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企業(yè)IP語(yǔ)音通信系統(tǒng)測(cè)試

2010/07/20

  VoIP(Voice over IP)是基于IP分組交換網(wǎng)絡(luò),通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)的模擬語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化、壓縮、打包,封裝成幀等一系列處理,使得語(yǔ)音業(yè)務(wù)可以通過(guò)IP網(wǎng)進(jìn)行承載。

  對(duì)于VoIP應(yīng)用,其業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量是用戶感受的重點(diǎn)。首先是語(yǔ)音質(zhì)量,這是人們對(duì)VoIP應(yīng)用的主要關(guān)注點(diǎn),語(yǔ)音質(zhì)量好壞是用戶對(duì)VoIP系統(tǒng)最直接的感受;其次是VoIP系統(tǒng)的穩(wěn)定性,如長(zhǎng)時(shí)間保持通話、大容量業(yè)務(wù)呼叫、每秒處理呼叫能力等等。

  依據(jù)上述特點(diǎn),本文將重點(diǎn)講述IP語(yǔ)音系統(tǒng)的語(yǔ)音質(zhì)量測(cè)試及性能測(cè)試。

1、性能測(cè)試

  性能是評(píng)價(jià)設(shè)備整體能力的關(guān)鍵指標(biāo)。VoIP的性能測(cè)試包括壓力測(cè)試和穩(wěn)定性測(cè)試:通常,壓力測(cè)試是驗(yàn)證被測(cè)系統(tǒng)是否達(dá)到設(shè)置要求,穩(wěn)定性測(cè)試是驗(yàn)證在大話務(wù)量背景下進(jìn)行一些常保持的呼叫測(cè)試等。此外,需要在呼叫過(guò)程中檢測(cè)一些呼叫參數(shù)(如語(yǔ)音質(zhì)量),觀察分析這些指標(biāo)隨時(shí)間變化的曲線,通過(guò)曲線分布能夠驗(yàn)證高話務(wù)量的背景下對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響,即反映被測(cè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

  VoIP系統(tǒng)性能測(cè)試要點(diǎn)主要是控制層面的處理能力測(cè)試,包括BHCA測(cè)試(檢測(cè)被測(cè)設(shè)備單位時(shí)間內(nèi)處理的話務(wù)量),CPS(Call attempts per second:每秒呼叫處理能力),以及信令和呼叫過(guò)程音是否會(huì)有延遲(比如主叫撥完號(hào)后多長(zhǎng)時(shí)間可以聽(tīng)到回鈴音,此延遲能反映出用戶的忍耐程度和網(wǎng)絡(luò)性能之間的平衡問(wèn)題)。

1.1 性能測(cè)試環(huán)境的設(shè)計(jì)

  性能測(cè)試建議采用孤立結(jié)點(diǎn)方式的環(huán)境搭建方法,如圖1所示。若被測(cè)對(duì)象為Server端,則需要用測(cè)試儀器仿真周圍的節(jié)點(diǎn)(IP電話接入、網(wǎng)關(guān)模擬口接入、網(wǎng)關(guān)數(shù)字中繼接入等),即把Server端孤立起來(lái)。同時(shí)測(cè)試條件及環(huán)境必須盡可能接近真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用:首先模擬真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境,使用網(wǎng)絡(luò)模擬器完成一些網(wǎng)絡(luò)損傷指標(biāo)的設(shè)定(丟包率、網(wǎng)絡(luò)延時(shí)、抖動(dòng)等);其次注重實(shí)際的組網(wǎng)應(yīng)用,注重真實(shí)的用戶感受,不要僅僅關(guān)注與測(cè)試結(jié)果直接有關(guān)的數(shù)據(jù),而要多方面考量各類指標(biāo)。
VOIP性能測(cè)試環(huán)境

圖1:性能測(cè)試環(huán)境

  測(cè)試所用儀表主要包括呼叫模擬器和網(wǎng)絡(luò)模擬器。網(wǎng)絡(luò)模擬器用于構(gòu)造真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境;呼叫模擬器用于模擬多路呼叫,它與被測(cè)設(shè)備的連接接口通常有模擬口、中繼口、網(wǎng)口三種類型。當(dāng)使用模擬口連接時(shí),呼叫模擬器可模擬實(shí)際電話終端用戶的全部操作,包括模擬摘機(jī)、模擬撥號(hào)、模擬語(yǔ)音等等;當(dāng)使用中繼口連接時(shí),呼叫模擬器可以模擬大量用戶通過(guò)PBX中繼線發(fā)來(lái)的呼叫;當(dāng)使用網(wǎng)口連接時(shí),呼叫模擬器可以模擬大量IP話機(jī)或者網(wǎng)關(guān)發(fā)起的注冊(cè)與呼叫。

