NGN设备带宽计算

NGN系统带宽的设计与计算

本文尽量用浅显的解释来说明相关的概念与计算，目的是使读者更容易地理解这些相对较多的概念，真正能够把相关概念吃透并能自己运用起来。但愿能做到这一点。

1.1 术语讲解

1、话务量

所谓话务量，就是指单位时间里设备的某一或某些或全部资源的使用时间，

这里单位时间可以是1秒钟，可以是1分钟，但通常使用的是1小时。话务

量的单位是爱尔兰，英文为Erl。

例如：我们说一个用户的忙时话务量是0.2 Erl，其实际的意义就是：在每天

最繁忙的那一个小时

．．．．里，一个用户的实际使用（占用）时间是0.2小时，其它

0.8小时则是空闲的。当然我们也可以用秒来进行解释：即每一秒钟的时间里，

一个用户的使用时间是0.2秒。

可以看得出来，对于单个资源（用户或中继等），其话务量是不可能超过1

的，最多就为1。当单个资源的话务量为1时，也即意味着这个资源时时刻刻

都在使用状态中，这时候这个资源没有任何“休息”时间，当然会非常的“累”

了。实际上也是如此，当话务量很大时，系统资源的负荷就会变得很重，资

源的负荷高到一定程度，系统就可能会因不堪重负而“罢工”——瘫机。

对于系统而言，其话务量的概念就是多个或全部资源（用户或中继等）的话

务量总和，如：一个系统其用户总数是1000，单用户话务量是0.2Erl，则用

户总话务量是1000×0.2=200 Erl，其意义就是：整个系统在1小时的时间里

所有用户使用的时间加起来是200小时。

2、BHCA

BHCA就是Busy Hour Call Attempt，即忙时试呼次数，其实际是指在话务最

忙的一小时中完成的呼叫次数。注意，这里所指的呼叫次数包括了成功呼叫

（即呼叫接续成功，双方进行通话）和不成功呼叫的次数。

3、CAPS

CAPS就是Call Attempt Per Second ，即每秒试呼次数，其意义同BHCA是

一样的，仅仅单位不通而已。

4、VoIP的语音编解码方式

语音编解码方式又称作Codec方式，目前主要有以下几种：

另外还有一种编解码方式G.726，这是一种变压缩率的编解码方式，可以提

供16Kbit/s、24 Kbit/s、32Kbit/s、40Kbit/s的速率，该编解码方式较少应用。

从上表可以看出：占用带宽越高，语音质量也就越高，反之则语音质量越低。

目前的VoIP网络基本采用语音质量最好的G.711编解码方案。

1.2 呼叫模型说明

所谓呼叫模型，就是在进行话务及资源配置计算之前需要先行给出的前提条

件数据，这些数据往往是运营商根据以往的运营经验得出来的，所以称为呼

叫模型。呼叫模型所给出的参数不一定十分精确，但由于是长期经验的总结，

其数值基本上也是可信的和适当的，并不会与实际情况有太多偏差。

下面给出一个具体的呼叫模型，这个模型基本适用于大多数实际运营情况。

后面我就结合这个呼叫模型以一个实例的方式进行具体的计算说明。计算实

例将使用到呼叫模型中的红色部分的参数：

每用户忙时话务量（Erl）： 0.12

中继平均忙时话务量（Erl）： 0.8

平均每次呼叫申请放音比例： 20％

平均每次提示语音放音时长（秒）： 5

平均每次呼叫申请收号比例： 5％

平均呼叫时长(秒)： 90

本局用户各类呼叫比例：

局内20%

出局45%

入局35%

局内各用户比例：

H248用户30%

MGCP用户30%

V5用户0%

SIP用户30%

H323用户10％

局间各中继比例：

SIP 30%

ISUP 60%

H.323 10%

智能业务参数：

智能业务呼叫比例：20％

主叫绑定卡号比例：30％

非主叫绑定时单卡的BHCA（次）： 0.02 智能业务平均放音收号时长（秒）： 25 主叫绑定卡号放音收号资源需求：忽略

黑白名单鉴权参数：

入局呼叫主叫号码甄别比例：0

汇接呼叫主叫号码甄别比例：20%

1.3 实例计算——以一个用户数为1000的AMG用户接入网关来说明计算过程。目标：计算出该AMG设备所需接口带宽。

1.3.1 话务量

总话务量＝用户数×单用户话务量

即：1000×0.12=120 Erl

其实际含义是：系统在一小时内所有用户的实际使用时间总共为120小时。

1.3.2 BHCA和CAPS

系统的BHCA＝（系统话务量×3600）/平均呼叫时长

即：BHCA＝120×3600/90＝4800

其含义是系统平均每小时完成

．．．．．4800个呼叫。

（注意，公式中之所以乘上3600是因为平均呼叫时长的单位是秒，所以要把

话务量先由小时转换成秒。）

而CAPS＝BHCA/3600

即CAPS=4800/3600＝1.33

其含义是整个系统平均每秒

．．的呼叫数是1.33个，

．．完成

1.3.3 每路话音的实际使用带宽

前面已经对语音编解码方式做了介绍，这里我们仅以G.711为例进行说明。

前面我们已经知道G.711的压缩编码带宽是64Kbit/s，但需要注意的是这个

带宽并不是真正在IP网上进行话音传时所需要的带宽，实际上在IP网上传送

语音所需带宽要比64 Kbit/s多。下面我们看看为什么。

重温一下基本的数据通信原理，信息传送的原理如下图：

从图中可以看出，首先，真正要传送的信息被分割成很多一个一个的“小消息”即许多消息包（Packet），之后在传输层（TCP或UDP）又加上传输层的一个包头（即端口号等信息），再送到IP层，IP层处理时又加上一个IP 包头（即IP地址信息），之后再送到链路层进行处理，链路层又再在前面加上一个以太网祯的包头。至此，一个消息包实际已经变大了不少，然后这个增加了不少额外开销消息包才被传送出去。

