企业IP电话部署之保障QoS

目前很多企业的IP 网络和电话网络为独立的两套系统。企业的计算机网络系统的广域网络通常采用通过路由器将企业内部的局域网连接成企业的IP 网络。而电话网络由各个分支机构的PBX或集团电话构成。这样一来，企业内部各个分支机构之间的电话呼叫需要通过公共长途电话服务来实现，长途电话的费用成为企业商业活动的重大开销。例如：企业内部的一个电话会议可持续数小时。因此，通过租用DDN、Frame Relay 和ATM专线将企业IP 网络和电话网络在一条链路传输可大量节省企业的电话开销。（如图一）
　　　
　　
　　图一：长途VoIP的实现
　　通过话音网关将语音信息转换为IP数据包，通过IP 网络传输，即VoIP。由于TCP/IP 网络在一条链路上拥有开放性和互连互通性特点，具有极好的性能价格比，得以广泛使用。目前，大量的企业广域网路由器具有语音网关功能。
　　
　　由于基于TCP/IP的数据通信与电话语音通信有本质的不同。话音通信对于传输的要求是面向连接的，对于网络带宽、延迟、误码率和抖动十分敏感。IP数据包的传输是面向非连接的，通信的属性是突发的，流量是变化的，流控制由端设备实现；变长的IP数据包还会引入抖动。因此在IP 网络上实现话音通信需要IP路由器提供全面的QoS保证和呼叫监控。
　　
　　以图一的网络为例，介绍实现企业VoIP的重要环节之一：QoS实现。
　　
　　QoS实现
　　
　　VoIP 的QoS保证参数如下：
　　
　　1. 丢包率< 1%。
　　
　　2. 单向传输延迟< 150ms~200ms。
　　
　　3. 抖动< 30ms。
　　
　　4. 每个呼叫需要21Kbps~106Kbps的带宽(根据编码方式和链路层封装，带宽需求不同)。
　　
　　话音数据包的丢失会造成话音断断续续，目前标准的DSP芯片可以容忍30ms以内的数据丢失。以每秒50pps的采样速率计算，丢包率需要小于1%。超过1%的丢包率，话音质量将无法接受。
　　
　　按照ITU的标准，高质量的话音的单向延迟要小于150ms。当单向的话音延迟超过250ms时，人们的谈话会感觉对方反映太慢，就像在用对讲机谈话。根据实践经验，话音的端到端单向延迟必须小于200ms。
　　
　　通常VoIP设备提供控制抖动的缓冲区来抑制抖动，能够容忍的范围可能到30ms。
　　
　　根据编码方式和链路层封装，带宽需求不同。以目前通常采用的编码方式：G.729A和G.711来计算，以HDLC为链路封装，带宽的需求分别为 26Kbps和81Kbps。当采用PPP或帧中继链路时带宽为28Kbps和84Kbps。ATM为43Kbps和106Kbps。Multi- link PPP为30kbps和86Kbps。
　　
　　为达到前面所提到的QoS参数，在设计企业的VoIP 网络时应考虑以下两个方面：
　　
　　1. 广域网链路的选择
　　
　　2. 话音网关路由器的QoS功能实现
　　
　　考虑到链路的延迟、抖动和效率，参考目前国内运营商所提供的服务及价格，广域网链路应以专线为最优，部分城域范围内可考虑帧中继或ATM。线路误码率最差要小于10-5，否则话音质量会不满足要求。链路的传输延迟应根据距离考虑；国内长途应控制在单向20ms/1000km，国际长途应控制在单向 120ms以内。为确保VoIP和其他网络应用的平稳运行，语音带宽最好不要超过链路带宽的50%。
　　
　　话音网关路由器应具有完善的QoS功能。如果广域网带宽低于2Mbps，为避免由长数据包造成抖动，应减小链路的MTU，根据链路带宽设定MTU值。路由器在做IP包分割时，不应增加太多处理延迟。如果采用ATM或帧中继链路，路由器应支持与ATM或帧中继配合的QoS功能; 如端口控制信令、流量控制等。
　　
　　话音网关路由器还应该具有良好的端口排队和队列调度功能。对于语音数据包应分配独立的队列，并优先转发。目前，从实践中看，Cisco路由器的低延迟队列LLQ和CBWFQ的混合队列方式最行之有效。其原理如下：
　　
　　其中，LLQ确保语音数据包能够被优先转发，在链路拥塞的情况下，确保最小的网络延迟和丢包率。CBWFQ可保障其他应用的平稳运行。Fragment and Interleave可避免造成网络的抖动。
　　　
　　图二：CBWFQ算法
　　有了QoS的保障，在正常状态下可提供高质量的话音；但是当出现一些异常情况时，如链路误码率升高、路由器繁忙、路由震荡等，语音质量还会下降。在这种情况下，如何监控网络状态，并提供呼叫路由的转移，将电话通过公共电话网联接电话将是企业VoIP不可缺少的功能。

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