Telecommunication Networks and Systems Voice service Krzysztof Wajda Deparment of Telecommunications, AGH-UST November, 2017
Outline Integration of voice services Voice integration technologies Voice coding and compression Voice in IP Voice in ATM Efficiency of voice transmission Conclusions
Backup
ATM
Background... 80-85% incomes in telecom market is related to obrotu na rynku telekomunikacyjnym jest związane z klasyczną telefonią lub usługami podstawowymi, liczba linii abonenckich na świecie przekroczyła 1 mld...... szacuje się, że około 1 mld ludzi nigdy nie użyło aparatu telefonicznego
Dlaczego integracja usługi głosowej? PBX Sieć telefoniczna \ PBX Router Sieć tr. danych Router
Outcomes from integration Lowering exploitation costs (OPEX). Simplified administration and management. Hiher efficiency of resource usage. Flexibility of solutions.
Technologies fof voice integration IP ATM Frame Relay
Basic voice signal encoding - PCM Voice sampling - 8 khz, Each sample is encode using 8 bits, Basic PCM channel 64 kbps.
Voice compression, silence removal Detektor aktywności rozmówcy VAD synchronizacja układów Generator szumów CNG Sygnał nadawczy mowa szum Sygnał odbiorczy When using voice compression and silence removal we use also noicve genarator at the remote end (for listener convenience).
Voice compression methods Algorithm Voice quality (P.800) Bandwidth (kbps) MIPS (nakład ) Całkowite opóźnienie (ms) Aplikacja PCM 4.11 64-0.25 PSTN ADPCM (G.726) CS-ACELP (G.729) CS-ACELP (G.729A) LD-CELP (G.728) MP-MLQ (G.723.1) 3.85 32 10 0.25 3.92 8 30 25 <3.92 8 20 25 PSTN, telefonia mobilna Głos na FR, ATM, IP Głos na FR, ATM, IP 3.61 16 40 1.25 PSTN - 5.3/6.3 30 67.5 Głos na IP
Voice compression quality and its correlation with bandwidth Przepływnoś ść (kbps) 64 32 24 16 8 0 nieakceptowalna biznesowa wysoka PCM ADPCM 32 (G.723) ADPCM 24 (G.725) ADPCM 16 (G.726) LDCELP 16 (G.728) CS-ACELP (G.729a) LPC 4.8 CS-ACELP (G.729) Jakość głosu za Cisco Systems
Echo Źródła powstawania: zamiana toru 4 na 2 przewodowy, przeniki w torze analogowym, niedopasowanie elementów, echo akustyczne w pomieszczeniach. Konieczność eliminacji dla opóźnień większych od 25 ms.
Wymagania jakościowe dla transmisji głosu opóźnienie średnie, fluktuacje opóźnienia, poziom strat informacji.
Reasons of delay Encoding delay, waiting time for filling of transmission frame, delays from data computation (routing, switching, buffering), delays in internetworking module (IWF, gateway) propagation delay.
Voice service in PROs ubiquity of IP, low cost of connections, integration with WWW, independence from physical medium, standard adressing, CONs low quality of voice, many standards, possible overload with loss of information.
Hardware requirements Typical processor, audio card, microphon and headphones, network card.
Connection types Direct among terminals, with signalling server, with proxy server, with server and PBX.
Voice in ATM Scalability QoS CBR rt-vbr
Types of settings in ATM Desktop PBX structured unstructured
POTS w ATMie brak zainteresowania użytkowników (brak terminali o rozszerzonej funkcjonalności), technika ATM nie jest dobrze dostosowana do wolnych usług telekomunikacyjnych (opóźnienia pakietyzacji i składania), w przyszłości zastosowanie uniwersalnych terminali multimedialnych rozwiąże te wątpliwości.
Network integration Styk PNNI lub UNI IWF Q.SIG Prywatna sieć N-ISDN UNI Prywatna sieć ATM UNI IWF BRI lub PRI Publiczna sieć N-ISDN/PSTN UNI PNNI IWF Q.SIG BRI PRI Styk publiczny UNI User Network Interface Private Network Network Interface Interworking Function N-ISDN signalling Basic Rate Interface Primary Rate Interface Publiczna sieć ATM UNI
Voice transmission with AAL1 audio stream N ATM N ATM N ATM N ATM 5 1 47 B 5 1 47 B 5 1 47 B 5 1 47 B Streaming type of transmission AAL1 introduces small overhead (6/53) Built-in synchronization in AAL1 Packetization delay 6.5 ms
Voice transmission with AAL5 40 B of samples 8 B 40 B of samples 8 B N ATM 5 48 B N ATM 5 48 B Voice transmission using AAL5 is efficient (not significant overhead) assures detection and correction of errors using AAL5 Packetization delay 5.0 ms
Voice and data transmission with AAL2 AAL2 User Part kanał 1 kanał głosowy 16 dane kanał głosowy 163 kanał 1 AAL2 Common Part ATM komórka ATM komórka ATM Nagłówek pakietu Nagłówek komórki Multtiplexing in single VC
One-stage multiplexing of voice channels
Parameters of single voice source ON phase (caller is active) exponential distribution with average value 350 ms, OFF phase ( silence ) - exponential distribution with average value 650 ms, in ON phase a source generates 1 B each 125 ms (PCM), in OFF a source is silent.
