Planificación de requisitos de ancho de banda de red de audio y vídeo

Las secuencias de vídeo se comparten a través de redes y pueden utilizar importantes recursos de red. Este tema explica cómo el vídeo de IBM Sametime utiliza el ancho de banda y cómo calcular la cantidad de ancho de banda que necesita en el entorno.

Comprender las necesidades de ancho de banda de audio y vídeo de la organización depende de dos factores: en primer lugar de la simultaneidad o del número de usuarios que participan en las videoconferencias de forma simultánea. Esto requiere una estimación basada en los datos existentes de la organización, tales como suposición, cultura de uso, patrón en tecnología similar o programas piloto. Si la estimación es demasiado alta, existirá un ancho de banda adicional que puede resultar costoso. A la inversa, si la estimación es demasiado baja, es posible que la calidad del audio y/o vídeo no sea aceptable y otras aplicaciones en red puedan sufrir debido al desbordamiento de la capacidad de ancho de banda. Esta parte de la evaluación requiere que sondee a los usuarios, recopile métricas sobre el uso de su vídeo o utilice otro modo de calcular hasta qué punto utilizan la característica de vídeo. El segundo factor es cómo se genera y se empaqueta el soporte. Cada sesión de comunicación implica solo audio o audio y vídeo, por consiguiente el ancho de banda de red que se precisa para un usuario es básicamente la velocidad de bits total de los códecs que se utilizan en una sesión. Los códecs de audio, en general, requieren velocidades de bits inferiores a los códecs de vídeos porque los datos de audio ocupan menos volumen que los datos de vídeo. El primer paso en determinar el coste de ancho de banda de una determinada sesión es saber qué códecs se están utilizando.

Sametime proporciona 6 códecs de audio (SAC (Siren-LPR Scalable), Siren-LPR , G.722.1C , G.722.1, G.729, G.711) y 3 códecs de vídeo (H.264-SVC , H.264 y H.263). Cada códec requiere un ancho de banda de red diferente para poder operar. Dentro de un códec de vídeo, hay muchos atributos que afectan al tamaño y a la velocidad de bits de carga útil. Por ejemplo, en resoluciones de vídeo, las resoluciones HD requieren mayor ancho de banda que las resoluciones SD.

Sametime toma de forma predeterminada SAC (Siren-LPR Scalable) para audio y H.264-SVC para vídeo durante la negociación de sesión SIP entre dos puntos finales de Sametime – cliente a cliente o cliente a vídeo MCU. No obstante, los puntos finales pueden seleccionar códecs de audio que no sean SAC (Siren-LPR Scalable) y H.264-SVC para establecer la llamada en un entorno integrado con un puente de audio/vídeo externo. Esta flexibilidad afecta al ancho de banda y se puede configurar y controlar desde el puente externo.

Sametime proporciona posibilidades de proteger la red en caso de desbordamiento por parte de paquetes de audio y vídeo si la simultaneidad del uso es superior a la prevista. Al desplegarse, cada llamada de audio y vídeo se supervisa para controlar el uso de ancho de banda en función de la clase de usuarios y de políticas de ubicación. La llamada se puede permitir, rechazar o modificar para que satisfaga la utilización de la restricción de ancho de banda de red que se impone para el audio y el vídeo.

En los apartados siguientes se describe con todo detalle el uso de códecs de audio y vídeo de Sametime y la gestión del ancho de banda de la red.

Códecs de audio

Sametime utiliza Siren-LPR Scalable (códec de audio escalable) para comunicación de audio. El ancho de banda disponible se divide entre todos los usuarios de la llamada. Se asigna más ancho de banda al interlocutor activo (aproximadamente 48k) y menos a los interlocutores en segundo plano (aproximadamente 10k cada uno).

En la tabla siguiente se listan los requisitos de ancho de banda para cada uno de los códecs de audio soportados por Sametime.

