C网VOIP带宽算法与影响因素分析 - 2014

1、天津电信网管中心天津电信网管中心C C网网VOIPVOIP带宽算法与影响因素分析带宽算法与影响因素分析天津电信网管中心2014年1月- 2 -目目 录录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带宽算法的目的目目的的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 -目目 录录1研究VOIP带宽算法的目的2VOIP带

2、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 VOIPVOIP占用带宽算法占用带宽算法带宽带宽 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 160bit64bit96bit 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 ) 每秒比特数带宽带宽每秒钟的语音包开销每秒钟的有效载荷其中：其中：RTP头头 96bit (12byte)UDP头头

3、64bit (8byte)IP头头 160bit (20byte)Ethernet头头 208bit (26byte)帧间隔帧间隔 96bit (12byte)所以，一个语音包的开销所以，一个语音包的开销 9664160208528bit （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 VOIP带宽的影响因素带宽的影响因素(1)(1) 底层接口类型底层接口类型 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MP

4、LS的POS接口或GE；(3) 在骨干网采用带MPLS的POS接口，如 2.5G POS 或10G POS 。GE接口接口A省省CN2MGW/GMGWPEPCEPEPMGW/GMGWCEB省省集团集团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带宽算法语音 VOIP VOIP带宽的影响因素带宽的影响因素(1)(1) 底层接口类型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(byt

5、e) G.71164485666G.7236.3485666G.7298485666PPP 头开销= 8 byteEthernet头开销=26 byteMPLS头开销 = 8 byte- 8 -VOIP带宽算法语音 VOIP VOIP带宽的影响因素带宽的影响因素(2)(2)打包周期打包周期1 1、打包周期、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=1000ms20ms=50 个下面以下面以G.711G.

6、711为例，语音带宽为例，语音带宽64Kbps64Kbps。（计算结果每秒开销未考虑帧间隔（计算结果每秒开销未考虑帧间隔12Byte12Byte。）。）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200100503333每秒开销（bit/s）105600528002640017600VOIP带宽（Kbps）169.6116.890.481.6- 9 -VOIP带宽算法语音 VOIP VOIP带宽的影响因素带宽的影响因素(3)(3)语音编

7、解码语音编解码编解码方编解码方式式压缩压缩速率速率(Kbps)打包时长打包时长VOIP带宽带宽(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G711，速率为64 kbits，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

8、式和占用的带宽也不同。- 10 -VOIP带宽算法语音 VOIPVOIP语音编解码方式与语音质量语音编解码方式与语音质量编解码技术编解码技术语音压缩带宽语音压缩带宽(kbit/s) (kbit/s) 语音质量等级语音质量等级G.711 a/u 64优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 VOIP带宽的影响因素带宽的影响因素(4)(

9、4) VAD VAD静音检测和压缩技术静音检测和压缩技术 VAD静音检测（ VAD：Voice Activity Detector）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

10、比例，一般取值为4560。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 VOIP带宽的影响因素带宽的影响因素(5)(5) TFO TFO、TrFOTrFO技术技术 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EVRC 8kbits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 -V

11、OIP带宽算法语音 总结总结VOIP带宽带宽影响影响因素因素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 -目目 录录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 VOIPVOIP带宽算法信令带宽算法信令 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、CAP

12、S，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64160208432 bit432 bit- 16 -VOIP带宽算法信令 语音媒体与信令协议栈比较语音媒体与信令协议栈比较MGCP/H.248/SIP/H323

13、UDP/TCPIPMAC（以太网）语音(如编解码G.711)RTPUDPIPMAC（以太网）信令包协议栈信令包协议栈语音媒体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%MGW22013-7-2610:00-11:002.1

14、732.88%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%3%左右，核心网规划时建议参考5%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

15、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MSCeMGW之间的H.248消息外，还需考虑MSCe（GMSCe）MSCe（GMSCe）之间的SIP消息。- 18 -目目 录录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E

16、rl。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-

17、20 -VOIP话务量折合带宽算法 举例MSCe2MGW1MGW2MSCe3MGW3MGW4关口局关口局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-DC1 SIP + MSCe2-MSCe3 SIP = 3410+1966+426 =5802 Erl VOIP带宽= 话务量*90.4Kbps/1024 =5802*90.4/1024= 512Mbps- 21 -VOIP话务量折合带宽算

18、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 -目目 录录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 TCTC配置配置 - -华为华为MSCe MSCe 当 前 仅 使 用G.711A编解码。- 24 - TCTC配置配置 - - 华为华为MGW M

19、GW VAD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 - TCTC配置配置 - - 中兴中兴MSCe (1)MSCe (1)问 题 ： 查 询 G M S C e P C M A 打 包 时 长 为“0ms”。中兴答复：PCMA/PCMU打包时长为系统默认20ms ，当前版本不能修改。现网设备TC参数配置SHOW DEV; - 26 - TCTC配置配置 - - 中兴中兴MSCe (2)MSCe (2)现网设备TC参数配置 V A D 检 测 License控制。 VAD检测 呼叫控制

20、。- 27 - TCTC配置配置 - - 中兴中兴MGWMGW现网设备TC参数配置当前仅使用G.711A编解码，未启用VAD和压缩技术。- 28 -目目 录录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- 29 -网元话务统计SIP局向（折算）（单位：Mbps）VOIP带宽统计（按MGW媒体端口）（单位：Mbps）CE统计（忙时均值）MSCeTGMSCe局间MSCe关口局合计MGW1MGW2MGW3MGW4合计MGW1MGW2MGW3MGW4合计MSCe2170 37 283

21、490292212505333242575MSCe3160 37 270 467229259488255288543VOIP带宽统计（现网） VOIP带宽统计华为MGW下表为天津现网2013-12-19日早忙时统计（10:0011:00）MGW媒体端口 统 计 与 按SIP话务量折算 带 宽 基 本一致；问题问题：同一个媒体端口，CE侧统计大于MGW统计，相差16%16%左右；华为答复华为答复：以太网帧结构里，Gap（帧间隔）和Pre（前导码）共计20Byte在MGW上是统不到的，而CE侧统计的是全部数据包。这是CE和MGW统计不一致的主要原因。 另外，UMG也不统计错包，一般情况下错包极少，

22、这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话务量统计只能按SIP局向统计，无法按MGW分别统计。- 30 -网元话务统计SIP局向（折算）（单位：Kbps）GMGW媒体统计（单位：Kbps）CE统计（忙时均值）关口局TG关口局端局合计GMGW1GMGW2合计GMGW1GMGW2合计GMSCe191 273 364352352350350GMSCe289 276 365352352349349VOIP带宽统计（现网） VOIP带宽统计中兴GMGW下表为天津现网2013-12-19日早忙时统计（10:0011:00）CE媒体端口统计、GMGW媒体端口统计与按SIP话务量折算流量带宽基本一致；方法方法1 1