陳堃

摘 要：文章針對(duì)VoIP在國(guó)內(nèi)外民航業(yè)應(yīng)用的現(xiàn)狀及應(yīng)用意義，提出華東地區(qū)空管語(yǔ)音交換VoIP應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)帶寬需求的計(jì)算方法。計(jì)算方法集中于傳統(tǒng)的話務(wù)量與語(yǔ)音帶寬的公式計(jì)算：結(jié)合傳統(tǒng)話務(wù)量的計(jì)算明確了空管語(yǔ)音交換業(yè)務(wù)相關(guān)指標(biāo)的計(jì)算方法，結(jié)合編碼協(xié)議的分析和華東地區(qū)空管業(yè)務(wù)實(shí)際網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用情況提出了相關(guān)業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)帶寬的計(jì)算公式，為今后的空管業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)的更新建設(shè)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：VoIP；話務(wù)量；SIP；RTP

1 引言

VoIP（Voice over Internet Protocol）即模擬信號(hào)（Voice）數(shù)字化，以數(shù)據(jù)封包的形式在IP網(wǎng)絡(luò)上做實(shí)時(shí)傳遞。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，現(xiàn)如今已成為通信行業(yè)的主導(dǎo)技術(shù)，即使對(duì)于空管語(yǔ)音交換這個(gè)專業(yè)性很強(qiáng)的領(lǐng)域也早已不是什么新鮮事物。EUROCAE（European Organization for Civil Aviation Equipment）的67工作組早在2009年就開始陸續(xù)地頒布行業(yè)內(nèi)的VoIP相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（包含在ED-136至ED-139相關(guān)文檔中），目前已更新至第三版，并在2010年獲得了美國(guó)聯(lián)邦航空局（FAA）和國(guó)際民航組織（ICAO）的認(rèn)可，將相關(guān)文件均列入其標(biāo)準(zhǔn)性文件。VoIP技術(shù)對(duì)于中國(guó)空管來(lái)說(shuō)除了可將模擬傳輸轉(zhuǎn)成數(shù)字傳輸，達(dá)到節(jié)省帶寬省錢的目的，還有一個(gè)重要的原因就是IP網(wǎng)的開放性和擴(kuò)展性致使其可以承載任何形式的業(yè)務(wù)，從而應(yīng)對(duì)日益增長(zhǎng)的業(yè)務(wù)需求。

2 VoIP應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)帶寬需求的計(jì)算

帶寬即在固定的時(shí)間可傳輸?shù)腷it數(shù)量，它決定了網(wǎng)絡(luò)承載信息的能力。對(duì)于實(shí)際網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求計(jì)算須明確以下概念：

①話務(wù)量

話務(wù)量單位是愛(ài)爾蘭（Erl），以小時(shí)計(jì)算，1愛(ài)爾蘭表示一條線路一個(gè)小時(shí)內(nèi)被占用了1小時(shí)。它表現(xiàn)的是呼叫并發(fā)的程度，在忙時(shí)呼叫很少的時(shí)候與實(shí)際的呼叫并發(fā)數(shù)有很大的出入，但在忙時(shí)呼叫很多的時(shí)候與并發(fā)數(shù)就會(huì)非常接近，兩者之間通過(guò)呼損公式有著明確的數(shù)學(xué)關(guān)系。就空管語(yǔ)音交換來(lái)說(shuō)，話源數(shù)有限且分布線束容量大于話源數(shù)，適用貝努里分布計(jì)算兩者的數(shù)學(xué)關(guān)系，貝努里分布公式：

（1）

N：話源數(shù)，x：分布線束同時(shí)占用的線路數(shù)，A：平均流入話務(wù)量（Erl）。

②BHCA

BHCA（Busy Hour Call Attempt），即忙時(shí)試呼次數(shù)，其實(shí)際是指在話務(wù)最忙的一小時(shí)中完成的呼叫次數(shù)。注意，這里所指的呼叫次數(shù)包括了成功呼叫（即呼叫接續(xù)成功，雙方進(jìn)行通話）和不成功呼叫的次數(shù)。

③CAPS

CAPS（Call Attempt Per Second），即每秒試呼次數(shù)，其意義就是每秒的BHCA。

三者的關(guān)系通過(guò)以下三個(gè)公式體現(xiàn)：

總話務(wù)量=用戶數(shù)×單用戶話務(wù)量 （2）

網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的BHCA=單用戶忙時(shí)話務(wù)量×3600/系統(tǒng)平均呼叫時(shí)長(zhǎng) （3）

CAPS=BHCA/3600 （4）

其中單用戶忙時(shí)話務(wù)量與平均呼叫時(shí)長(zhǎng)須根據(jù)呼叫模型取值，數(shù)據(jù)由統(tǒng)計(jì)得出，就空管語(yǔ)音交換來(lái)說(shuō)，用戶就是所謂的席位和話機(jī)。終端數(shù)量有限，話務(wù)量統(tǒng)計(jì)簡(jiǎn)單，單用戶話務(wù)量計(jì)算公式：

C×T×K/3600 （5）

C：用戶每天平均呼叫的次數(shù)；T：用戶每次呼叫平均占用時(shí)間（秒/次）；

K：集中系數(shù)，忙時(shí)話務(wù)量對(duì)全日話務(wù)量的比。

對(duì)于網(wǎng)絡(luò)帶寬的計(jì)算，通過(guò)公式（3）、（4）得到CAPS的值，進(jìn)而代入以下兩個(gè)公式獲得：

信令帶寬=（CAPS×平均每呼叫的消息包數(shù)）×（平均每消息包的比特?cái)?shù)+每個(gè)消息包的網(wǎng)絡(luò)開銷比特?cái)?shù)） （6）