Tabla 1. Códigos de audio, velocidades de bits y tasas de muestreo de Sametime
Nombre de códec	Velocidad de bits (kbps)	Tasa de muestreo (kHz)
SAC (Siren-LPR Scalable)	32/ 48/ 64	48
Siren-LPR	24/ 32/ 48/ 64	48
G.722.1C	24/ 32/ 48	32
G.722.1	16/24/32	16
G.729 (sólo se utiliza en SUT)	8	8
G.711	64	8

Códecs de vídeo

Sametime utiliza H264- SVC, para mejorar la videoconferencia. Esto hace referencia al uso de capas al enviar vídeo. Un cliente menos capacitado solicitará úncamente las capas inferiores de menor calidad, mientras que un cliente más capacitad recibirá múltiples capas, que se combinan para mostrar una mayor calidad de vídeo. La ventaja sobre las tecnologías anteriores es que SVC realiza una degradación del vídeo más sencilla cuando se encuentra un ancho de banda bajo o existe un bajo uso de CPU. Al igual que sus predecesores H.264/AVC, SVC cubre una amplia gama de aplicaciones, desde aplicaciones móviles de baja velocidad de bits hasta difusión de televisión de alta definición (HDTV). Para obtener más información sobre SVC, consulte RFC 6190.

La experiencia en videoconferencia viene marcada por la velocidad de línea del cliente. La velocidad de línea del cliente la marca el administrador como parte de la política de usuarios. Algunos grupos de usuarios pueden tener una política de vídeo diferente de otros. La política tiene la disposición de añadir plantillas de conferencia. Cada sala de conferencias propiedad del usuario se correlaciona con una plantilla de conferencia en la política de vídeo. La plantilla especifica tres valores importantes: Modalidad de conferencia, experiencia de conferencia y tasa de línea de conferencia. Estos valores, junto con la tasa de línea del cliente, determinan la experiencia global de vídeo para una conferencia.

Valor predeterminado para tasa de línea de cliente -- 384 kbps
Valor predeterminado para tasa de línea de cliente móvil -- 384 kbps
Valor predeterminado para una plantilla de conferencia:
- Modalidad de conferencia - Combinación de AVC+SVC
- Experiencia de conferencia - Optimizada para dispositivos móviles
- Tasa de línea de conferencia - 384 kbps

La tasa de línea de cliente define el ancho de banda más alto que se puede asignar al cliente. La tasa de línea de conferencia determina el ancho de banda máximo permitido para cualquier usuario en la llamada.

Nota: La tasa de línea de conferencia no es el agregado del ancho de banda de todos los usuarios en la conferencia, sino un ancho de banda por usuario.

Los clientes de Sametime 8.5.2 utilizan el parámetro de resolución de vídeo en la política de vídeo para determinar la velocidad de bits máxima, velocidad de fotogramas y resolución de vídeo.

En función del número de participantes en la conferencia, un cliente de Sametime puede recibir secuencias de vídeo de diferentes resoluciones. La resolución de vídeo de estas secuencias se decide mediante una tasa de línea asignada en la política. Por ejemplo, si hay diez participantes en la conferencia, un cliente puede recibir un máximo de seis secuencias de vídeo remotas. Con la tasa de línea de 1024kbps, dos secuencias serían 180p@30fps, mientras que cuatro serían 180p@15fps.

Tabla 2. Número de secuencias de vídeo remotas: 6
Velocidad de bits	Resolución de enlace descendente
1920 kbps	180 p @ 30 fps x 6
1024 kbps	180 p @ 30 fps x 2 + 180 p @ 15 fps x 4
768 kbps	180 p @ 15 fps x 4 + 180 p @ 7,5 fps x 2
512 kbps	180 p @ 15 fps x 5
384 kbps	180 p @ 15 fps x 1 + 180 p @ 7,5 fps x 2
256 kbps	180 p @ 7,5 fps x 2

