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Calcular Ancho de Banda en VoIP

Calcular Ancho de Banda en Voip

Calcular Ancho de Banda en Voip

Calcular el ancho de banda utilizado por VoIP puede parecer una tarea intimidante, aunque es bastante sencilla, especialmente luego de haber entendido algunos principios. Las llamadas VoIP consisten en 2 partes principales. La parte de la señalización de la llamada es la que hace que la llamada pueda realizarse. Señaliza el establecimiento, el timbrado en el extremo de destino, la desconexión y otras comunicaciones realizadas entre los dos extremos para mantener la llamada. La segunda parte es el audio, que es transmitido a través de RTP. El ancho de banda consumido por la señalizacion SIP es insignificante, para propositos de calculo es despreciable el valor.

Dado que el audio en bruto puede ser bastante grande, tiene que ser codificado antes de ser enviado por la red. Esto se hace usando un codec. Diferentes codecs producen una calidad de audio diferente, consumen un ancho de banda diferente, y algunos son más CPU-intensivos que otros. Por ello, es importante que seleccione el códec adecuado para su aplicación.

Antes de profundizar en las diferencias de los codecs más comunes, vamos a introducir otro principio que nos permitirá calcular con precisión el ancho de banda utilizado. Al enviar datos a través de la red, éstos deben estar empaquetados. El “paquete” contiene información que permite que los datos sean enviados al destino y que puedan ser reconstruidos correctamente. Como se pueden imaginar, el envase no es gratis – se suma al consumo de ancho de banda.

Hay diferentes capas de empaquetamiento en la red (requeridos por el modelo OSI de 7 capas). El audio codificado necesita ser empaquetado dentro de paquetes RTP. A su vez, los paquetes RTP necesitan ser empaquetados dentro de paquetes UDP, que luego necesitan ser empaquetados dentro de paquetes IP. Ethernet es el tipo de red más común, y requiere otro empaquetamiento.

Vamos a referirnos a estos paquetes colectivamente como overhead. Independientemente del codec utilizado, el overhead introducido en el paquete está fijo. Abajo se encuentra el overhead introducido por cada item:

– RTP – 4.8 kbps

– UDP – 3.2 kbps

– IP – 8 kbps

– Ethernet (sin utilizar QOS) – 15.2 kbps

El overhead total es de 31.2 kbps.

La Voz sobre IP (VoIP)  requiere una cierta cantidad de ancho de banda para funcionar correctamente. Esta es la tasa de transferencia de datos y se mide en bits por segundo (bps). La fórmula utilizada para calcular el ancho de banda requerido por llamada es:

Ancho de banda = tamaño total de paquetes * PPS

donde PPS significa “paquetes por segundo” y se calcula de la siguiente manera:

PPS = (tasa de bits de códec) / (tamaño de la carga útil de voz).

El otro elemento del cálculo del ancho de banda, el tamaño total del paquete, se calcula:

Tamaño total del paquete = (cabecera de capa 2) + (cabecera IP/UDP/RTP) + (tamaño de la carga útil de voz).

Estas fórmulas se ven intimidantes, pero paso a paso conocerás los valores para emplearlas.

Instrucciones:

1.- Encuentra el codec utilizado en la transmision de VoIP. Un codec es un estandar de conversion del sonido a la señal digital y viceversa. Hay ocho diferentes codecs mas utilizados, algunos de los cuales pueden tener mas de una tasa de bits. La tasa de bits de codec se deriva del tamaño de muestreo de codec / intervalo muestreo de codec. El tamaño de muestreo de codec es el numero de bytes capturados por el Procesador de Señal Digital (DSP) en cada intervalo de muestreo de codec.

A continuación se observa una lista de codecs y su velocidad de bits:

G.711 …………. 64 Kbps

G.729 …………… 8 Kbps

G.723.1 ………… 6,3 Kbps o 5,3 Kbps

G.726 …………. 32 Kbps o 24 Kbps

G.728 …………. 16 Kbps

G722_64k ……. 64 Kbps

ilbc_mode_20 .. 15,2 Kbps

ilbc_mode_30 .. 13.33Kbps.

Para el cálculo de este ejemplo, se usará el códec G.729 con una tasa de bits 8 Kbps.

