Telecommunication

Networks and SystemsNetworks and Systems

Voice service

Krzysztof Wajda

Deparment of Telecommunications, AGH-USTNovember, 2017

Outline

• Integration of voice services

• Voice integration technologies

• Voice coding and compression

• Voice in IP• Voice in IP

• Voice in ATM

• Efficiency of voice transmission

• Conclusions

Backup Backup

ATMATM

Background...

80-85% incomes in telecom market is related to

obrotu na rynku telekomunikacyjnym jest

związane z klasyczną telefonią lub usługami

podstawowymi,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 PBX

Siećtelefoniczna

\

RouterRouter

Siećtr. danych

Outcomes from integration

Lowering exploitation costs (OPEX).

Simplified administration and

management.management.

Hiher efficiency of resource usage.

Flexibility of solutions.

Technologies fof voice integration

IP

ATMATM

Frame Relay

Basic voice signal encoding - PCM

Voice sampling - 8 kHz,

Each sample is encode using 8 bits, Each sample is encode using 8 bits,

Basic PCM channel 64 kbps.

Voice compression, silence removal

Sygnał

nadawczy

Sygnał

odbiorczymowa

szum

Detektor aktywności

rozmówcy VADGenerator szumów

CNG

synchronizacja

układów

When using voice compression and

silence removal we use also noicve

genarator at the remote end (for

listener convenience).

Voice compression methods

AlgorithmVoice quality

(P.800)

Bandwidth

(kbps)MIPS (nakład

)

Całkowite opóźnienie

(ms)Aplikacja

PCM 4.11 64 - 0.25 PSTN

ADPCM

(G.726)3.85 32 10 0.25

PSTN, telefonia mobilna(G.726)

CS-ACELP

(G.729)3.92 8 30 25

Głos na FR,

ATM, IP

CS-ACELP

(G.729A)<3.92 8 20 25

Głos na FR,

ATM, IP

LD-CELP

(G.728)3.61 16 40 1.25 PSTN

MP-MLQ

(G.723.1)- 5.3/6.3 30 67.5 Głos na IP

Voice compression quality and its correlation with bandwidth

64P

rzepły

wność

(kbps)

nieakceptowalna biznesowa wysoka

PCM

Jakość głosu0

8

16

24

32

Prz

epły

wność

ADPCM 32 (G.723)

ADPCM 24 (G.725)

LDCELP 16 (G.728)ADPCM 16 (G.726)

LPC 4.8

CS-ACELP (G.729a)

CS-ACELP (G.729)

za Cisco Systems

Echo

Źródła powstawania:

zamiana toru 4 na 2 przewodowy,

przeniki w torze analogowym,

niedopasowanie elementów,niedopasowanie elementów,

echo akustyczne w pomieszczeniach.

Konieczność eliminacji

dla opóźnień większych od 25 ms.

Wymagania jakościowe dla transmisji głosu

•opóźnienie średnie,

•fluktuacje opóźnienia,•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

CONs

• low quality of voice,

• many standards,

connections,

• integration with

WWW,

• independence from

physical medium,

•standard adressing,

• 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

QoSQoS

•CBR

•rt-VBR

Types of settings in ATM

Desktop

PBX

•structured•structured

•unstructured

POTS w ATMie

•brak zainteresowania użytkowników (brak

terminali o rozszerzonej funkcjonalności),

•technika ATM nie jest dobrze dostosowana do

wolnych usług telekomunikacyjnych (opóźnienia wolnych usług telekomunikacyjnych (opóźnienia

pakietyzacji i składania),

•w przyszłości zastosowanie uniwersalnych

terminali multimedialnych rozwiąże te

wątpliwości.