Tabla 3. Número de secuencias de vídeo remotas: 5
Velocidad de bits	Resolución de enlace descendente
1920 kbps	180 p @ 30 fps x 5
1024 kbps	180 p @ 30 fps x 4 + 180 p @ 15 fps x 1
768 kbps	180 p @ 15 fps x 5
512 kbps	180 p @ 7,5 fps x 5
384 kbps	180 p @ 15 fps x 1 + 180 p @ 7,5 fps x 2
256 kbps	180 p @ 7,5 fps x 2

Tabla 4. Número de secuencias de vídeo remotas: 4
Velocidad de bits	Resolución de enlace descendente
1920 kbps	360 p @30 fps x 4
1024 kbps	180 p @ 30 fps x 4
768 kbps	360 p @15 fps x 1 + 180 p @ 15 fps x 3
512 kbps	180 p @ 7,5 fps x 4
384 kbps	180 p @ 15 fps x 1 + 180 p @ 7,5 fps x 2
256 kbps	180 p @ 7,5 fps x 2

Tabla 5. Número de secuencias de vídeo remotas: 3
Velocidad de bits	Resolución de enlace descendente
1920 kbps	360 p @30 fps x 3
1024 kbps	360p@30fps x 2+1 360 p @ 15 fps x 1
768 kbps	180 p @ 30 fps x 3
512 kbps	180 p @ 15 fps x 3
384 kbps	180 p @ 15 fps x 1 + 180 p @ 7,5 fps x 2
256 kbps	180 p @ 7,5 fps x 2

Tabla 6. Número de secuencias de vídeo remotas: 2
Velocidad de bits	Resolución de enlace descendente
1920 kbps	360 p @ 30 fps x 2
1024 kbps	360 p @ 30 fps x 2
768 kbps	360 p @ 30 fps x 1 + 360 p @ 15 fps x 1
512 kbps	180 p @ 30 fps x 2
384 kbps	180 p @ 15 fps x 2
256 kbps	180 p @ 7,5 fps x 2

Tabla 7. Número de secuencias de vídeo remotas: 1
Velocidad de bits	Resolución de enlace descendente
1920 kbps	720 p @ 30 fps x 1
1024 kbps	720 p @ 30 fps x 1
768 kbps	360 p @ 30 fps x 1
512 kbps	360 p @ 30 fps x 1
384 kbps	360 p @ 30 fps x 1
256 kbps	360 p @ 30 fps x 1

Tabla 8. Resoluciones de vídeo y requisito de ancho de banda para enlace ascendente de cliente a vídeo MCU. El cliente de Sametime envía tres capas temporales (T0, T1 y T2) de 7.5, 15 y 30 fotogramas por segundo (fps) para cada una de las resoluciones espaciales de 180p, 360p y 720p. El requisito de ancho de banda para cada capa temporal aparece listado en la tabla siguiente.
Capa temporal	Resolución de 180 p	Resolución de 360 p	Resolución de 720 p
Capa base, 7.5 fps	86 kbps	173 kbps	346 kbps
Primera capa, 15 fps	128 kbps	256 kbps	512 kbps
Segunda capa, 30 fps	192 kbps	384 kbps	768 kbps

El cliente de Sametime puede enviar varias capas temporales de cada resolución basándose en el ancho de banda dispnoible. La lista de resoluciones ascendentes para un determinado ancho de banda aparece listada en la tabla 9. Por ejemplo, con 1024 kbps, un cliente puede enviar tres secuencias de 180p@30fps, 360p@15fps y 720p@15fps. No obstante, para guardar el ancho de banda, un cliente enviará una secuencia únicamente si existe como mínimo un cliente remoto en la conferencia que la recibe. Por consiguiente, si ningún cliente remoto recibe 720p@15fps, nos se envía. El cliente sólo envía las secuencias de 180p@30fps y 360p@15fps.

