VoIP Bant Genişliği Kullanımı Hesaplama

Bu doküman, Voice over IP (VoIP) kullanıldığında bant genişliğini değiştirmek veya korumak için ses codec’i bant genişliği hesaplamaları ve özelliklerini açıklamaktadır. Paket sesli ağlar kurduğunuzda dikkate alınması gereken en önemli faktörlerden biri, doğru kapasite planlamasıdır. Kapasite planlamasında, bant genişliği hesaplaması, iyi ses kalitesi için paket ses ağlarını tasarlarken ve gidermek için dikkate alınması gereken önemli bir faktördür.

VoIP – Arama Başına Bant Genişliği

Hesaplamalar için bu protokol başlığı varsayımları kullanılır:

  • IP (20 bayt) / Kullanıcı Datagram Protokolü (UDP) (8 bayt) / Gerçek Zamanlı Aktarım Protokolü (RTP) (12 bayt) başlıkları için 40 bayt.
  • Sıkıştırılmış Gerçek Zamanlı Protokol (cRTP), IP / UDP / RTP başlıklarını 2 veya 4 bayt’a indirir (cRTP, Ethernet üzerinden mevcut değildir).
  • Multilink Noktadan Noktaya Protokolü (MP) veya Frame Relay Forum (FRF) için 6 bayt .12 Katman 2 (L2) başlığı.
  • MP ve Frame Relay çerçevelerindeki bitiş bayrağı için 1 bayt.
  • 4 bayt Çerçeve Kontrol Sırası (FCS) veya Çevrimsel Fazlalık Kontrolü (CRC) içeren Ethernet L2 üstbilgileri için 18 bayt.
Codec Bilgileri Bant Genişliği Hesaplamaları
Codec ve Bit Hızı (Kbps) Codec Örnek Boyutu (Bayt) Codec Örnek Aralığı (ms) Ortalama Görüş Puanı (MOS) Ses Payload Boyutu (Byte) Ses Payload Boyutu (ms) Saniyede Paketleri (BGB) Bant genişliği MP veya FRF.12 (Kbps) Bant genişliği w / cRTP MP veya FRF.12 (Kbps) Bant Genişliği Ethernet (Kbps)
G.711 (64 Kb / sn) 80 Bayt 10 ms 4.1 160 bayt 20 ms 50 82,8 Kb / sn 67.6 Kb / sn 87,2 Kb / sn
G.729 (8 Kb / sn) 10 Bayt 10 ms 3,92 20 bayt 20 ms 50 26,8 Kb / sn 11,6 Kb / sn 31,2 Kb / sn
G.723.1 (6.3 Kb / sn) 24 Bayt 30 ms 3,9 24 Bayt 30 ms 33.3 18,9 Kb / sn 8,8 Kb / sn 21,9 Kb / sn
G.723.1 (5.3 Kb / sn) 20 bayt 30 ms 3.8 20 bayt 30 ms 33.3 17,9 Kb / sn 7,7 Kb / sn 20,8 Kb / sn
G.726 (32 Kb / sn) 20 bayt 5 ms 3,85 80 Bayt 20 ms 50 50.8 Kb / sn 35.6 Kb / sn 55,2 Kb / sn
G.726 (24 Kb / sn) 15 Bayt 5 ms 20 ms 50 42,8 Kb / sn 27.6 Kb / sn 47,2 Kb / sn
G.728 (16 Kb / sn) 10 Bayt 5 ms 3,61 60 bayt 30 ms 33.3 28.5 Kb / sn 18.4 Kb / sn 31.5 Kb / sn
G722_64k (64 Kb / sn) 80 Bayt 10 ms 4.13 160 bayt 20 ms 50 82,8 Kb / sn 67.6 Kb / sn 87,2 Kb / sn
Ilbc_mode_20 (15.2Kbps) 38 Bayt 20 ms NA 38 Bayt 20 ms 50 34,0 Kb / sn 18.8 Kb / sn 38.4 Kb / sn
Ilbc_mode_30 (13.33Kbps) 50 Bayt 30 ms NA 50 Bayt 30 ms 33.3 25.867 Kb / sn 15.73 Kb / sn 28,8 Kb / sn