  以圖1為例,將被測(cè)設(shè)備Server孤立起來(lái),使用儀器模擬各種呼叫接入方式,設(shè)置模擬的終端用戶采用同時(shí)或輪流方式發(fā)起注冊(cè)、通話或傳真操作,并設(shè)置呼叫路數(shù)、呼叫間隙及呼叫輪次等。模擬一次完整呼叫流程:測(cè)試儀與被測(cè)設(shè)備進(jìn)行呼叫建立階段的信令連接,再通過(guò)測(cè)試儀發(fā)送或接收證實(shí)音來(lái)確認(rèn)語(yǔ)音通道的建立,最后通過(guò)測(cè)試儀正常/異常的信令流程完成呼叫鏈路的釋放。

1.2 語(yǔ)音業(yè)務(wù)系統(tǒng)的處理能力的測(cè)試

  衡量處理能力主要是從測(cè)試系統(tǒng)在不同的信令、負(fù)載、編碼條件下的呼叫建立時(shí)間、呼叫接通率以及長(zhǎng)時(shí)保持率等指標(biāo)中分析獲得。

  (1)呼叫建立時(shí)間

  不同的測(cè)試要求和測(cè)試條件下,呼叫建立時(shí)間的含義會(huì)有所不同,一般是指從用戶完成最后一個(gè)撥號(hào),到用戶聽(tīng)到回鈴音的這段時(shí)間。呼叫建立時(shí)間的測(cè)試一般是在一定的預(yù)先設(shè)置條件下,用呼叫模擬器通過(guò)用戶線發(fā)出若干次呼叫,統(tǒng)計(jì)平均的呼叫建立時(shí)間。

  在不同的預(yù)置條件下(如網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、撥號(hào)方式和采用信令的不同),同一設(shè)備的呼叫建立時(shí)間會(huì)有較大的變化,因此測(cè)試時(shí)需要明確預(yù)置條件后再進(jìn)行驗(yàn)證。

  (2)呼叫接通率

  一般而言,呼叫接通率是在一定的預(yù)先設(shè)置條件下,通過(guò)呼叫模擬器發(fā)起方統(tǒng)計(jì)成功呼叫次數(shù)與它發(fā)起的呼叫總次數(shù)的比值。

  一般的測(cè)試方法是:被測(cè)語(yǔ)音設(shè)備確定呼叫信令、呼叫方式、語(yǔ)音編解碼后,利用呼叫模擬器,每次同時(shí)或輪流發(fā)起一組若干路的呼叫,每組之間間隔一定時(shí)間,每路接通后保持一定時(shí)間再拆線,間隔若干秒后再次呼叫,每路循環(huán)一定的次數(shù)。這些間隔時(shí)間、次數(shù)等各項(xiàng)呼叫參數(shù)均可在呼叫儀器上設(shè)置,測(cè)試人員可根據(jù)不同的情況設(shè)置特定的經(jīng)驗(yàn)值,在呼叫儀執(zhí)行完畢后根據(jù)公式統(tǒng)計(jì)出呼叫接通率。

  網(wǎng)關(guān)側(cè)的主要關(guān)注指標(biāo)為并發(fā)呼叫時(shí)的呼通率,而Server的關(guān)注指標(biāo)為CPS,該指標(biāo)一般要求呼通率達(dá)到99.95%以上,同時(shí)將總的呼叫路數(shù)除以總的呼叫時(shí)長(zhǎng)得出CPS值。BHCA指每小時(shí)呼叫處理能力,即CPS*3600。

  (3)長(zhǎng)時(shí)呼叫保持率

  除了以上的常規(guī)測(cè)試外,還有一些特殊的關(guān)于呼叫接通率的測(cè)試,如長(zhǎng)時(shí)呼叫保持率。該指標(biāo)主要測(cè)試系統(tǒng)穩(wěn)定性。通過(guò)呼叫模擬器發(fā)起一定數(shù)量的呼叫后,保持相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間不拆線,同時(shí)在測(cè)試過(guò)程中檢測(cè)話路是否仍然保持,通話質(zhì)量是否好。通過(guò)檢測(cè)語(yǔ)音質(zhì)量和其他指標(biāo)隨時(shí)間變化的曲線,根據(jù)該曲線可以反映出系統(tǒng)穩(wěn)定性的好與壞。

2、服務(wù)質(zhì)量測(cè)試

  語(yǔ)音質(zhì)量是衡量IP語(yǔ)音通信質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)之一。

  語(yǔ)音質(zhì)量主要有三種ITU標(biāo)準(zhǔn):

  (1)MOS(ITU-P.800):1~5分,5分最好,屬于主觀評(píng)價(jià)指標(biāo);

  (2)PSQM(ITU-P.861):0~6.5分,0分最好,屬于客觀評(píng)價(jià)指標(biāo);另外,PSQM+屬于PSQM評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)的擴(kuò)展,評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)與PSQM相同;