由于信令帶寬和語(yǔ)音帶寬相比可以忽略不計(jì)，因此不參與討論，這里說(shuō)明信令協(xié)議以ED-137聲名的SIP協(xié)議規(guī)則為準(zhǔn)。

語(yǔ)音帶寬=CAPS×系統(tǒng)平均呼叫時(shí)長(zhǎng)×每路呼叫語(yǔ)音帶寬 （7）

這里引入每路呼叫的語(yǔ)音帶寬公式：

語(yǔ)音有效載荷+（IP/UDP/RTP包頭長(zhǎng)度+數(shù)據(jù)鏈路層開銷）*8*每秒產(chǎn)生的包數(shù) （8）

公式由兩部分組成，其中語(yǔ)音有效載荷由編碼方式?jīng)Q定的?？展苷Z(yǔ)音交換集中于管制員地/空通信和地/地通信，它是一項(xiàng)實(shí)時(shí)性和QoS（Quality of Service）要求都很高的業(yè)務(wù)。EUROCAE規(guī)定對(duì)網(wǎng)絡(luò)承載業(yè)務(wù)的MOS標(biāo)準(zhǔn)要求都不能低于4，經(jīng)過(guò)理論及實(shí)際的驗(yàn)證，G.711是匹配低延時(shí)和高QoS的最佳編碼協(xié)議，因?yàn)樗鳛槟?shù)轉(zhuǎn)換的基本協(xié)議相比其他各類壓縮編碼方式省去了壓縮與解壓縮的過(guò)程，這是其他編碼算法所無(wú)法比擬的。根據(jù)ED-138中的提供的數(shù)據(jù)，相比G.711，G.729由于壓縮算法時(shí)延和處理時(shí)延多出了25ms，G.723的情況還要惡化一些，這對(duì)于無(wú)線信號(hào)時(shí)延來(lái)說(shuō)是無(wú)法接受的（ED-136中無(wú)線設(shè)備網(wǎng)絡(luò)時(shí)延要求小于45ms）。所以碼型鎖定為G.711，即語(yǔ)音有效載荷為64Kbps。

公式的另一部分為網(wǎng)絡(luò)開銷的計(jì)算，根據(jù)ED-137標(biāo)準(zhǔn)IP/UDP/RTP包頭長(zhǎng)度規(guī)定為48Bytes（IPv6是60Bytes，EUROCAE推薦IPv6），包數(shù)以10ms，20ms或30ms打包周期的倒數(shù)區(qū)分計(jì)算，鏈路層開銷根據(jù)使用的協(xié)議有所不同，所以只需確定鏈路層的協(xié)議即可得到相應(yīng)的具體數(shù)值，以華東上海地區(qū)為例，其物理傳輸基于SDH，須采用IP over SDH技術(shù)解決VoIP應(yīng)用，因此鏈路層對(duì)應(yīng)的就是PPP協(xié)議。表1是常用的呼叫話音帶寬要求：

表1 每路VoIP呼叫話音帶寬要求（kbps）

最后將（信令帶寬+語(yǔ)音帶寬）*并發(fā)網(wǎng)絡(luò)用戶數(shù)就可以得到語(yǔ)音交換業(yè)務(wù)實(shí)際網(wǎng)絡(luò)帶寬需求。對(duì)于實(shí)際空管VoIP應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，不僅僅局限于語(yǔ)音交換業(yè)務(wù)，帶寬需要綜合考慮，根據(jù)ED-137相關(guān)規(guī)定，所有空管語(yǔ)音交換VoIP應(yīng)用基于SIP+RTP協(xié)議實(shí)現(xiàn)，SIP負(fù)責(zé)會(huì)話建立，RTP實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音傳輸，因此其語(yǔ)音傳輸?shù)膸捠亲鳛榫W(wǎng)內(nèi)的SIP用戶參與計(jì)算的。實(shí)際上，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)中非語(yǔ)音類型的網(wǎng)絡(luò)帶寬計(jì)算，計(jì)算方法和原理與上述方法是一致的。這樣合并計(jì)算才能得出科學(xué)的網(wǎng)絡(luò)帶寬需求。

如果帶寬不變的條件下需要提高空管語(yǔ)音交換業(yè)務(wù)部分的帶寬利用率，諸如CRTP，ROHC等RTP包頭壓縮技術(shù)應(yīng)被應(yīng)用，因?yàn)樗梢詫P/UDP/RTP包頭長(zhǎng)度由60降至4-2字節(jié)，如此的改變是巨大的，當(dāng)然相應(yīng)犧牲一定的時(shí)延，須全盤考慮。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)華東地區(qū)空管語(yǔ)音交換業(yè)務(wù)的VoIP應(yīng)用需求提出了一套相關(guān)網(wǎng)絡(luò)帶寬需求的計(jì)算方法。首先根據(jù)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)使用情況統(tǒng)計(jì)得出相應(yīng)話務(wù)量、BHCA（設(shè)備呼叫處理能力）等衡量網(wǎng)絡(luò)設(shè)備性能的重要指標(biāo)，進(jìn)而計(jì)算出用戶語(yǔ)音和信令帶寬理論值，提出相關(guān)業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求。同時(shí)通過(guò)對(duì)空管語(yǔ)音交換業(yè)務(wù)話務(wù)量的統(tǒng)計(jì)得到相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)呼叫模型，從而將網(wǎng)內(nèi)SIP用戶的網(wǎng)絡(luò)帶寬需求計(jì)算方法拓展至整個(gè)華東地區(qū)不同空管業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)帶寬需求計(jì)算中，為空管業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)更新建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)。

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