1.8. Сравнение методов передачи речи VoFR и VoIP
1.8.1. Требования к речевым трактам
Стоимость внедрения возможности передачи речи и факсимильной информации по сетям передачи данных, зависит в основном от стоимости УСПРД (оборудование интеграции речи и данных), стоимость которого пропорциональна числу речевых трактов, организуемых этим оборудованием. Поэтому есть смысл стремиться минимизировать число необходимых речевых трактов.
Опыт показывает, что два речевых тракта функционируют в среднем около 3 часов в течение 8-часового рабочего дня, при условии, что 95% абонентов получат доступ с первой попытки; четыре тракта функционируют около 12 часов, и так далее. В Табл.1.1 представлена информация о загрузки речевых трактов.
Условие 95% доступности - достаточно высокий показатель для абонентов сети совместной передачи речи и данных, хотя можно использовать и более высокий процент доступности, однако возрастающее при этом число трактов отрицательно сказывается на стоимости оборудования.
Табл.1.1. Краткий обзор нагрузки речевых трактов.
|
|
Время телефонных разговоров (в часах) |
||||
|
Период |
Количество речевых трактов |
||||
|
|
2 |
4 |
8 |
12 |
24 |
|
1 час |
0.4 |
1.45 |
4.32 |
7.6 |
19.0 |
|
2 часа |
0.7 |
2.9 |
8.64 |
15.2 |
38.0 |
|
4 часа |
1.5 |
5.8 |
17.28 |
30.4 |
76.0 |
|
6 часов |
2.2 |
8.7 |
25.92 |
45.60 |
114.0 |
|
8 часов |
2.9 |
11.6 |
34.56 |
60.8 |
152.0 |
|
9 часов |
3.3 |
13.05 |
38.88 |
68.4 |
171.0 |
В главном узле число трактов часто рассчитывается как процент от общего числа трактов в подчиненных узлах. Например, для 20 подчиненных узлов с двумя речевыми трактами в каждом (всего 40 трактов), в большинстве случаев требуется только 15-20 речевых трактов в главном узле. Подчиненные тракты должны оспорить набор трактов главного узла, с коэффициентом конкуренции 8/3 (40/15), или 2/1 (40/20). В Табл.1.3 приведены некоторые общие коэффициенты конкуренции.
Табл.1.3. Коэффициенты конкуренции.
|
Общее количество удаленных трактов |
Число удаленных узлов с двумя трактами в каждом |
Типичное количество трактов главного узла |
Типичные коэффициенты конкуренции |
|
2 |
1 |
2 |
1:1 |
|
4 |
2 |
3-4 |
1.3:1 - 1:1 |
|
6 |
3 |
4 |
1.5:1 |
|
8 |
4 |
5-6 |
1.6:1 - 1.8:1 |
|
10 |
5 |
5-6 |
1.7:1 - 2:1 |
|
16 |
8 |
8-9 |
1.8:1 - 2:1 |
|
24 |
12 |
10-13 |
1.8:1 - 2.4:1 |
|
32 |
16 |
13-16 |
2:1 - 2.5:1 |
|
64 |
32 |
24-29 |
2.2:1 - 2.7:1 |
1.8.2. Сравнение размеров служебной информации кадра Frame Relay и пакета IP
Основное различие VoIP и VoFR состоит в том, что размер служебной информации пакета IP существенно больше кадра Frame Relay. Сравним оба метода на предмет использования полосы пропускания, и в качестве примера рассмотрим вокодер G.723.1 (5,3 кбит/c). Усредненное потребление полосы пропускания при использовании методов VoFR и VoIP приведено соответственно в Табл.1.5 и Табл.1.6.
Табл.1.5. Заголовок кадра FR и усредненное потребление полосы пропускания.
|
Полоса пропускания используемая кодером |
5,3 кбит/c |
|
Для передачи служебной информации кадра Frame Relay с речью |
2,1 кбит/c |
|
Суммарное использование полосы пропускания в сети Frame Relay. |
7,4 кбит/c |
|
Удаление пауз речи (60%) |
- 4,4 кбит/c |
|
Окончательное использование полосы пропускания, усредненное за период 20-30 секунд разговора. |
3 кбит/c |
Необходимо заметить, что при сравнении не учитывается размер служебной информации, добавляемой к пакету IP, при его передаче на канальном уровне.
