C網(wǎng)VOIP帶寬算法與影響因素分析 - 2014

1、天津電信網(wǎng)管中心天津電信網(wǎng)管中心C C網(wǎng)網(wǎng)VOIPVOIP帶寬算法與影響因素分析帶寬算法與影響因素分析天津電信網(wǎng)管中心2014年1月- 2 -目目 錄錄1研究VOIP帶寬算法的目的2VOIP帶寬算法語音3VOIP帶寬算法信令4VOIP話務(wù)量折合帶寬算法5現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備TC參數(shù)配置6VOIP帶寬統(tǒng)計方法（現(xiàn)網(wǎng)）7要點(diǎn)總結(jié)- 3 -研究VOIP帶寬算法的目的目目的的1分析VOIP媒體、VOIP信令帶寬的影響因素分析VOIP媒體、VOIP信令帶寬算法分析VOIP媒體話務(wù)量與帶寬的折算關(guān)系了解設(shè)備控制媒體流的參數(shù)配置324了解CE之間承載帶寬算法5- 4 -目目 錄錄1研究VOIP帶寬算法的目的2VOIP帶

2、寬算法語音3VOIP帶寬算法信令4VOIP話務(wù)量折合帶寬算法5現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備TC參數(shù)配置6VOIP帶寬統(tǒng)計方法（現(xiàn)網(wǎng)）7要點(diǎn)總結(jié)- 5 -VOIP帶寬算法語音 VOIPVOIP占用帶寬算法占用帶寬算法帶寬帶寬 包長度每秒包數(shù) 包長度（1/打包周期） （Ethernet頭IP頭UDP頭RTP頭有效載荷）（1/打包周期） （208bit 160bit64bit96bit 有效載荷）（1/打包周期） （528bit（打包周期(秒)每秒的比特數(shù)）（1/打包周期） ( 528 / 打包周期 ) 每秒比特數(shù)帶寬帶寬每秒鐘的語音包開銷每秒鐘的有效載荷其中：其中：RTP頭頭 96bit (12byte)UDP頭頭

3、64bit (8byte)IP頭頭 160bit (20byte)Ethernet頭頭 208bit (26byte)幀間隔幀間隔 96bit (12byte)所以，一個語音包的開銷所以，一個語音包的開銷 9664160208528bit （說明：每秒比特數(shù)為壓縮速率（Kbps），如G.711為64Kbps）- 6 -VOIP帶寬算法語音 VOIP VOIP帶寬的影響因素帶寬的影響因素(1)(1) 底層接口類型底層接口類型 C網(wǎng)語音使用IP承載時，主要分為3種應(yīng)用情況，對應(yīng)3種協(xié)議棧。(1) 在局域網(wǎng)內(nèi)采用以太網(wǎng)接口，如GE口或10GE口；(2) 在局域網(wǎng)出口路由器與IP骨干網(wǎng)之間采用不帶MP

4、LS的POS接口或GE；(3) 在骨干網(wǎng)采用帶MPLS的POS接口，如 2.5G POS 或10G POS 。GE接口接口A省省CN2MGW/GMGWPEPCEPEPMGW/GMGWCEB省省集團(tuán)集團(tuán)GE接口接口2.5G/10G POS接口接口2.5G/10G POS接接口口2.5G/10G POS接口接口GE接口接口GE接口接口- 7 -VOIP帶寬算法語音 VOIP VOIP帶寬的影響因素帶寬的影響因素(1)(1) 底層接口類型底層接口類型編碼類型編碼速率（kbps）POS(無MPLS)POS(有MPLS) 以太網(wǎng)接口接口協(xié)議開銷(byte) 接口協(xié)議開銷(byte) 接口協(xié)議開銷(byt

5、e) G.71164485666G.7236.3485666G.7298485666PPP 頭開銷= 8 byteEthernet頭開銷=26 byteMPLS頭開銷 = 8 byte- 8 -VOIP帶寬算法語音 VOIP VOIP帶寬的影響因素帶寬的影響因素(2)(2)打包周期打包周期1 1、打包周期、打包周期所謂“打包時長”，指的是處理完一個語音包所需要的時間，一般有5ms、10ms、20ms、30ms幾種。一般常用的是20ms。每秒所處理的語音包數(shù)量1/打包周期一個語音包的打包時長是20ms，那么每秒所處理的語音包數(shù)量1打包周期=1000ms20ms=50 個下面以下面以G.711G.