Quality parameters Max. delay: 150 ms Aceptible loss level: Aceptible loss level: 1% 0.1%
Estimated number of telephone channels (1) 90 86 80 84 70 65 No of channels 60 50 40 63 38 30 20 10 0 36 9 7 4 p=1% for t=150 ms 8 2048 6 1536 4 p=0,1% for t=150 ms 1024 512 384 256 Link throughput [kbps]
Estimated numbr of telephone channels (2) Bandwidth [kbps] Number of TDM (PCM channels Number of g ATM voice channels Delay[ms] Loss 1% Loss 0,1 % 256 4 4 168 200 384 6 7 81 113 384 6 8 112 191 512 8 11 89 130 1024 16 25 45 71 1024 16 26 64 164 2048 32 (30) 61 129 148 2048 32 (30) 62 149 242
Bibliography ASX200 configuration manual B. Davies, Y. Rekhter, MPLS, Morgan Kaufman, 2000
Bibliography ASX200 configuration manual B. Davies, Y. Rekhter, MPLS, Morgan Kaufman, 2000
Thank you!
Konfiguracje dostępu do sieci ATM
Interfejsy warstwy fizycznej wg ATM Forum Nazwa Szybkość bitowa [Mbps] Efektywna szybkość bitowa [Mbps] SONET STS-1 51.84 49.536 SONET STS-3c 155.52 149.76 SONET STS-12c 622.08 594.432 SDH STM1 155.52 SDH STM4 622.08 DS-1 1.544 1.536 DS-2 6.312 6.176 DS-3 44.736 40.704 E1 2.048 1.92 E3 34.368 E4 139.264 Światłowód 100 wielomodowy (FDDI) STP 155.52 Łącze 155.52 światłowodowe UTP 51.84 25.92 12.96
Zarządzanie ruchem -kategorie ruchowe CBR (Constant bit rate) -ścisłe gwarancje pasma i opóźnień rt-vbr (Real-time Variable Bit Rate) - wideokonferencje nrt-vbr (Non-real time Variable Bit Rate) - transakcje bankowe, dostęp do sieci Frame- Relay. ABR (Available Bit Rate) - możliwa negocjacja pasma UBR (Unspecified Bit Rate) - brak wymagań co do transmisji dyskusja nad nowymi propozycjami: UBR+ i
POTS w standardzie ATM Typ uługi Usługa głosowa Kategoria usługi ATM Parametry definiowane Typ warstwy AAL Parametry jakościowe CBR PCR, CDVT AAL1 CLR, CDV maxctd,
Delay vs multiplexing gain 600 500 1024 kbps - 0,1% 1024kbps - 1% Opóźnienie e [ms] 400 300 200 100 2048kbps - 0,1% 2048kbps - 1% Próg 150ms Wyniki wskazują na znaczenie łączenia ruchu bezpośrednie wnioski dla łaczenia instalacji PBXowych 0 200% 220% 240% 260% 280% 300% 320% Zysk multipleksacji
Dwustopniowa multipleksacja kanałów głosowych Łączenie strumieni ruchu poprawia efektywność systemu
Porównawcze wyniki symulacji jednoi dwustopniowej 300 250 253 System z łączeniem grup rozmów System z pojedyńczym węzłem ATM ie całkowite [ms] 200 150 134 136 Opóźnieni 100 95 50 0 0,10% 1% p [%] Wzrost opóźnienia wraz ze wzrostem liczby węzłów
Wnioski i dalsze zamierzenia Co zostało zrobione: Przygotowano podstawowe dokumenty standaryzacyjne, jest oferowany sprzęt wspierający transmisję głosu w ATM, dość dobrze poznane aspekty efektywności usługi (przynajmniej na poziomie aktualnie wykorzystywanych metod kompresji), dopasowanie ATM do większości zastosowań sieciowych,
Wnioski i dalsze zamierzenia Co pozostaje do zrobienia: przygotowanie standardowych rozwiązań dla użytkownika końcowego, uproszczenie procedur zarządzania ruchem (planowane TM 5.0 w 2000), zrealizowanie powszechnie akceptowanego standardu współpracy IP/ATM, promocja standardu usługi głosowej po ATM akceptowany przez operatorów i użytkowników końcowych - (funkcjonalność i cena)
Summary ATM complex but efficient in management MPLS many features and functions run automatically
Bibliography ASX200 configuration manual B. Davies, Y. Rekhter, MPLS, Morgan Kaufman, 2000
Thank you!