C网VOIP带宽算法与影响因素分析-2014

天津电信网管中心C网VOIP带宽算法与影响因素分析天津电信网管中心2014年1月-2-目录1研究VOIP带宽算法的目的2VOIP带宽算法－语音3VOIP带宽算法－信令4VOIP话务量折合带宽算法5现网设备TC参数配置6VOIP带宽统计方法（现网）7要点总结-3-研究VOIP带宽算法的目的目的1分析VOIP媒体、VOIP信令带宽的影响因素分析VOIP媒体、VOIP信令带宽算法分析VOIP媒体话务量与带宽的折算关系了解设备控制媒体流的参数配置324了解CE之间承载带宽算法5-4-目录1研究VOIP带宽算法的目的2VOIP带宽算法－语音3VOIP带宽算法－信令4VOIP话务量折合带宽算法5现网设备TC参数配置6VOIP带宽统计方法（现网）7要点总结-5-VOIP带宽算法－语音VOIP占用带宽算法带宽＝包长度×每秒包数＝包长度×（1/打包周期）＝（Ethernet头＋IP头＋UDP头＋RTP头＋有效载荷）×（1/打包周期）＝（208bit＋160bit＋64bit＋96bit＋有效载荷）×（1/打包周期）＝（528bit＋（打包周期(秒)×每秒的比特数））×（1/打包周期）＝(528/打包周期)＋每秒比特数带宽＝每秒钟的语音包开销＋每秒钟的有效载荷其中：RTP头＝96bit(12byte)UDP头＝64bit(8byte)IP头＝160bit(20byte)Ethernet头＝208bit(26byte)帧间隔＝96bit(12byte)所以，一个语音包的开销＝96＋64＋160＋208＝528bit（说明：每秒比特数为压缩速率（Kbps），如G.711为64Kbps）-6-VOIP带宽算法－语音VOIP带宽的影响因素(1)－底层接口类型C网语音使用IP承载时，主要分为3种应用情况，对应3种协议栈。(1)在局域网内采用以太网接口，如GE口或10GE口；(2)在局域网出口路由器与IP骨干网之间采用不带MPLS的POS接口或GE；(3)在骨干网采用带MPLS的POS接口，如2.5GPOS或10GPOS。GE接口A省CN2MGW/GMGWPEPCEPEPMGW/GMGWCEB省集团GE接口2.5G/10GPOS接口2.5G/10GPOS接口2.5G/10GPOS接口GE接口GE接口-7-VOIP带宽算法－语音VOIP带宽的影响因素(1)－底层接口类型编码类型编码速率（kbps）POS(无MPLS)POS(有MPLS)以太网接口接口协议开销(byte)接口协议开销(byte)接口协议开销(byte)G.71164485666G.7236.3485666G.7298485666PPP头开销=8byteEthernet头开销=26byteMPLS头开销=8byte-8-VOIP带宽算法－语音VOIP带宽的影响因素(2)－打包周期1、打包周期所谓“打包时长”，指的是处理完一个语音包所需要的时间，一般有5ms、10ms、20ms、30ms几种。一般常用的是20ms。每秒所处理的语音包数量＝1/打包周期一个语音包的打包时长是20ms，那么每秒所处理的语音包数量＝1÷打包周期=1000ms÷20ms=50个下面以G.711为例，语音带宽64Kbps。（计算结果每秒开销未考虑帧间隔12Byte。）可以看出，打包时间越短，每秒打包的数量就越多，语音的处理速度就越快，语音质量也就越好，但所花费的带宽也越高，这说明语音质量的提高是需要以多用带宽为代价的。打包时长5ms10ms20ms30ms每秒处理包数2001005033．33每秒开销（bit/s）105600528002640017600VOIP带宽（Kbps）169.6116.890.481.6-9-VOIP带宽算法－语音VOIP带宽的影响因素(3)－语音编解码编解码方式压缩速率(Kbps)打包时长VOIP带宽(Kbps)G.7116420ms90.4G.729820ms33.8G.7236.320ms32.1G.7235.320ms31.1语音编解码的压缩速率越高，其占用的VOIP带宽越大。