Табл.1.6. Заголовок пакета IP и усредненное потребление полосы пропускания.
|
Полоса пропускания используемая кодером |
5,3 кбит/c |
|
Для передачи служебной информации речевого пакета IP |
12,7 кбит/c |
|
Суммарное использование полосы пропускания в сети IP |
18 кбит/c |
|
Удаление пауз речи (60%) |
- 7,2 кбит/c |
|
Окончательное использование полосы пропускания, усредненное за период 20-30 секунд разговора. |
10,8 кбит/c |
1.8.3. Сравнение VoFR и VoIP с точки зрения использования полосы пропускания
Предыдущие цифры показывают, что трафик IP использует почти в 3 раза большую полосу пропускания чем трафик Frame Relay. Например, в канале 64 Кбит/с сети Frame Relay может быть организовано 64/7,4 = 8 речевых трактов, в отличие от 64/18 = 3 при использовании сети IP.
Один из подходов решения данной проблемы требует рассмотрения так называемого ”рабочего цикла” речевого тракта. Рабочим циклом называется время использования речевого тракта в течении рабочего дня. В случае, когда тракт не используется, потребление полосы пропускания составляет 0 кбит/с. Рабочий цикл варьируется в зависимости от числа речевых трактов в канале, которое обычно не превышает загрузочный фактор - 95% доступных телефонных номеров.
В Табл.1.7 показана зависимость среднего рабочего цикла от различного числа речевых трактов за 8-часовой рабочий день. Например, время использования отдельного речевого тракта составляет 36% от длительности рабочего дня (рассматривается один из четырех трактов). Величина 36% обычно наблюдается (достигается) за 20-30 минутный период, и означает, что общий расход полосы пропускания речевым трактом за этот период составляет 36% от 6 Кбит/с (для IP) или от 4 Кбит/с (для FR), то есть 2.2 Кбит/с для IP или 1.4 Кбит/с для FR.
Табл.1.7. Усредненный рабочий цикл различного числа трактов
|
Количество трактов |
2 |
4 |
8 |
12 |
24 |
|
Рабочий цикл |
18% |
36% |
54% |
63% |
79% |
Например, пусть имеется 2 речевых тракта с 18% рабочим циклом. Оба тракта могут функционировать 2,9 часа в течение рабочего дня. Каждый тракт использует 3 кбит/c от полосы пропускания канала (VoFR), и с учетом рабочего цикла эта величина составит в среднем 0.54 кбит/c (4 кбит/c * 18%) за 20-30 минутный период. Итак, в случае использования канала 64 Кбит/c, остаток составит 63.46 кбит/c.
1.8.4. Сравнение сегментации кадров VoFR и пакетов VoIP
Принцип последовательной передачи пакетов по каналу связи приводит к тому, что передача длинного пакета с данными может существенно увеличить время ожидания передачи речевого пакета. Например, передача 1500 байтового пакета Ethernet по каналу доступа 56 кбит
/с составит более 200 мс.Следовательно для УСПРД важно, чтобы имелась возможность просегментировать любые длинные пакеты данных, особенно для низкоскоростных каналов доступа. Ограничения на размеры пакетов с данными приведены в Табл.1.8.
Табл.1.8. Максимальные размеры пакетов с данными.
|
Размер полосы пропускания канала доступа (кбит/c) |
Максимальный размер пакета (байт) |
|
56/64 |
256 |
|
128 |
512 |
|
192 |
768 |
|
256 |
1024 |
|
384 |
1536 |
|
512 |
2048 |
|
1544 |
6144 |
Последствием сегментации пакетов данных является уменьшение эффективности предачи данных. Поскольку есть фиксированный заголовок для каждого пакета, то создание небольших пакетов увеличивает процент служебной информации. Последствия сегментации в сетях Frame Relay менее чувствительны, чем в сетях IP поскольку размер заголовка Frame Relay существенно меньше.
В сетях IP эффективность функционирования сети может уменьшиться на 10-15%; в сетях Frame Relay - на 2-4%.
При использовании метода VoFR, сегментация пакетов происходит автоматически в VFRAD всякий раз, когда есть речевой вызов. В случае завершения разговора сегментация прекращается.
При использовании VoIP сегментация пакетов происходит в маршрутизаторе доступа по команде администратора сети или под управлением протокола “шлюз-маршрутизатор”, как например, RSVP. При использовании RSVP, устанавливается сеанс RSVP с маршрутизатором, в течении которого маршрутизатор сегментирует пакеты с данными.
Поскольку большинство маршрутизаторов и шлюзов VoIP не поддерживают RSVP или аналогичный управляющий протокол, принудительная сегментация, при использовании VoIP, в среднем на 10%-15% снижает эффективность функционирования сети на низкоскоростных каналах, независимо от того, присутствуют или нет телефонные вызовы.
Т.о., основными преимуществами VoFR над VoIP являются: