Cisco CCVP. Les éléments de design des réseaux VoIP

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1 Cisco CCVP Les éléments de design des réseaux VoIP

2 Contenu Les réseaux IP et la voix La QoS et les outils de mesure de la qualité de la voix Les relais modem / les relais Fax Support DTMF La paquetisation de la voix avec les codecs et les DSP Cisco CCVP - 2 -

3 Les réseaux IP et la voix Du fait de la nature des réseaux IP, les paquets voix sont sujets à des problèmes de transmission Les facteurs suivants peuvent impacter la clarté de la voix : Fidelité (degré avec lequel un système reproduit correctement en sortie des signaux d entrée) L écho Les délais La gigue La perte de paquets Le side tone (entendre sa propre voix dans l écouteur) Le bruit de fond Cisco CCVP - 3 -

4 La gigue Variation de délais entre les paquets voix à la destination due à Congestion Méthodes de queueing inappropriée Erreurs de configuration Quand un routeur reçoit des paquets voix Il doit les placer dans un «play out buffer» aussi appelé «dejitter buffer» Cela lui permet d envoyer un flux continu vers le DSP Cela affecte le délai global Cisco CCVP - 4 -

5 Les délais Il existe des délais fixe Codage Paquetisation Sérialisation Propagation Et des délais variables Délais de mise en file d attente Délais dus aux processus de décision Cisco CCVP - 5 -

6 Recommandations G.114 Délai en sens unique De 0 à 150 ms Acceptable pour la plupart des applications De 150 à 400 ms Acceptable mais peut affecter la qualité de la voix Au-delà de 400 ms Inacceptable Cisco CCVP - 6 -

7 La perte de paquets Des paquets voix sont supprimés Quand le réseau est instable En cas de congestion Quand les délais variables sont trop importants pour être acceptés à le dejitter buffer Les algorithmes standards de codec utilisés dans les DSP Cisco corrigent de 20 à 50 ms de voix perdue Algorithme PLC (Packet Loss Concealment) Cisco CCVP - 7 -

8 Mesure de la qualité de la voix MOS : Mean Opinion Score Note donnée par les humains (subjectif) De 1 à 5 5 : excellent (excellent) 4 : bonne (good) 3 : moyen (fair) 2 : mauvais (poor) 1 : insatisfaisant (unsatisfactory) Cisco CCVP - 8 -

9 Mesure de la qualité de la voix PSQM : Perceptual Speech Quality Measurement Norme ITU P.861 en test actuellement Note de 0 à 6.5 où 0 est la meilleure note PAM : Perceptual Analysis Measurement Permet de prédire le résultat d'une méthode subjective comme MOS en incluant des facteurs connus comme les codecs utilisés PESQ : Perceptual Evaluation of Speech Quality ITU P.862 Combine PSQM et PAM En test actuellement Cisco CCVP - 9 -

10 Les fonctionnalités de la QoS Compression des headers Frame-Relay Traffic Shaping (FRTS) FRF.12 (et au-delà) PSTN Fallback IP RTP Priority et Frame-Relay IP RTP Priority IP to ATM Class of Service Low Latency Queueing MLP RSVP Cisco CCVP

11 Transport des données modulées sur les réseaux IP Sur les réseaux IP, les paquets d une même transmission peuvent prendre des chemins physiques différents Les délais varient Les paquets peuvent arriver en désordre Les transmissions fax sont conçues pour fonctionner sur des circuits PCM (Pulse Code Modulation) à 64 kbps Cependant des flux sont souvent compressés quand ils traversent le DSP Les codecs sont conçus pour compresser la voix mais ni les transmissions Fax ou les tonalités de modem Pour ces raisons, les fax et modems sont rarement utilisés sur les réseaux VoIP Il est nécessaire de mettre en place des mécanisme de relais ou de pass-through Cisco CCVP

12 Les services Fax sur les réseaux VoIP Il existe 3 méthodes pour les communications Fax sur des réseaux de paquets Fax Relay Fax Pass-through Store & Forward Fax Cisco CCVP

13 Fax Pass-Through Technique la plus simple pour émettre des fax Fonctionne avec H.323, SIP et MGCP Appelé Voice Band Data par l ITU 2 méthodes Le codec voix est utilisé pour le fax Pas de VAD ni d Echo Cancellation (EC) Codec 9.711, Clear Channel Codec ou G.726/32 Les passerelles ne distinguent pas un appel fax d un appel voix La passerelle change dynamiquement de codec pour le fax Désactive automatiquement la VAD et l EC durant la session fax Méthode appelé «Codec up speed» La passerelle reconnaît la tonalité fax Cisco CCVP

14 Modem Pass-through Méthode identique au Fax Passthrough Comme pour le fax pass-through, Modem Pass-through ne supporte pas le changement du codec G.Clear au codec Les tonalités Fax ou modem ne seraient pas reconnues Cisco CCVP