Terimlerin Açıklaması

Codec Bit Hızı (Kbps) Codec bileşenine dayanarak, sesli arama yapmak için iletilmesi gereken saniye başına bit sayısıdır. (Codec bit hızı = codec örnek boyutu / codec örnek aralığı).
Codec Örnek Boyutu (Bayt) Kod çözücüsüne bağlı olarak, bu, her codec örnek aralığında Dijital Sinyal İşlemcisi (DSP) tarafından yakalanan bayt sayısını belirtir. Örneğin, G.729 kod çözücüsü 10 ms’lik örnek aralıklarla çalışır; bu, 8 Kbps’lik bir bit hızında örnek başına 10 bayt’a (80 bit) karşılık gelir. (Codec bit hızı = codec örnek boyutu / codec örnek aralığı).
Codec Örnek Aralığı (ms) Bu, codec bileşeninin çalıştığı örnek aralığıdır. Örneğin, G.729 kod çözücüsü 10 ms’lik örnek aralıklarla çalışır; bu, 8 Kbps’lik bir bit hızında örnek başına 10 bayt’a (80 bit) karşılık gelir. (Codec bit hızı = codec örnek boyutu / codec örnek aralığı).
Ortalama Görüş Puanı (MOS) MOS, telefon bağlantılarının ses kalitesini derecelendirmek için kullanılan bir sistemdir. MOS ile çok çeşitli dinleyici, bir (kötü) ila beş (mükemmel) arasındaki bir ses örneğinin kalitesini değerlendirir. Kodları MOS için sağlamak için puanlar ortalaması alınır.
Ses Payload Boyutu (Byte) Ses yükü boyutu, bir pakete doldurulan bayt (veya bit) sayısını gösterir. Ses yükü boyutu codec örnek boyutunun katları olmalıdır. Örneğin, G.729 paketleri 10, 20, 30, 40, 50 veya 60 baytlık ses yükü boyutunu kullanabilir.
Ses Payload Boyutu (ms) Ses yükü boyutu codec örnekleri açısından da gösterilebilir. Örneğin, 20 ms’lik bir G.729 ses yükü boyutu (iki 10 ms codec örneği) 20 baytlık bir ses yükünü temsil eder [(20 bayt * 8) / (20 ms) = 8 Kb / sn]
PPS PPS, codec bit hızını sağlamak için her saniyede iletilmesi gereken paket sayısını temsil eder. Örneğin, 20 baytlık (160 bit) paket başına ses yükü boyutu olan bir G.729 çağrısı için her saniye 50 paket iletilmelidir [50 pps = (8 Kbps) / (paket başına 160 bit)]

Bant Genişliği Hesaplama Formülleri

Bu hesaplamalar kullanılır:

  • Toplam paket boyutu = (L2 üstbilgisi: MP veya FRF.12 veya Ethernet) + (IP / UDP / RTP üstbilgisi) + (ses yükü boyutu)
  • PPS = (codec bit hızı) / (ses yük boyutu)
  • Bant genişliği = toplam paket boyutu * PPS

Örnek Hesaplama

Örneğin, cRTP, MP ve varsayılan 20 bayt ses yüküyle bir G.729 çağrısı için gereken bant genişliği (8 Kb / sn codec bit hızı):

  • Toplam paket boyutu (bayt) = (6 baytlık MP üstü) + (2 baytın sıkıştırılmış IP / UDP / RTP üstbilgisi) + (20 baytlık ses yükü) = 28 bayt
  • Toplam paket boyutu (bit) = (28 bayt) * bayt başına 8 bit = 224 bit
  • PPS = (8 Kbps codec bit hızı) / (160 bit) = 50 pps Not : 160 bit = 20 bayt (varsayılan ses yükü) * Bayt başına 8 bit
  • Arama başına bant genişliği = ses paketi boyutu (224 bit) * 50 pps = 11.2 Kb / sn

Cisco CallManager’da, paket başına ses yükü boyutu, sistem genelinde yapılandırılabilir. Bu özellik, bu üç hizmet parametresiyle Cisco CallManager Administration’da ( Hizmet > Hizmet Parametreleri > select_server > Cisco CallManager ) belirlenir:

  • PreferredG711MillisecondPacketSize – (Varsayılan ayar: 20 ms.Kullanılabilir ayarlar: 10, 20 ve 30 ms.)
  • PreferredG729MillisecondPacketSize – (Varsayılan ayar: 20 ms.Kullanılabilir ayarlar: 10, 20, 30, 40, 50 ve 60 ms.)
  • PreferredG723MillisecondPacketSize – (Varsayılan ayar: 30 ms.Kullanılabilir ayarlar: 30 ve 60 ms.)