在传统TDM承载传送语音的情况下，采用的编解码为G．711，速率为64kbit／s，而在VoIP情况下，可以支持的语音编解码更为丰富，包括G.711、G.723、G.729、EVRC、ECRC-B、13K等。在基于SIP信令的VOIP呼叫建立时，首先需要进行编解码的协商，选择不同的编解码和速率，在承载上对语音打包的方式和占用的带宽也不同。-10-VOIP带宽算法－语音VOIP语音编解码方式与语音质量编解码技术语音压缩带宽(kbit/s)语音质量等级G.711a/u64优G.729a/b8良G.723.1(5.3kbit/s)6.3接近良G.723.1(6.3Kbit/s)5.3介于等级良－中之间从上表可以看出：占用带宽越高，语音质量也就越高，反之则语音质量越低。目前的VoIP网络基本采用语音质量最好的G.711编解码。-11-VOIP带宽算法－语音VOIP带宽的影响因素(4)－VAD静音检测和压缩技术VAD静音检测（VAD：VoiceActivityDetector）VAD功能即在通话双方均没有说话的情况被系统检测到后，不进行语音包的传送，而是传送舒适噪音的包。如果交换机将该功能打开，随着通话中的静音状态在整个通话过程中的时长比例不同，对占用1P带宽也有不同的影响。压缩技术由于IP+UDP+RTP在每个数据帧的信息基本相同，可以采用cRTP技术进行压缩,将40字节压缩到4字节，可以节省媒体流的带宽。不同设备厂家激活因子取值不同当网络使用VAD和压缩技术时，需要定义“激活因子”这个参数，即用户在通话中小说话时间占总通话时间的比例，一般取值为45％～60％。注：华为公司设备一般按60％计算。在打开VAD和压缩技术时，平均每路带宽的算法为：平均每路带宽=通话带宽X(1一激活因子)+舒适噪声带宽X激活因子注：目前中国电信网内未要求使用VAD和压缩技术。-12-VOIP带宽算法－语音VOIP带宽的影响因素(5)－TFO、TrFO技术TFO、TrFO技术有助于减少语音编解码转换的次数，提高语音通话质量。使用TFO、TrFO，由于语音业务以EVRC8kbit／s的速率在核心网中传输，从而可以节省网络带宽资源。注：目前尚未启用TFO、TrFO技术。-13-VOIP带宽算法－语音总结VOIP带宽影响因素1底层接口类型（次要因素）打包周期（主要因素）语音编解码（主要因素）VAD静音检测和压缩技术（未启用）TFO、TrFO技术（未启用）软交换设备（不同厂家）35246-14-目录1研究VOIP带宽算法的目的2VOIP带宽算法－语音3VOIP带宽算法－信令4VOIP话务量折合带宽算法5现网设备TC参数配置6VOIP带宽统计方法（现网）7要点总结-15-VOIP带宽算法－信令VOIP带宽算法－信令计算信令带宽需要获得如下数据：1、完成每个呼叫所需要的平均消息包数；2、呼叫时平均每消息包的比特数；3、CAPS，即每秒完成的呼叫次数。信令带宽算法信令带宽＝（CAPS×平均每呼叫的消息包数）×（平均每消息包的比特数＋每消息包的网络开销比特数）其中“CAPS×平均每呼叫的消息包数”指的是每秒传送的消息包总数，而“平均每消息包的比特数＋每消息包的网络开销”指的是每个消息包实际所要用的比特数。信令包开销同语音包协议栈相比，信令包协议栈中少了RPT一层。为简便起见，传输层一律以UDP计算，那么每个协议包的开销就是：网络开销＝UDP头＋IP头＋Ethernet头＝64＋160＋208＝432bit-16-VOIP带宽算法－信令语音媒体与信令协议栈比较MGCP/H.248/SIP/H323UDP/TCPIPMAC（以太网）语音(如编解码G.711)RTPUDPIPMAC（以太网）信令包协议栈语音媒体包协议栈同语音媒体包协议栈相比，上面这个协议栈中少了RPT一层。