15 Fax et Modem Pass-through Cisco CCVP

16 Fax Relay Méthode la plus ancienne Utilise RTP comme méthode de transport Les passerelles terminent la signalisation Fax T.30 Le relais Fax démodule les bits du fax sur la passerelle locale Envoie les informations sur le réseau voix en utilisant le protocole Fax-relay La passerelle distante remodule les bits en tonalité Cisco CCVP

17 Fax-Relay Cisco CCVP

18 Fax-Relay Cisco fournit 2 méthodes pour le faxrelay Cisco Fax-Relay Méthode propriétaire T.38 Fax-Relay Standard ITU-T Cisco CCVP

19 Modem Relay Fonctionnement similaire au Fax Relay Le signal est démodulé sur une passerelle Converti sous forme digitale et transporté par le protocole SPRT Simple Packet Relay Transport Protocole fonctionnant avec UDP La passerelle receptrice remodule le signal et le transmet au modem de destination Cisco CCVP

20 Modem Relay Modem Relay inclut ces fonctionnalités Détection des tonalités modem et signalisation Support de la modulation V.34 et de la correction d erreur V.42 Débit limité à 33,6 kbps Relay Switchover Changement en codec G.711 Limitation du débit Désactivation de la VAD et de l EC Utilisation d algorithmes spécifiques pour les buffers Jitter (utilisation de buffer jitter statique de 200 ms) Redondance contrôlée Les passerelles peuvent envoyer les paquets en double (utilisation de payload de 10 ms au lieu de 20 ms) Taille des paquets Cisco CCVP

21 Modem-Relay contrôlé par la passerelle Quand la passerelle réceptrice reçoit une tonalité à 2100 Hz Envoi d un message NSE 192 pour la fonctionnalité Pass-through Envoi d un message NSE 199 pour la fonctionnalité Modem Relay Si la passerelle source reconnaît ce dernier message Utilisation de la fonctionnalité Modem Relay Sinon utilisation de la méthode Pass-through Cisco CCVP

22 Méthode Store & Forward Aussi appelée On-ramp Gateway pour l émission Et Off-ramp gateway pour la passerelle réceptrice Cisco CCVP

23 Méthode Store & Forward On-ramp La passerelle recevant le fax depuis le réseau PSTN le convertit en avec une pièce jointe en TIFF Off-ramp La passerelle convertit le fichier joint TIFF en fax vers le réseau PSTN Utilisation du protocole SMTP et esmtp Cisco CCVP

24 Support DTMF Dual Tone Multi-frequency Tonalité générée lorsqu une touche du téléphone est préssée Utile pour l IVR (Interactive Voice Response) Lorsque les flux voix sont compressés les tonalités DTMF peuvent être dégradées Il est nécessaire d avoir des mécanismes pour gérer ces tonalités DTMF Cisco CCVP

25 Support du DTMF pour H.323 Les passerelles Cisco peuvent utiliser 4 méthodes Cisco Proprietary Les messages DTMF sont transportés dans des paquets RTP avec l identifiant 121 Les 2 passerelles doivent être Cisco H.245 Alphanumeric Utilisation d un canal spécifique pour le DTMF Utilisation d accusés de réception H.245 Signal Passe les DTMF dans la voix (méthode optionnelle ne résolvant pas les problèmes de compression) NTEs Transport des DTMF dans les paquets RTP en utilisant des identifiants NTE entre les passerelles Cisco CCVP

26 Support du DTMF pour MGCP 4 méthodes mise en place Cisco Proprietary Utilisation d identifiants spécifiques entres les passerelles Cisco NSE Utilisation d identifiants NTE NTE Gateway-controlled Mode Echange des capacités des passerelles par le biais de messages SDP Call-agent Controlled Mode Les call-agent indiquent aux passerelles comment gérer les messages DTMF Out-of-band Messages DTMF envoyés dans un canal de contrôle Cisco CCVP

27 Support du DTMF pour SIP Les passerelles SIP peuvent utiliser la méthode propriétaire Cisco NOTIFY-based out-of-band DTMF relay La passerelle d origine un message INVITE avec un header SIP Call-Info l utilisation de cette méthode La passerelle de destination accuse en réception avec un message RESPONSE 18x ou 200 contenant aussi le header Call-Info Cisco CCVP

28 Les codecs G.711 Canal à 64 kbps Mécanisme Pulse Code Modulation (PCM) Echantillonnage de 8 bits à 8 Khz 2 sous-ensemble mu-law (Amérique du nord et Japon) a-law (Europe et autres) G.726 Canal à 40, 32, 24 et 16 kbps Mécanisme Adaptive Differential Pulse Code Modulation (ADPCM) Cisco CCVP