Cisco CallManager’da, ses yükü boyutu milisaniyelik (ms) örnekler cinsinden yapılandırılmıştır. Kodlayıcı temel alınarak, bu tablo bazı ms örneklerini bayt cinsinden gerçek yük taşıma boyutu ile eşleştirir.

Codec Ses Payload Boyutu (ms) Ses Payload Boyutu (Byte) Yorumlar
G.711 20 ms (varsayılan) 160 bayt Kodlayıcı bit hızının daima korunduğuna dikkat edin. Örneğin: G.711 codec bileşeni = [240 bayt * 8 (bit / bayt)] / 30 ms = 64 Kb / sn
30 ms 240 bayt
G.729 20 ms (varsayılan) 20 bayt
30 ms 30 Bayt
G.723 30 ms (varsayılan)

Cisco IOS ağ geçitlerinde, Cisco IOS Yazılımı Sürüm 12.0 (5) T’de, VoIP paketlerinin ses yükü boyutunun (bayt cinsinden) CLI aracılığıyla değiştirilebilmesini sağlayan bir özellik eklenmiştir. Yeni komut sözdizimi şu şekildedir:

  Cisco-Router (yapılandırma dial-peer) #codec g729r8 bayt?

 Her bir kod çözümü örneği, 10 baytlık ses yükü üretir.

 Geçerli boyutlar:
 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120,
 130, 140, 150, 160, 170, 180, 190, 200, 210, 220, 230

 Aralıktaki herhangi bir değer geçerli boyuta en yakın olana yuvarlanır.

 <10-230> Yukarıdaki listeden bir ses yükü boyutu seçin

Bir Değişikliğin Sesli Payload Boyutlarına Etkisi

Paket başına codec örneklerinin sayısı, bir VoIP çağrısının bant genişliğini ve gecikmesini belirleyen bir diğer faktördür. Kod çözücüsü, örnek boyutunu tanımlar; ancak, bir pakete yerleştirilen örneklerin toplam sayısı, saniyede kaç paket gönderildiğini etkiler.

Ses yükünü artırdığınızda, VoIP bant genişliği azalır ve toplam gecikme artar. Bu örnek bunu göstermektedir:

  • G.729 ses yükü boyutu 20 bayt (20 ms) ile çağrı: (40 byte IP / UDP / RTP başlığı + 20 bayt ses yükü) * bayt başına 8 bit * 50 pps = 24 Kbps
  • 40 bayt (40 ms) ses yükü boyutu ile G.729 çağrı: (40 byte IP / UDP / RTP başlığı + 40 bayt ses yükü) * bayt başına 8 bit * 25 pps = 16 Kbps

Notlar :
– Bu hesaplamada L2 üstbilgileri dikkate alınmaz.
– Hesaplamalar, yükleme yükü boyutu iki katına çıkarken, saniye başına gerekli paketlerin sayısının yarı yarıya azaltıldığını göstermektedir.
– Uluslararası Telekomünikasyon Birliği Telekomünikasyon Standart Sektörü (ITU-T) G.114 spesifikasyonlarında tanımlanan şekilde, ses için önerilen tek yönlü genel gecikme 150 ms’dir. Özel bir ağ için, 200 ms makul bir hedeftir ve maksimum 250 ms olmalıdır.

Sesli Etkinlik Algılama

Devre anahtarlamalı sesli iletişim şebekelerinde, tüm sesli aramalar, konuşmanın ne kadarının konuşma ve ne kadar sessiz olursa olsun 64 Kbps sabit bant genişliği bağlantıları kullanıyor. VoIP ağlarıyla, tüm konuşma ve sessizlik paketlenir. Sesli Aktivite Algılama (VAD) ile sessizlik paketleri bastırılabilir.

Vad, zamanla ve 24’ün üzerinde arama yapan bir aramada ortalama olarak, yüzde 35’e varan bir bant genişliği tasarrufu sağlayabilir. Tasarruf, her bireysel sesli çağrı üzerinde veya belirli bir nokta ölçümünde gerçekleştirilmez. Ağ tasarımı ve bant genişliği mühendisliği amacıyla VAD, özellikle aynı anda 24’ten az sesli arama yapan bağlarda dikkate alınmamalıdır. Beklemedeki müzik ve faks gibi çeşitli özellikler VAD’i etkisiz hale getiriyor. Ağ tam sesli arama bant genişliği için tasarlandığında, VAD tarafından sağlanan tüm tasarruflar veri uygulamaları için kullanılabilir.