2.- Encuentra el tamaño de carga util de voz que utiliza la VoIP. Este sera un multiplo del tamaño de muestreo del codec. Esta cifra es necesaria para calcular tanto el tamaño total del paquete como el PPS. Para este ejemplo, se usara el valor por defecto de G.729 de 20 bytes.

3.- Encuentra que sistema de Capa 2 esta en funcionamiento. Esta por lo general sera Ethernet, este agrega una sobrecarga en la cabecera del paquete de 18 bytes para Ethernet (incluyendo 4 bytes de la secuencia de verificación de trama o de comprobación de redundancia cíclica). Para este ejemplo, se usara una cabecera Ethernet de 18 bytes.

4.- Encuentra cuales son las capas de transporte y sesion que se esta usando. Estos se sumarán al tamaño del encabezado IP para calcular la sobrecarga total. Por lo general esta cabecera suele ser de 40 bytes: 20 bytes de IP, 8 bytes de UDP (UDP, del inglés User Datagram Protocol) y 12 bytes de RTP (RTP, del inglés Real Time Protocol). Con “Compresión de Protocolo de Transporte en tiempo Real” (CRTP), el encabezado combinado se reducirá a 2 o 4 bytes. El CRTP no puede ser utilizado en conjunto con Ethernet. Para este ejemplo se usara una cabecera CRTP de 2 bytes.

5.- Calcula el tamaño total del paquete en bytes utilizando:

Tamaño total del paquete = (cabecera de Capa 2) + (Cabecera IP/UDP/RTP) + (tamaño de la carga útil de voz).

En este ejemplo, la cabecera de nivel 2 es de 6 bytes, la cabecera IP/UDP/RTP es de 2 bytes y la carga útil es de 20 bytes:

Tamaño total del paquete = 6 bytes + 2bytes + 20 bytes = 28 bytes,

como hay 8 bits en un byte:

Tamaño total del paquete (bits) = 28 * 8 = 224 bits.

6.- Calcula los Paquetes por Segundo utilizando la fórmula:

PPS = (tasa de bits de códec) / (tamaño de la carga útil de voz).

En este ejemplo se usa una velocidad de bits de códec de 8Kbps (8000 bps) y un tamaño de carga útil de voz de 20 bytes (160 bits) de lo que se deriva el PPS:

PPS = 8000/160 = 50.

La capacidad de ancho de banda disponible tendría que ser suficiente para permitir la transferencia de 50 paquetes por segundo.

7.- Calcula el requerimiento de ancho de banda con los valores derivados:

Ancho de banda = tamaño total de paquetes * PPS.

Se tiene un tamaño total de paquetes de 224 bits y un requisito de 50 paquetes por segundo.

Por lo que el ancho de banda requerido es:

224 * 50 = 11.200 bits por segundo.

Esto es regularmente más expresado como 11,2 Kbps por llamada.

Si bien los codecs G711 y G722 consumen más del doble de ancho de banda que los otros codecs, la mayoría de las Redes de Area Local (LAN) pueden soportar este ancho de banda. Una llamada de 1 hora utilizando G711 es equivalente a transferir un archivo de 41.8 MB. Si esto causa un problema, consideren una revision de la red.

G729 es el codec que consume menos ancho de banda y tiene una calidad de audio relativamente buena. Aunque tiene 2 puntos en contra:

  1. Esa eficiencia viene con un costo, que es el consumo de CPU. Es mas CPU-intensivo codificar audio en un tamaño tan pequeño manteniendo la calidad.
  2. G729 es un codec propietario. Por esto, el numero de llamadas simultaneas en G729 no puede exceder la mitad de las llamadas simultaneas permitidas por el sistema o PBX-IP.

Por esto, G729 solo deberia ser utilizado cuando realmente es requerido, por ejemplo para llamadas externas a traves de Proveedores VoIP, llamadas a traves de un gateway, o para extensiones remotas (basicamente todas las llamadas realizadas a traves de Internet).

Puede configurar la PBX-IP para cambiar al codec G711 si no pueden realizarse llamadas con el codec G729.

HERRAMIENTA PARA EL CALCULO DE ANCHO DE BANDA

La siguiente herramienta les permitira calcular el ancho de banda utilizado en base al tipo de codec y protocolo VoIP seleccionado, pueden desplazar el contenido con las barras de desplazamiento a la derecha y abajo del recuadro.

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