29 Les codecs G.728 Canal à 16 kbps Mécanisme Low-Delay Code Excited Linear Prediction (LDCELP) G.729 Canal à 8 kbps Mécanisme Conjugate Structure Algebraic Code Excited Linear Prediction (CS-ACELP) G.729a G.729b (ajout de la VAD, et du Comfort Noise Generation) Cisco CCVP

30 Les codecs G.723 r63 Canal à 6,3 kbps Mécanisme MPC-MLQ (Multipulse LPC with Maximum Likelihood Quantization) r53 Canal à 5,3 kbps Mécanisme ACELP GSM Full Rate Codec (GSMFR) Canal à 13 kbps Mécanisme Regular Pulse Excited Linear Predictive (RPE-LP) Internet Low Bit Rate Codec (ilbc) Canal à13.33 kbps pour les trames de 30 ms et canal à kbps pour les trames de 20 ms Cisco CCVP

31 Conversion analogique vers digitale Sample du signal analogique Quantifier le sample Encoder la valeur en expression binaire Optionnellement, compresser le sample pour réduire le besoin en bande passante EGILIA Learning

32 Processus Sample Echantillonner le signal analogique de façon régulière Taux = 2 fois la plus grand amplitude observée (Théorème de Nyquist) Résultat de l échantillonnage = PAM Pulse Amplitude Modulation EGILIA Learning

33 Processus Quantifier l échantillon 8 grandes divisions = les cordes (échelles) Chaque échelle a 16 marches différemment espacées La quantification fait correspondre l échantillon à une des marches Assigne un nombre entier qui définit l amplitude de l échantillon EGILIA Learning

34 Processus L encodage Le nombre entier de l amplitude en train binaire Compression Optionnel Réduit la taille du flux binaire Echantillonnage, quantification et encodage 8000 fois par seconde Téléphone fréquence max : 4000 Hz EGILIA Learning

35 Compression et codecs 2 schémas de compression Waveform PCM Pulse Code Manipulation ADPCM Sources Adaptive Differential PCM LDCELP Low Delay Code Excited Linear Prediction CS-ACELP Conjugate Structure and Algebraic Code Excited Linear Prediction EGILIA Learning

36 Compression Les algorithmes Waveform utilisent une méthode de compression prédictive ne prennent en compte les caractéristiques de dialogue EGILIA Learning

37 Standards Waveform G.711 rate: 64 kbps (2 * 4 khz) * 8 bits/sample G.726 rate: 32 kbps (2 * 4 khz) * 4 bits/sample G.726 rate :24 kbps (2 * 4 khz) * 3 bits/sample G.726 rate: 16 kbps (2 * 4 khz) * 2 bits/sample EGILIA Learning

38 Conversion digitale vers analogique Décompresser l'échantillon s'il a été compressé Décoder l'échantillon pour récréer le signal PAM Reconstruire le signal analogique à partir des signaux PAM EGILIA Learning

39 Calcul rapide de la bande passante BP Totale = (Taille totale du paquet * BP nominale nécessaire) / taille du payload Exemple pour une trame MLP transportant un paquet encodé en G.729 Header IP + UDP +RTP = 40 octets Header MLP = 6 octets Taille du payload pour 20 ms = 20 octets Bande passante nominale = 8 kbs BP Total = ( ) * 8 / 20 = 26,4 kbs EGILIA Learning

40 Data Link overhead Dépend de la technologie de couche 2 utilisée Ethernet : 18 octets Frame-Relay : 6 octets MLP (multilink PPP) : 6 octets Trunk 802.1q : 22 octets EGILIA Learning

41 Security Overhead IPSec Mode Transport octets IPSec Tunnel Mode octets L2TP/GRE 24 octets MPLS 4 octets PPPoE 8 octets EGILIA Learning

42 Caractéristiques de la VAD Voice Activity Detection Détecte les silences Supprime la transmission des "silences pattern" Dépend de plusieurs facteurs Type d'audio (speech ou MoH (Music on Hold) Niveau de bruit Autres (langage, caractère du speaker, type d'appel) Permet de préserver 35% de la bande passante EGILIA Learning

43 DSP Digital Signal Processor Gestion des flux voix sur les passerelles Les 4 fonctions principales des DSP Transcoding Conversion de codec Voice termination Codage, décodage et paquetisation des flux voix Media Termination Point Entité qui accepte 2 flux voix en full-duplex utilisatn le même codec de façon indépendante Permet le transcoding entre a-law et mu-law et les flux utilisant des périodes de paquetisation différentes Audio Conferencing Cisco CCVP

44 Les types de MTP 2 types de MTP Software MTP Cisco IP Voice Media Streaming Application sur CallManager ou Cisco IOS gateway sans ressources DSP Hardware MTP Ressource utilisant des DSP sur les passerelles pour interconnecter 2 flux G.711 N implique pas l utilisation du CPU de la passerelle Cisco CCVP