Tabla 9. Resoluciones de enlace ascendente por ancho de banda
Velocidad de bits	Resolución de enlace descendente
1920 kbps	180 p @ 30 fps + 360 p @ 30 fps + 720 p @ 30 fps
1024 kbps	180 p @ 30 fps + 360 p @ 15 fps + 720 p @ 15 fps
768 kbps	180 p @ 30 fps + 360 p @ 30 fps
512 kbps	180 p @ 30 fps + 360 p @ 15 fps
384 kbps	180 p @ 15 fps + 270 p @ 15 fps
256 kbps	180 p @ 30 fps
128 kbps	180 p @ 7,5 fps

En este ejemplo, una videoconferencia consta de 6 participantes: 2 participantes en dispositivos móviles, 2 participantes en un portátil de gama media y 2 participantes en un portátil de alta gama con una gran pantalla y un potente procesador.

Tabla 10. Métricas de consumo de ancho de banda para cada tipo de usuario en el ejemplo
Dispositivo	Velocidad Resolution@Frame de vídeo (fps) x número de usuario	Número posible de vídeos remotos	Ancho de banda de enlace descendente consmido por el cliente (kbps)	Ancho de banda de enlace ascendente consmido por el cliente (kbps)
Móvil 1	180P@7.5fps x 2	2	256	256
Móvil 2	180P@15fps x 1 + 180P@7.5fps x 2	3	384	256
Escritorio de gama media 1	180P@7.5fps x 5	5	512	256
Escritorio de gama media 2	180P@15fps x 5	5	768	256
Escritorio de gama alta 1	180P@30fps x 4 + 180P@15fps x 1	5	1024	256
Escritorio de gama alta 2	180P@30fps x 5	5	1920	256

El ancho de banda agregado para esta conferencia es de 4864 kbps en enlace descendente y de 1536 kbps en enlace ascendente.

Gestión del ancho de banda

Modere todas las velocidades de datos de audio y vídeo para proteger la red de otras aplicaciones críticas de la empres y para proporcionar un ancho de banda suficiente para obtener una calidad de voz y visual aceptables.

Sametime utiliza SIP para negociar sesiones de soporte. Incorporada en el mensaje SIP se encuentra una sección SDP (Session Description Protocol RFC 4566) que contiene el atributo de ancho de banda de sesión deseado, que el gestor de ancho de banda utilizar para supervisar las velocidades de transmisión en la red gestionada.

En el gráfico siguiente se muestra el gestor de ancho de banda desplegado y parte de la vía de acceso de señalización, CAC de rendimiento (Call Access Control) basado en el ancho de banda disponible.

Vía de acceso de señalización, punto final A y punto final B con gestor de ancho de banda que realizar un control de acceso de llamada (CAC) basado en el ancho de banda disponible.

En función de la política de usuarios, las ubicaciones de la llamada y del ancho de banda disponible, el gestor de ancho de banda puede aceptar la llamada, rechazarla o modificar el soporte o el atributo de ancho de banda en el SDP. La acción garantiza que la velocidad de transmisión total para audio y vídeo no supera el ancho de banda disponible asignado para el uso de audio y vídeo en la configuración del sistema.

Las llamadas se registran con detalles tales como ubicaciones de llamada y ancho de banda necesario. Las organizaciones pueden utilizar esta información para medir el uso de audio y vídeo y su utilización de la capacidad de red para una futura planificación. Utilice los datos que captura el gestor de ancho de banda de Sametime para calcular el impacto que ejerce el despliegue del audio y el vídeo sobre la red.

Existen diferencias en el uso de ancho de banda de códecs de audio y vídeo debido al modo en que el gestor de soportes procesa los datos en Sametime. El cálculo del ancho de banda de red necesario para una organización debería basarse en las fórmulas establecidas en la tabla 2 y la tabla 4. Debería formar parte de la planificación de la capacidad para lograr las condiciones de red más óptimas para audio y vídeo. Las organizaciones deberían contemplar el despliegue del gestor de ancho de banda para proteger la red y garantizar llamadas de audio y vídeo de calidad. El uso de datos capturados por el gestor de ancho de banda permite que la organización planifique la capacidad futura.