6、711為例，語音帶寬為例，語音帶寬64Kbps64Kbps。（計算結(jié)果每秒開銷未考慮幀間隔（計算結(jié)果每秒開銷未考慮幀間隔12Byte12Byte。）。）可以看出，打包時間越短，每秒打包的數(shù)量就越多，語音的處理速度就越快，語音質(zhì)量也就越好，但所花費(fèi)的帶寬也越高，這說明語音質(zhì)量的提高是需要以多用帶寬為代價的。打包時長5ms10ms20ms30ms每秒處理包數(shù)200100503333每秒開銷（bit/s）105600528002640017600VOIP帶寬（Kbps）169.6116.890.481.6- 9 -VOIP帶寬算法語音 VOIP VOIP帶寬的影響因素帶寬的影響因素(3)(3)語音編

7、解碼語音編解碼編解碼方編解碼方式式壓縮壓縮速率速率(Kbps)打包時長打包時長VOIP帶寬帶寬(Kbps)G.7116420ms90.4G.729820ms33.8G.7236.320ms32.1G.7235.320ms31.1語音編解碼的壓縮速率越高，其占用的VOIP帶寬越大。 在傳統(tǒng)TDM承載傳送語音的情況下，采用的編解碼為G711，速率為64 kbits，而在VoIP情況下，可以支持的語音編解碼更為豐富，包括G.711、G.723、G.729、EVRC、ECRC-B、13K等。 在基于SIP信令的VOIP呼叫建立時，首先需要進(jìn)行編解碼的協(xié)商，選擇不同的編解碼和速率，在承載上對語音打包的方

8、式和占用的帶寬也不同。- 10 -VOIP帶寬算法語音 VOIPVOIP語音編解碼方式與語音質(zhì)量語音編解碼方式與語音質(zhì)量編解碼技術(shù)編解碼技術(shù)語音壓縮帶寬語音壓縮帶寬(kbit/s) (kbit/s) 語音質(zhì)量等級語音質(zhì)量等級G.711 a/u 64優(yōu)G.729 a/b 8良G.723.1(5.3kbit/s) 6.3接近良G.723.1(6.3Kbit/s) 5.3介于等級良中之間從上表可以看出：占用帶寬越高，語音質(zhì)量也就越高，反之則語音質(zhì)量越低。目前的VoIP網(wǎng)絡(luò)基本采用語音質(zhì)量最好的G.711編解碼。 - 11 -VOIP帶寬算法語音 VOIP VOIP帶寬的影響因素帶寬的影響因素(4)(

9、4) VAD VAD靜音檢測和壓縮技術(shù)靜音檢測和壓縮技術(shù) VAD靜音檢測（ VAD：Voice Activity Detector）VAD功能即在通話雙方均沒有說話的情況被系統(tǒng)檢測到后，不進(jìn)行語音包的傳送，而是傳送舒適噪音的包。如果交換機(jī)將該功能打開，隨著通話中的靜音狀態(tài)在整個通話過程中的時長比例不同，對占用1P帶寬也有不同的影響。 壓縮技術(shù)由于IP+UDP+RTP在每個數(shù)據(jù)幀的信息基本相同，可以采用cRTP技術(shù)進(jìn)行壓縮,將40字節(jié)壓縮到4字節(jié)，可以節(jié)省媒體流的帶寬。 不同設(shè)備廠家激活因子取值不同當(dāng)網(wǎng)絡(luò)使用VAD和壓縮技術(shù)時，需要定義“激活因子”這個參數(shù)，即用戶在通話中小說話時間占總通話時間的