45 La complexité des codecs Fait référence à la quantité de ressources nécessaires pour gérer les flux voix Affecte le nombre total d appels gérés par le DSP dans la «DSP Farm» Complexité moyenne (4 appels par DSP) G.711 G.726 G.729a et G.729ab Fax-relay Haute complexité (2 appels par DSP) G.728 G.723 G.729 et G729b Fax-relay Cisco CCVP

46 Configurer la complexité des codecs Tous les codecs de complexité moyenne peuvent être utilisés en mode Haute complexité Moins de canaux voix sont disponibles par DSP R(config)#voice-card 1 R(config-voicecard)#codec complexity {high medium flex secure} Flex (16 appels par DSP) et secure (pour le support de SRTP) ne sont disponibles que sur les DSP C5510 (sinon C549) Cisco CCVP

47 Vérifier la complexité des codecs R#show voice dsp Cisco CCVP

48 Requis DSP pour les ressources média Allocation de ressources sur un NM- HDV (C549) Chaque DSP est configuré individuellement Les ressources MTP pour la conférence et le transcoding doivent être allouées aux différents DSP Un DSP ne peut supporter que l une de ces fonctionnalités à la fois Un NM-HDV ne peut être associé qu à un seul CallManager Cisco CCVP

49 Requis DSP pour les ressources média Allocation de ressources sur NM- HDV2, NM-HD-xx, et PVDM2 (C5510) Utilisation de profiles DSP Ces profiles peuvent être associés à plusieurs CallManager Un module DSP peut contenir 4 DSP C5510 Cisco CCVP

50 Configurer le conferencing et le transcoding sur les passerelles 3 étapes Déterminer les besoins en ressources DSP Activer SCCP (Skinny Client Control Protocol) Configurer Enhanced Conferencing and Transcoding Activer les services de la ferme DSP Configurer un profil DSP Associer le profil à un groupe CallManager Vérifier la configuration de la ferme Cisco CCVP

51 Exemple de configuration Cisco CCVP

52 Allouer les DSP À une ferme de DSP Sur les 2 routeurs R(config)#voice-card 0 R(config-voicecard)#dsp services dspfarm Cisco CCVP

53 Les profils DSP Créés pour allouer les ressources de la ferme DSP Sélection du type de service (conférence, transcoding, MTP) Associer une application Spécifier les paramètres spécifiques aux services tels que les codecs et le nombre maximum de sessions Cisco CCVP

54 Profils DSP Sur R1 Router1(config)#dspfarm profile 1 transcode Router1(config-dspfarm-profile)#codec g711ulaw Router1(config-dspfarm-profile)#codec g711alaw Router1(config-dspfarm-profile)#codec g729ar8 Router1(config-dspfarm-profile)#codec g729abr8 Router1(config-dspfarm-profile)#codec g729r8 Router1(config-dspfarm-profile)#maximum sessions 6 Router1(config-dspfarm-profile)#associate application SCCP Router1(config-dspfarm-profile)#no shutdown Cisco CCVP

55 Profils DSP Sur R2 Router2(config)#dspfarm profile 1 conference Router2(config-dspfarm-profile)#codec g711ulaw Router2(config-dspfarm-profile)#codec g711alaw Router2(config-dspfarm-profile)#codec g729ar8 Router2(config-dspfarm-profile)#codec g729abr8 Router2(config-dspfarm-profile)#codec g729br8 Router2(config-dspfarm-profile)#maximum sessions 2 Router2(config-dspfarm-profile)#associate application SCCP Router2(config-dspfarm-profile)#no shutdown Cisco CCVP

56 Configuration de SCCP Sur R1 Router1(config)#sccp local FastEthernet 0/0 Router1(config)#sccp ccm identifier 1 priority 1 version 6.1 Router1(config)#sccp Router1(config)#sccp ccm group 1 Router1(config-sccp-ccm)#bind interface FastEthernet0/0 Router1(config-sccp-ccm)#associate ccm 1 priority 1 Router1(config-sccp-ccm)#associate profile 1 Router1(config-sccp-ccm)#register TRANSROUTER1 Cisco CCVP

57 Configuration de SCCP Sur R2 Router2(config)#sccp local FastEthernet 0/0 Router2(config)#sccp ccm identifier 1 priority 1 version 6.1 Router2(config)#sccp Router2(config)#sccp ccm group 1 Router2(config-sccp-ccm)#bind interface FastEthernet0/0 Router2(config-sccp-ccm)#associate ccm 1 priority 1 Router2(config-sccp-ccm)#associate profile 1 Router2(config-sccp-ccm)#register CONFROUTER2 Cisco CCVP

58 Vérification R#show dspfarm profile { n all} Cisco CCVP

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