Применение аудиокодеков для снижения трафика IP-телефонии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Воронежский институт правительственной связи (филиал)

Применение аудиокодеков для снижения трафика IP-телефонии

Козлов И.А.,

преподаватель кафедры «Сетей связи и систем коммутации»

Гундарев В.В.,преподаватель кафедры «Сетей связи и систем коммутации»

Новоселова Ю.М., студент

3 курс, специальность «Сети связи и системы коммутации»

Аннотация

Скорость увеличения передаваемого объема информации через телекоммуникационные сети значительно превосходит темпы наращивания их пропускной способности, поэтому необходимо минимизировать трафик, создаваемый различными сервисами и службами, в частности, IP-телефонией. В статье предложены частные решения для экономии пропускной способности телекоммуникационных сетей.

Ключевые слова: коммутация пакетов, технология VoIP, пропускная способность, IP-телефония, аудиокодеки, функция VAD, cRTP.

Annotation

The speed of increasing the amount of information transmitted through telecommunication networks significantly exceeds the rate of increasing their bandwidth, therefore it is necessary to minimize the traffic generated by various services and services, in particular, IP telephony. The article offers private solutions to save the bandwidth of telecommunication networks.

Keywords: packet switching, VoIP technology, bandwidth, IP telephony, audio codecs, VAD function, cRTP.

В настоящее время люди обмениваются различного вида информацией, находясь на больших расстояниях друг от друга, используя сети связи с разным способом коммутации. На телефонных сетях наиболее распространенным способом коммутации является коммутация каналов, но из-за нерационального использования пропускной способности (речевой трафик может сменяться длительными паузами, в период которых занимаемый канал поддерживает соединение «вхолостую») на смену пришла пакетная коммутация канала. Использование пакетной передачи речевой информации и подавление пауз в разговоре позволяют экономно использовать сетевые ресурсы и относительно успешно конкурировать IP -телефонии с традиционными телефонными сетями.

Для реализации передачи данных в сетях с коммутацией пакетов используется стек протоколов (иными словами, набор правил по которым происходит обмен данными). Протоколы могут функционировать на базе разных стандартов. В числе самых распространенных - TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol). Основной его принцип - это присвоение оконечному устройству уникального IP-адреса, который может использоваться в качестве главного ориентира при передаче данных.

При создании возможности передавать данные через IP-сеть, появилась технология VoIP (Voice over IP), позволяющая передавать голосовой трафик. Она стала популярной во всём мире с конца XX века и в настоящее время широко используется как частными пользователями, так и в корпоративном секторе, а также государственными органами. Одним из частных случаев использования VoIP является технология IP-телефонии.

Передача голоса в IP телефонии осуществляется в цифровом коде, так же, как и передача данных. Преобразование аналогового сигнала в цифровой и наоборот делает АЦП (аналогово-цифровой преобразователь) и ЦАП (цифро-аналоговый преобразователь), соответственно. Данные процессы называются кодированием и декодированием.

Для цифрового кодирования и компрессирования (сжатия) аудио информации в VoIP используются различные кодеки (математические алгоритмы). От выбора конкретно используемого кодека будет зависеть количество задействованной пропускной способности в сети.

Что следует учитывать для выбора оптимального кодека

Существует немало характеристик, по которым можно оценить аудиокодеки, произвести анализ и выбрать тот, который будет удовлетворять конкретному условию. Из них можно выделить наиболее важные, на которые в первую очередь стоит обратить внимание при проведении анализа.

Одной из важных характеристик аудиокодека, особенно, в условиях экономии пропускной способности сети является скорость потока. Данная характеристика особенно необходима для расчета ресурсов сети, задействованных для передачи IP-пакета с голосовой информацией. Чем меньше показатель, тем лучше.

Также немаловажным критерием при выборе кодека, помимо пропускной способности, является качество звучания, которое определяется оценкой MOS (Mean Opinion Score): специальной группе людей предоставляют возможность воспользоваться системой связи и просят поставить оценку от 1 до 5. Усредненные данные такого исследования и называются MOS.

Еще одним параметром в данном частном случае является размер сэмпла. Этот параметр определяет «количество» голосовой информации в IP - пакете. Чем больше размер сэмпла, тем экономнее расходуется пропускная способность, но тем больше в разговоре будет слышна задержка, как следствие работы процессора по цифровой обработке сигнала.

Заключительной немаловажной характеристикой аудиокодека является задержка кодировки - время, необходимое процессору сигналов (DSP) для сжатия блока выборок PCM. Данный параметр зависит как от выбранного кодека, так и от скорости процессора (в разный период загруженности), поэтому данная характеристика не имеет фиксированного размера.

Сравнительная характеристика кодеков приводится в таблице:

Таблица 1:

В результате анализа возможностей применения существующих кодеков IP-телефонии в условиях экономии пропускной способности сети был выбран кодек G.729, имеющий оптимальные характеристики полосы пропускания 8 Кбит/с, хорошую разборчивость речи, относительно небольшую загрузку процессора.

Важная функция вокодера (аудиокодека)

Еще одним преимуществом использования аудиокодека G.729 является поддержка функции VAD (функция определения активности речи). Использование механизма VAD позволяет экономить на передаче данных по каналу связи, так как перерыв в речи (определяется по уровню сигнала) не оцифровывается и не кодируется, а значит не передается по сети. При планировании пропускной способности VoIP определяется, что функция VAD уменьшает полосу пропускания на 20%. Данную функцию можно как включить, так и отключить.

Сжатие служебной информации IP-пакета Все пакеты протокола VoIP состоят из двух частей: голосовых сегментов и заголовков IP/UDP/RTP. Хотя голосовые сегменты сжимаются с помощью цифрового процессора сигналов (DSP), и их размер зависит от используемого кодека, заголовки всегда содержат 40 байт. В соответствии со стандартом RFC 2508 функция сжатия заголовков RTP сжимает заголовки IP/UDP/RTP c 40 байт до 2 или 4 байт, сокращая ненужное потребление пропускной способности. Использование данного протокола, совместно с оптимальным кодеком (G.729) поможет сократить используемую пропускную способность примерно на 40%.

Ценность предложения с применением наиболее эффективного аудиокодека IP-телефонии в условиях экономии пропускной способности в том, что:

У различных провайдеров связи есть свои тарифы на аренду каналов, использования определенной пропускной способности. Стоимость доступа к услугам для разной категории населения не всегда бывает доступной и бюджетной, поэтому в интересах пользователя потратить меньше трафика и, как следствие, заплатить меньше. аудиокодек телефония трафик

Существуют каналы, которые имеют физические ограничения скорости доступа. Например, спутниковый канал связи. Оператор вынужден экономить на пропускной способности, чтобы сделать возможным предоставление различных услуг большему количеству пользователей.

Любая сеть может рано или поздно дать сбой. Обусловлено это большим потоком трафика, который, условно, данная сеть не сможет обработать. Экономия пропускной способности помогает не загружать сеть и работать ей стабильно, с минимизацией всевозможных задержек.

Использованные источники

Понимание сжатия (включая cRTP) и качества обслуживания. Общие сведения о кодеках. Степень интеграции, поддержка оборудования, MOS и согласование. [Электронный ресурс]. URL: https://www.cisco.com. (Дата обращения: 25.01.2022)

Общие сведения организации IP-телефонии. Обзор существующих аудиокодеков. [Электронный ресурс]. URL: https://ru.m.wikipedia.org. (Дата обращения: 25.01.2022)

Решение Cisco для построения сетей IP телефонии и IP видеотелефонии, 4-е издание.

Размещено на Allbest.ru