10、比例，一般取值為4560。注：華為公司設(shè)備一般按60計算。 在打開VAD和壓縮技術(shù)時，平均每路帶寬的算法為： 平均每路帶寬 = 通話帶寬X(1一激活因子) + 舒適噪聲帶寬X激活因子 注：目前中國電信網(wǎng)內(nèi)未要求使用VAD和壓縮技術(shù)。- 12 -VOIP帶寬算法語音 VOIP VOIP帶寬的影響因素帶寬的影響因素(5)(5) TFO TFO、TrFOTrFO技術(shù)技術(shù) TFO、TrFO技術(shù)有助于減少語音編解碼轉(zhuǎn)換的次數(shù)，提高語音通 話質(zhì)量。 使用TFO、TrFO，由于語音業(yè)務(wù)以EVRC 8kbits的速率在核心網(wǎng)中傳輸，從而可以節(jié)省網(wǎng)絡(luò)帶寬資源。注：目前尚未啟用TFO、TrFO技術(shù)。- 13 -V

11、OIP帶寬算法語音 總結(jié)總結(jié)VOIP帶寬帶寬影響影響因素因素1底層接口類型（次要因素）打包周期（主要因素）語音編解碼（主要因素）VAD靜音檢測和壓縮技術(shù)（未啟用）TFO、TrFO技術(shù)（未啟用）軟交換設(shè)備（不同廠家）35246- 14 -目目 錄錄1研究VOIP帶寬算法的目的2VOIP帶寬算法語音3VOIP帶寬算法信令4VOIP話務(wù)量折合帶寬算法5現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備TC參數(shù)配置6VOIP帶寬統(tǒng)計方法（現(xiàn)網(wǎng)）7要點(diǎn)總結(jié)- 15 -VOIP帶寬算法信令 VOIPVOIP帶寬算法信令帶寬算法信令 計算信令帶寬需要獲得如下數(shù)據(jù)： 1、完成每個呼叫所需要的平均消息包數(shù)； 2、呼叫時平均每消息包的比特數(shù)； 3、CAP

12、S，即每秒完成的呼叫次數(shù)。 信令帶寬算法信令帶寬（CAPS平均每呼叫的消息包數(shù)）（平均每消息包的比特數(shù)每消息包的網(wǎng)絡(luò)開銷比特數(shù)）其中“CAPS平均每呼叫的消息包數(shù)”指的是每秒傳送的消息包總數(shù)，而“平均每消息包的比特數(shù)每消息包的網(wǎng)絡(luò)開銷”指的是每個消息包實(shí)際所要用的比特數(shù)。 信令包開銷同語音包協(xié)議棧相比，信令包協(xié)議棧中少了RPT一層。為簡便起見，傳輸層一律以UDP計算，那么每個協(xié)議包的開銷就是：網(wǎng)絡(luò)開銷UDP頭IP頭Ethernet頭64160208432 bit432 bit- 16 -VOIP帶寬算法信令 語音媒體與信令協(xié)議棧比較語音媒體與信令協(xié)議棧比較MGCP/H.248/SIP/H323

13、UDP/TCPIPMAC（以太網(wǎng)）語音(如編解碼G.711)RTPUDPIPMAC（以太網(wǎng)）信令包協(xié)議棧信令包協(xié)議棧語音媒體包協(xié)議棧語音媒體包協(xié)議棧同語音媒體包協(xié)議棧相比，上面這個協(xié)議棧中少了RPT一層。- 17 -VOIP帶寬算法信令 語音媒體與信令占用帶寬比較語音媒體與信令占用帶寬比較網(wǎng)元統(tǒng)計日期時間信令帶寬（Mbps）媒體帶寬（Mbps）信令語音占比端局MSCe22013-7-2610:00-11:003.2MMSCe32013-7-2610:00-11:002.2MMGW12013-7-2610:00-11:002.4803.00%MGW22013-7-2610:00-11:002.1