Network integration

UNIPrywatna

Prywatna

sieć N-ISDNIWFStyk

PNNI lub UNI

Q.SIG

UNI

UNIPrywatnasieć ATM Publiczna sieć

N-ISDN/PSTN

Publicznasieć ATM

UNI

IWF

publicznyStyk

UNI

UNIPNNIIWFQ.SIG

PRIBRI

BRI lub PRI

User Network InterfacePrivate Network Network InterfaceInterworking FunctionN-ISDN signalling

Primary Rate InterfaceBasic Rate Interface

Voice transmission with AAL1

ATM ATM ATM ATM

audio stream

N N N N

1 5 47 B 1 5 47 B 1 5 47 B 1 5 47 B

Streaming type of transmission

AAL1 introduces small overhead (6/53)

Built-in synchronization in AAL1

Packetization delay 6.5 ms

ATMATM

8 B40 B of samples

NN

5 48 B5 48 B

8 B40 B of samples

Voice transmission with AAL5

Voice transmission using AAL5 is efficient

(not significant overhead)

assures detection and correction of errors

using AAL5

Packetization delay 5.0 ms

5 48 B

kanał

1

kanał

głosowy 16dane

kanał

1

kanał

głosowy 163AAL2 User Part

AAL2 Common

Part

Voice and data transmission with AAL2

komórka ATM komórka ATMATM

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,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)

86

65

84

63

50

60

70

80

90

No of channels

256384

5121024

15362048 p=0,1% for t=150 ms

p=1% for t=150 ms

38

97

4

36

86

4

0

10

20

30

40No of channels

Link throughput [kbps]

Delay[ms]Bandwidth

[kbps]

Numberof TDM (PCM channels g

channels

Loss 1% Loss 0,1 %

256 4 4 168 200

Estimated numbr of telephone channels (2)

Number

of ATM voice

256 4 4 168 200384 6 7 81 113384 6 8 112 191512 8 11 89 1301024 16 25 45 711024 16 26 64 1642048 32 (30) 61 129 1482048 32 (30) 62 149 242

• ASX200 – configuration manual• B. Davies, Y. Rekhter, MPLS, Morgan Kaufman, 2000

•

Bibliography

•

• ASX200 – configuration manual• B. Davies, Y. Rekhter, MPLS, Morgan Kaufman, 2000

•

Bibliography

•

Thank you!

Konfiguracje dostępu do sieci ATM

Interfejsy warstwy fizycznej wg ATM Forum

Nazwa Szybkość bitowa [Mbps]

Efektywna szybkośćbitowa [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 40.704DS-3 44.736 40.704

E1 2.048 1.92

E3 34.368

E4 139.264

Światłowódwielomodowy

(FDDI)

100

STP 155.52

Łączeświatłowodowe

155.52

UTP 51.8425.9212.96

Zarządzanie ruchem -kategorie ruchowe

CBR (Constant bit rate) - ścisłe gwarancje

pasma

i opóźnieńrt-VBR (Real-time Variable Bit Rate)

- wideokonferencje- 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

Kategoria

usługi ATM

Parametry

definiowane

Typ warstwy

AAL

Parametry

jakościoweTyp uługi

Usługagłosowa

CBR PCR, CDVT AAL1 CLR, CDV

maxCTD,

Delay vs multiplexing gain

400

500

600

źnie

nie

[m

s]

1024 kbps - 0,1%

1024kbps - 1%

2048kbps - 0,1%

2048kbps - 1%

Próg 150ms

0

100

200

300

200% 220% 240% 260% 280% 300% 320%

Zysk multipleksacji

Op

óźn

ien

ie [m

s]

Wyniki wskazują na

znaczenie łączenia ruchu

bezpośrednie wnioski dla

łaczenia instalacji

PBXowych

Dwustopniowa multipleksacja kanałów głosowych

Łączenie strumieni ruchu

poprawia efektywność systemu

Porównawcze wyniki symulacji jedno-i dwustopniowej

253

136134150

200

250

300

źnie

nie

całk

ow

ite [

ms]

System z łączeniem grup rozmów

System z pojedyńczym węzłem ATM

95

0

50

100

0,10% 1%p [%]

Opóźn

ienie

całk

ow

ite [

ms]

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,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 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

• ASX200 – configuration manual• B. Davies, Y. Rekhter, MPLS, Morgan Kaufman, 2000

•

Bibliography

•

Thank you!