولة صوتية لكل حزمة مكونة من 20 بايت (160 بت)، يجب إرسال 50 حزمة في كل ثانية صيغ حساب عرض النطاق الترددي

الصيغة المستخدمة لحساب عرض النطاق الترددي هي كما يلي:

• إجمالي حجم الحزمة = (رأس L2: MP أو FRF.12 أو Ethernet) + (رأس IP/UDP/RTP) + (حجم حمولة الصوت)
• PPS = (معدل البت لبرنامج الترميز) / (حجم حمولة الصوت)
• عرض النطاق الترددي = إجمالي حجم الحزمة * PPS

حساب العينة

على سبيل المثال، عرض النطاق الترددي المطلوب لمكالمة G.729 مع cRTP وMP وحمولة صوتية افتراضية 20 بايت (معدل بت ترميز 8 كيلوبت في الثانية):

• إجمالي حجم الحزمة (البايت) = (أكثر من MP بمقدار 6 بايت) + (رأس IP/UDP/RTP المضغوط بمقدار 2 بايت) + (حمولة الصوت بمقدار 20 بايت) = 28 بايت
• إجمالي حجم الحزمة (بت) = (28 بايت) * 8 بت لكل بايت = 224 بت
• PPS = (8 كيلوبت في الثانية معدل بت الترميز) / (160 بت) = 50 نقطة في الثانية ملحوظات: 160 بت = 20 بايت (حمولة الصوت الافتراضية) * 8 بت لكل بايت
• عرض النطاق الترددي لكل مكالمة = حجم الحزمة الصوتية (224 بت) * 50 نقطة في الثانية = 11.2 كيلوبت في الثانية

يعد عدد عينات برنامج الترميز لكل حزمة عاملاً آخر يحدد النطاق الترددي وزمن الوصول لمكالمة VoIP. يحدد جهاز فك التشفير حجم العينة؛ ومع ذلك، يؤثر العدد الإجمالي للعينات الموضوعة في الحزمة على عدد الحزم التي يتم إرسالها في الثانية.

مع زيادة الحمل الصوتي، ينخفض ​​عرض النطاق الترددي لـ VoIP ويزداد زمن الوصول الإجمالي. وهذا المثال يوضح ذلك:

• مكالمة G.729 بحجم حمولة صوتية 20 بايت (20 مللي ثانية): (40 بايت رأس IP/UDP/RTP + حمولة صوتية 20 بايت) * 8 بت لكل بايت * 50 نقطة في الثانية = 24 كيلوبت في الثانية
• مكالمة G.729 بحجم حمولة صوتية تبلغ 40 بايت (40 مللي ثانية): (40 بايت رأس IP/UDP/RTP + حمولة صوتية 40 بايت) * 8 بت لكل بايت * 25 نقطة في الثانية = 16 كيلوبت في الثانية

ملحوظات:

• لا يتم أخذ رؤوس L2 بعين الاعتبار في هذا الحساب.
• تظهر الحسابات أن عدد الحزم المطلوبة في الثانية ينخفض ​​بمقدار النصف مع تضاعف حجم الحمولة.
• ويبلغ التأخير الإجمالي الموصى به للصوت في اتجاه واحد 150 مللي ثانية، كما هو محدد في مواصفات قطاع معايير الاتصالات (ITU-T) G.114 الخاص بالاتحاد الدولي للاتصالات.
• بالنسبة للشبكة الخاصة، يعد 200 مللي ثانية هدفًا معقولًا ويجب أن يكون الحد الأقصى 250 مللي ثانية.

كشف النشاط الصوتي

في شبكات الاتصالات الصوتية بتبديل الدوائر، تستخدم جميع المكالمات الصوتية اتصالات النطاق الترددي الثابت بسرعة 64 كيلوبت في الثانية، بغض النظر عن مقدار المحادثة الكلامية ومدى هدوءها. مع شبكات VoIP، يتم تجميع كل الكلام والصمت. يمكن منع حزم الصمت باستخدام اكتشاف النشاط الصوتي (VAD).

وبمرور الوقت وبعد أكثر من 24 عملية بحث في المتوسط، يستطيع Vad توفير ما يصل إلى 35 بالمائة من عرض النطاق الترددي. لا يتم تحقيق التوفير في كل مكالمة صوتية فردية أو على أي عداد نقاط محدد. لأغراض تصميم الشبكة وهندسة عرض النطاق الترددي، لا ينبغي أخذ قيمة القيمة في الاعتبار، خاصة على الروابط التي تتعامل مع أقل من 24 مكالمة صوتية متزامنة. تعمل العديد من الميزات، مثل الموسيقى قيد الانتظار والفاكس، على تعطيل جهاز VAD. عندما تكون الشبكة مصممة لعرض النطاق الترددي الكامل للمكالمات الصوتية، يمكن استخدام أي توفير يوفره VAD لتطبيقات البيانات.

يوفر VAD أيضًا توليد الضوضاء المريح (CNG). يوفر CNG ضوضاء بيضاء يتم إنشاؤها محليًا، حيث قد يرى عن طريق الخطأ صمتًا لمكالمة محجوزة؛ فتبدو المكالمة متصلة بشكل طبيعي بالطرفين. يشتمل G.729 Annex-B وG.723.1 Annex-A على وظيفة VAD متكاملة، ولكن بخلاف ذلك يتبعان نفس العملية مثل G.729 وG.723.1 على التوالي.

الاستدلال على الضغط

نظرًا لأن RTP لا يحتوي على رأس حزمة منفصل، يتم تمييز دفق UTP (لـ cRTP) عن دفق UDP (cUDP) باستخدام الاستدلال. الأساليب البحثية المستخدمة حاليًا للكشف عن حزم RTP للضغط هي:

• وهو يساوي رقم المنفذ الوجهة.
• يقع رقم المنفذ المستهدف في النطاق 16384-32767 أو 49152-65535.
• تم تعيين حقل إصدار RTP على اثنين.
• تم ضبط حقل امتداد RTP على صفر.