14、732.88%MGW32013-7-2610:00-11:001.8603.00%MGW42013-7-2610:00-11:002.1553.82%關(guān)口局GMSCe12013-7-2610:00-11:001.5MGMSCe22013-7-2610:00-11:001.5MGMGW12013-7-2610:00-11:000.7800.88%GMGW22013-7-2610:00-11:000.7800.88%下表為現(xiàn)網(wǎng)統(tǒng)計數(shù)據(jù)（CE側(cè)） 語音信令帶寬只占媒體帶寬的3%3%左右，核心網(wǎng)規(guī)劃時建議參考5%5%的比例。 信令流主要是信令階段產(chǎn)生的帶寬流量，如短信、呼叫建立、位置更新等移動性管理等

15、信令流程。 同局的MSCe信令帶寬與MGW信令帶寬并非對等關(guān)系，除考慮MSCeMGW之間的H.248消息外，還需考慮MSCe（GMSCe）MSCe（GMSCe）之間的SIP消息。- 18 -目目 錄錄1研究VOIP帶寬算法的目的2VOIP帶寬算法語音3VOIP帶寬算法信令4VOIP話務(wù)量折合帶寬算法5現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備TC參數(shù)配置6VOIP帶寬統(tǒng)計方法（現(xiàn)網(wǎng)）7要點(diǎn)總結(jié)- 19 -VOIP話務(wù)量折合帶寬算法 VOIP話務(wù)量折合帶寬算法 中繼話務(wù)量所謂中繼話務(wù)量，就是指單位時間里一個中繼局向所有中繼電路資源的使用時間，單位時間可以是1秒鐘，可以是1分鐘，但通常使用的是1小時。話務(wù)量的單位是愛爾蘭，英文為E

16、rl。對于一個64K電路，話務(wù)量是占用時間與統(tǒng)計時間的比值，與統(tǒng)計時間長短無關(guān)。 中繼話務(wù)量等效占用電路通道數(shù)（重要重要） 舉個例子，某一中繼局向中繼電路300條，忙時中繼負(fù)荷0.7Erl/線，則該局向忙時話務(wù)量為300X0.7=210Erl。 可以理解為1小時內(nèi)，該局向300個電路的占用總時間為210小時。 也可以理解為1小時內(nèi)，該局向300個電路中占用210個電路。 公式 VOIP帶寬 = 忙時中繼話務(wù)量 X 每路VOIP話音帶寬 = 忙時占用電路通道數(shù)X 每路VOIP話音帶寬 舉例：編解碼為G.711，打包周期20ms，以太網(wǎng)模式，VAD靜音檢測關(guān)閉： 1Erl = 90.4Kbps-

17、20 -VOIP話務(wù)量折合帶寬算法 舉例MSCe2MGW1MGW2MSCe3MGW3MGW4關(guān)口局關(guān)口局DC1/TGSIP局向局向TDM局向局向SIP局向局向SIP局向局向TDM局向局向以天津電信2013-07-26日，MSCe2局早忙時統(tǒng)計為例（編解碼為G.711，打包周期20ms，以太網(wǎng)模式）：SIP中繼話務(wù)量=MSCe2-關(guān)口局SIP + MSCe2-DC1 SIP + MSCe2-MSCe3 SIP = 3410+1966+426 =5802 Erl VOIP帶寬= 話務(wù)量*90.4Kbps/1024 =5802*90.4/1024= 512Mbps- 21 -VOIP話務(wù)量折合帶寬算

18、法 中繼話務(wù)量與VOIP帶寬24小時趨勢比較 媒體流的帶寬流量和VolP話務(wù)量一樣，反映的都足呼叫次數(shù)和平均通話時長的乘積。 媒體流的帶寬流量和VolP話務(wù)量全天走勢基本一致。MSCe側(cè)媒體流量統(tǒng)計（全局）CE側(cè)媒體流量統(tǒng)計（單端口）- 22 -目目 錄錄1研究VOIP帶寬算法的目的2VOIP帶寬算法語音3VOIP帶寬算法信令4VOIP話務(wù)量折合帶寬算法5現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備TC參數(shù)配置6VOIP帶寬統(tǒng)計方法（現(xiàn)網(wǎng)）7要點(diǎn)總結(jié)- 23 -現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備TC參數(shù)配置 TCTC配置配置 - -華為華為MSCe MSCe 當(dāng) 前 僅 使 用G.711A編解碼。- 24 - TCTC配置配置 - - 華為華為MGW M