VAD ayrıca Konfor Gürültüsü Üretimi (CNG) sağlar. Ayrılmış bir çağrı için sessizliği yanlışlıkla görebileceğinden, CNG yerel olarak üretilen beyaz ses sağlar; böylece çağrı normal olarak her iki tarafa da bağlı görünür. G.729 Ek-B ve G.723.1 Ek-A, entegre bir VAD fonksiyonunu içerir, ancak aksi takdirde sırasıyla G.729 ve G.723.1 ile aynı işlemi uygularlar.

Cisco CallManager’da, VAD şu hizmet parametreleriyle etkinleştirilebilir (varsayılan olarak devre dışı bırakılabilir):

  • SilenceSuppressionSystemWide – Bu parametre, tüm sıska uç noktalar için (örneğin, Cisco IP Telefonları ve Skinny ağ geçitleri) VAD ayarını seçer
  • SilenceSuppressionWithGateways – Bu parametre, tüm MGCP ağ geçitleri için VAD ayarını seçer. Bu H.323 ağ geçitleri üzerinde bir etkisi yoktur. H.323 ağ geçitlerindeki VAD, ağ geçidinde devre dışı bırakılmalıdır.

Bu servis parametrelerini Cisco CallManager Administration ( Servis > Servis Parametreleri > select_server > Cisco CallManager ) altında bulabilirsiniz .

RTP Üstbilgi Sıkıştırma veya Sıkıştırılmış RTP (cRTP)

VoIP Bant Genişliği Kullanımı Hesaplama

Tüm VoIP paketleri iki bileşenden oluşur: ses örnekleri ve IP / UDP / RTP üstbilgileri. Ses örnekleri Dijital Sinyal İşlemcisi (DSP) tarafından sıkıştırılsa ve kullanılan codec bileşeni temel alınarak boyut farklılık gösterse de, bu başlıklar sabit 40 bayt uzunluğundadır. Varsayılan bir G.729 çağrısında 20 bayt ses örnekleriyle karşılaştırıldığında, bu üstbilgiler önemli miktarda yük oluşturuyor. CRTP ile bu üstbilgiler iki veya dört bayta sıkıştırılabilir. Bu sıkıştırma önemli VoIP bant genişliği tasarrufları sunar. Örneğin, varsayılan G.729 VoIP aramasında cRTP olmadan 24 Kb, ancak cRTP etkinleştirilmişken yalnızca 12 Kb tüketilir.

CRTP, VoIP çağrılarını bir bağlantı bazında sıkıştırdığı için, IP bağlantısının her iki ucunun da cRTP için yapılandırılması gerekir.

Cisco IOS Software Releases 12.0.5T ve önceki sürümlerde, cRTP, CPU performansından ötürü cRTP çözümlerinin ölçeklenebilirliğini ciddi ölçüde sınırlayan işlem anahtarlamalıdır. Bu sorunların çoğu, Cisco IOS Yazılım Bültenleri 12.0.7T’den 12.1.2T’ye kadar getirilen çeşitli cRTP performans iyileştirmeleri ile çözülmüştür. Bu, tarihin özetidir.

  • CRTP, Cisco IOS Software Release 12.0.5T ve önceki sürümlerde süreç anahtarlamalı.
  • Cisco IOS Software Release 12.0.7T’de ve 12.1.1T’de devam ederken, hızlı anahtarlama ve cRTP için Cisco Express Forwarding-switch desteği sağlanmıştır.
  • Cisco IOS Yazılımı Sürüm 12.1.2T’de algoritmik performans geliştirmeleri tanıtıldı.

CRTP’yi hızlı anahtarlama yoluna getirmek, VoIP ağ geçitlerinin ve ara yönlendiricilerin işleyebileceği RTP oturumlarının sayısını (VoIP çağrıları) önemli ölçüde artırır.

Sıkıştırma Sezgisel Yöntemleri

RTP’nin ayrı bir paket başlığına sahip olmadığı için, bir UTP akışı (cRTP için) buluşsal yöntem kullanılarak bir UDP akışından (cUDP) ayırt edilir. Şu anda sıkıştırma için RTP paketlerini algılamak için kullanılan buluşsal yöntemler şunlardır:

  • Hedef port numarası eşittir.
  • Hedef bağlantı noktası numarası 16384-32767 veya 49152-65535 aralığındadır.
  • RTP sürüm alanı iki olarak ayarlanır.
  • RTP uzantısı alanı sıfıra ayarlanır.