我们知道，对于VoIP的语音媒体流而言，其协议栈是如下结构的：

从上面这个协议栈可以看出，要在IP网上传送语音，除了真正的IP语音消息（即有效载荷）外，每个IP语音包还需要增加RTP的包头开销、传输层UDP

的包头开销、IP层的包头开销以及以太网层的包头开销。

针对一个语音包，其所需要的开销＝ RTP头＋UDP头＋IP头＋Ethernet头

其中：

RTP头＝ 96bit (12byte)

UDP头＝ 64bit (8byte)

IP头＝ 160bit (20byte)

Ethernet头＝ 208bit (26byte)

所以，一个语音包的开销＝96＋64＋160＋208＝528bit

如此一来我们就可以知道，每个呼叫的带宽应该为：

带宽＝每秒钟的语音包开销＋每秒钟的有效载荷

其中每秒有效载荷就是真正语音包的带宽，G.711的编解码语音带宽就是64Kbps，则对于G.711方式：

带宽＝每秒钟的语音包开销＋64Kbps

要知道每秒钟的语音包开销，只需要知道每秒钟处理多少个语音包就可以算出来了，这就涉及到“打包时长”这个概念。

所谓“打包时长”，指的是处理完一个语音包所需要的时间，一般有5ms、10ms、20ms、30ms几种。

看看表中数据是如何得出来的：

通常使用的打包时长是20ms。这里我们就以20ms打包时长来进行说明：一个语音包的打包时长是20ms，那么

每秒所处理的语音包数量＝1÷打包周期=1000ms÷20ms=50 个

由此可以算出每秒钟的开销＝每秒处理的语音包数量×一个语音包的开销＝

50×528＝26400 bit

最后我们就可以知道采用G.711编解码时每路语音所需的总带宽：

一路话音的带宽＝每秒钟的语音包开销＋64Kbps

＝26400 bit/s ＋65536 bit/s

＝89.8Kbps

使用同样的方法，就可以算出其它几种编解码的实际带宽如下表：

可以看出，打包时间越短，每秒打包的数量就越多，语音的处理速度就越快，

语音质量也就越好，但所花费的带宽也越高，这说明语音质量的提高是需要

以多用带宽为代价的。

1.3.4 系统信令所需带宽

计算信令带宽需要获得如下数据：

1、完成每个呼叫所需要的平均消息包数；

2、呼叫时平均每消息包的比特数；

3、 CAPS，即每秒完成的呼叫次数。

信令协议的协议栈如下：

同语音包协议栈相比，上面这个协议栈中少了RPT一层。

为简便起见，传输层一律以UDP计算，那么每个协议包的开销就是：

网络开销＝UDP头＋IP头＋Ethernet头＝64＋160＋208＝432 bit

信令带宽的计算公式如下：

信令带宽＝（CAPS×平均每呼叫的消息包数）×（平均每消息包的比特数＋

每消息包的网络开销比特数）

其中“CAPS×平均每呼叫的消息包数”指的是每秒传送的消息包总数，而“平

均每消息包的比特数＋每消息包的网络开销”指的是每个消息包实际所要用

的比特数。

现举例说明：假设AMG设备使用MGCP协议，平均每呼叫的协议消息包数

为16，每呼叫的协议字节数为1120，那么信令带宽则为：

信令带宽＝1.33×16×（1120×8/16＋432）＝21Kbps＝0.021Mbps

1.3.5 系统所需总带宽

总带宽由两部分组成：信令带宽和语音带宽。

对于系统所需语音带宽，要注意的是不能简单以总用户数×每路话音带宽来

计算的，因为不可能同时所有用户都在通话。

实际的语音总带宽应使用如下公式：

语音带宽＝CAPS×平均呼叫时长×每路话音带宽

这是一个很关键的公式，需要认真理解。式中“CAPS×平均呼叫时长”实际

上的意义是：每秒完成的所有呼叫总共的通话时长（秒为单位），注意这里

说的是每秒钟内已经完成的通话时长

．．．．．．．．．．．．．；而“每路话音带宽”指的是一个用户通话时每秒传送的比特数。

使用上面公式，就可以算出这个AMG系统的语音总带宽为

AMG系统语音总带宽＝1.33×90×89.8=10.8 Mbps

最后我们就可以得到系统的总带宽：

系统总带宽＝语音总带宽＋信令协议带宽

＝10.8Mbps＋0.021Mbps

这里可以看得出来，同语音带宽相比，信令协议所使用的带宽基本可以忽略

不计了。

1.3.6 总结

1、对话务量概念的理解一定要认识到位：话务量是单位时间里设备资源所使

用的时间，如果一个用户的话务量是0.3Erl的话，其意义就是每小时该用户

使用0.3小时。

2、在实际的IP网上传送时语音带宽并不简单的就是编解码方式如G.711、

G.729等的带宽，必须要把网络开销算进来才是真正的带宽，开销的大小与语

音的打包时长成反比，打包时长越小则语音质量越好，但开销也就越大，效

率越低。

3、本文是以语音带宽为例进行计算的，但只要明白了网络开销的算法以及带

宽的计算方法，在进行多媒体业务带宽计算时方法和原理完全是相同的。