19、GW VAD靜音檢測關(guān)閉正常情況下MSCe會通過ADD或MOD消息將編解碼和打包時長帶給MGW，只有當(dāng)MGW獲取不到時采用MGW配置?，F(xiàn)網(wǎng)設(shè)備TC參數(shù)配置- 25 - TCTC配置配置 - - 中興中興MSCe (1)MSCe (1)問 題 ： 查 詢 G M S C e P C M A 打 包 時 長 為“0ms”。中興答復(fù)：PCMA/PCMU打包時長為系統(tǒng)默認(rèn)20ms ，當(dāng)前版本不能修改?，F(xiàn)網(wǎng)設(shè)備TC參數(shù)配置SHOW DEV; - 26 - TCTC配置配置 - - 中興中興MSCe (2)MSCe (2)現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備TC參數(shù)配置 V A D 檢 測 License控制。 VAD檢測 呼叫控制

20、。- 27 - TCTC配置配置 - - 中興中興MGWMGW現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備TC參數(shù)配置當(dāng)前僅使用G.711A編解碼，未啟用VAD和壓縮技術(shù)。- 28 -目目 錄錄1研究VOIP帶寬算法的目的2VOIP帶寬算法語音3VOIP帶寬算法信令4VOIP話務(wù)量折合帶寬算法5現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備TC參數(shù)配置6VOIP帶寬統(tǒng)計方法（現(xiàn)網(wǎng)）7要點(diǎn)總結(jié)- 29 -網(wǎng)元話務(wù)統(tǒng)計SIP局向（折算）（單位：Mbps）VOIP帶寬統(tǒng)計（按MGW媒體端口）（單位：Mbps）CE統(tǒng)計（忙時均值）MSCeTGMSCe局間MSCe關(guān)口局合計MGW1MGW2MGW3MGW4合計MGW1MGW2MGW3MGW4合計MSCe2170 37 283

21、490292212505333242575MSCe3160 37 270 467229259488255288543VOIP帶寬統(tǒng)計（現(xiàn)網(wǎng)） VOIP帶寬統(tǒng)計華為MGW下表為天津現(xiàn)網(wǎng)2013-12-19日早忙時統(tǒng)計（10:0011:00）MGW媒體端口 統(tǒng) 計 與 按SIP話務(wù)量折算 帶 寬 基 本一致；問題問題：同一個媒體端口，CE側(cè)統(tǒng)計大于MGW統(tǒng)計，相差16%16%左右；華為答復(fù)華為答復(fù)：以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu)里，Gap（幀間隔）和Pre（前導(dǎo)碼）共計20Byte在MGW上是統(tǒng)不到的，而CE側(cè)統(tǒng)計的是全部數(shù)據(jù)包。這是CE和MGW統(tǒng)計不一致的主要原因。 另外，UMG也不統(tǒng)計錯包，一般情況下錯包極少，

22、這一部分基本上是可以忽略的。方法方法1 1方法方法2 2方法方法3 3MSCe SIP話務(wù)量統(tǒng)計只能按SIP局向統(tǒng)計，無法按MGW分別統(tǒng)計。- 30 -網(wǎng)元話務(wù)統(tǒng)計SIP局向（折算）（單位：Kbps）GMGW媒體統(tǒng)計（單位：Kbps）CE統(tǒng)計（忙時均值）關(guān)口局TG關(guān)口局端局合計GMGW1GMGW2合計GMGW1GMGW2合計GMSCe191 273 364352352350350GMSCe289 276 365352352349349VOIP帶寬統(tǒng)計（現(xiàn)網(wǎng)） VOIP帶寬統(tǒng)計中興GMGW下表為天津現(xiàn)網(wǎng)2013-12-19日早忙時統(tǒng)計（10:0011:00）CE媒體端口統(tǒng)計、GMGW媒體端口統(tǒng)計與按SIP話務(wù)量折算流量帶寬基本一致；方法方法1 1