-17-VOIP带宽算法－信令语音媒体与信令占用带宽比较网元统计日期时间信令带宽（Mbps）媒体带宽（Mbps）信令语音占比端局MSCe22013-7-2610:00-11:003.2MMSCe32013-7-2610:00-11:002.2MMGW12013-7-2610:00-11:002.4803.00%MGW22013-7-2610:00-11:002.1732.88%MGW32013-7-2610:00-11:001.8603.00%MGW42013-7-2610:00-11:002.1553.82%关口局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%下表为现网统计数据（CE侧）语音信令带宽只占媒体带宽的3%左右，核心网规划时建议参考5%的比例。信令流主要是信令阶段产生的带宽流量，如短信、呼叫建立、位置更新等移动性管理等信令流程。同局的MSCe信令带宽与MGW信令带宽并非对等关系，除考虑MSCe－MGW之间的H.248消息外，还需考虑MSCe（GMSCe）－MSCe（GMSCe）之间的SIP消息。-18-目录1研究VOIP带宽算法的目的2VOIP带宽算法－语音3VOIP带宽算法－信令4VOIP话务量折合带宽算法5现网设备TC参数配置6VOIP带宽统计方法（现网）7要点总结-19-VOIP话务量折合带宽算法VOIP话务量折合带宽算法中继话务量所谓中继话务量，就是指单位时间里一个中继局向所有中继电路资源的使用时间，单位时间可以是1秒钟，可以是1分钟，但通常使用的是1小时。话务量的单位是爱尔兰，英文为Erl。对于一个64K电路，话务量是占用时间与统计时间的比值，与统计时间长短无关。中继话务量等效占用电路通道数（重要）举个例子，某一中继局向中继电路300条，忙时中继负荷0.7Erl/线，则该局向忙时话务量为300X0.7=210Erl。可以理解为1小时内，该局向300个电路的占用总时间为210小时。也可以理解为1小时内，该局向300个电路中占用210个电路。公式VOIP带宽=忙时中继话务量X每路VOIP话音带宽=忙时占用电路通道数X每路VOIP话音带宽举例：编解码为G.711，打包周期20ms，以太网模式，VAD静音检测关闭：1Erl=90.4Kbps-20-VOIP话务量折合带宽算法举例MSCe2MGW1MGW2MSCe3MGW3MGW4关口局DC1/TGSIP局向TDM局向SIP局向SIP局向TDM局向以天津电信2013-07-26日，MSCe2局早忙时统计为例（编解码为G.711，打包周期20ms，以太网模式）：SIP中继话务量=MSCe2-关口局SIP+MSCe2-DC1SIP+MSCe2-MSCe3SIP=3410+1966+426=5802ErlVOIP带宽=话务量*90.4Kbps/1024=5802*90.4/1024=512Mbps-21-VOIP话务量折合带宽算法中继话务量与VOIP带宽24小时趋势比较媒体流的带宽流量和VolP话务量一样，反映的都足呼叫次数和平均通话时长的乘积。媒体流的带宽流量和VolP话务量全天走势基本一致。MSCe侧媒体流量统计（全局）CE侧媒体流量统计（单端口）-22-目录1研究VOIP带宽算法的目的2VOIP带宽算法－语音3VOIP带宽算法－信令4VOIP话务量折合带宽算法5现网设备TC参数配置6VOIP带宽统计方法（现网）7要点总结-23-现网设备TC参数配置TC配置--华为MSCe当前仅使用G.711A编解码。-24-TC配置--华为MGWVAD静音检测关闭正常情况下MSCe会通过ADD或MOD消息将编解码和打包时长带给MGW，只有当MGW获取不到时采用MGW配置。现网设备TC参数配置-25-TC配置--中兴MSCe(1)问题：查询GMSCePCMA打