  (3)PESQ(ITU-P.862):-0.5~4.5分,4.5分最好,其中3.8被認(rèn)為是傳統(tǒng)電話網(wǎng)中可以接收的語(yǔ)音質(zhì)量,屬于客觀評(píng)價(jià)指標(biāo),又稱之為“話音清晰度”指標(biāo);另外,PESQ_LQ是PESQ評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)的擴(kuò)展,范圍為1~4.5分,更接近于MOS的1~5分標(biāo)準(zhǔn)。PESQ只是測(cè)試單個(gè)方向的語(yǔ)音質(zhì)量,不能反應(yīng)雙向的聲音的強(qiáng)度、丟包、延時(shí)、回波等。
2.1 語(yǔ)音業(yè)務(wù)質(zhì)量評(píng)定

  從用戶角度看,IP電話業(yè)務(wù)必須能達(dá)到人的正常聽(tīng)覺(jué)習(xí)慣的范圍之內(nèi),而每個(gè)人的感受能力是不同的。常用的評(píng)定方法可以歸結(jié)為主觀評(píng)定和客觀評(píng)定。

  (1)語(yǔ)音質(zhì)量主觀評(píng)定

  借鑒傳統(tǒng)電話業(yè)務(wù)的語(yǔ)音質(zhì)量的評(píng)定方法,對(duì)于IP電話的語(yǔ)音質(zhì)量的主觀評(píng)估,目前建議采用MOS(平均意見(jiàn)得分法)評(píng)分的方法衡量話音質(zhì)量。同時(shí)在滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的測(cè)試環(huán)境下,由經(jīng)過(guò)特定培訓(xùn)的人員按照5到1的五級(jí)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn),對(duì)雙方通話過(guò)程中的語(yǔ)音質(zhì)量進(jìn)行評(píng)定。五級(jí)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)如下表所示。
MOS級(jí)別標(biāo)準(zhǔn)

表1:MOS級(jí)別標(biāo)準(zhǔn)

  根據(jù)國(guó)家的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn),要求語(yǔ)音質(zhì)量在3.5級(jí)以上時(shí)網(wǎng)絡(luò)丟包率須小于5%,,語(yǔ)音質(zhì)量在3級(jí)以上時(shí),網(wǎng)絡(luò)丟包率在5%~10%,如果網(wǎng)絡(luò)丟包率在10%以上,語(yǔ)音質(zhì)量將比較差。

  (2)語(yǔ)音質(zhì)量的客觀評(píng)定

  很顯然,MOS方法是一種模糊的評(píng)估方法,其測(cè)試結(jié)果很難對(duì)IP電話系統(tǒng)的改進(jìn)和不同IP電話設(shè)備之間性能的比較做出有實(shí)際意義的判別。因此ITU-T在P.861/ P.862中又建議了PSQM和PESQ方法。

  通常PSQM和PESQ均可以通過(guò)語(yǔ)音質(zhì)量測(cè)試儀器完成。如圖2所示,為常見(jiàn)的IP電話語(yǔ)音質(zhì)量測(cè)試組網(wǎng)。
VOIP語(yǔ)音質(zhì)量測(cè)試示意圖

圖二:語(yǔ)音質(zhì)量測(cè)試示意圖

  測(cè)試儀A端點(diǎn)通過(guò)控制IP電話A摘機(jī),呼叫到IP電話B對(duì)接的測(cè)試儀B端點(diǎn),待雙方成功建立通話后,由測(cè)試儀A端點(diǎn)發(fā)出一系列標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)音,通過(guò)由IP電話、網(wǎng)絡(luò)模擬器組成的語(yǔ)音傳送通道,送達(dá)到測(cè)試儀B端點(diǎn)。測(cè)試儀將收到的語(yǔ)音波形和標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)音波形進(jìn)行比較,并根據(jù)算法自動(dòng)得出PESQ或PSQM值。

  該項(xiàng)測(cè)試需設(shè)定多個(gè)測(cè)試條件,每個(gè)測(cè)試條件下都要進(jìn)行測(cè)試,通常有:

  采用G.723.1/5.3kbt/s編碼算法,30ms打包方式,好的網(wǎng)絡(luò)條件下的測(cè)試(不啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)模擬器)。

  采用G.723.1/6.3kbit/s編碼算法,30ms打包方式,好的網(wǎng)絡(luò)條件下的測(cè)試(不啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)模擬器)。

  采用G.729編碼算法,20ms打包方式,好的網(wǎng)絡(luò)條件下的測(cè)試(不啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)模擬器)。

  采用G.723.1/5.3kbit/s編碼算法,30ms打包方式,一般網(wǎng)絡(luò)條件下的測(cè)試(啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)損傷模擬器,丟包率=1%,網(wǎng)絡(luò)抖動(dòng)=20ms,時(shí)延=100ms)。

  采用G.723.1/6.3kbit/s編碼算法,30ms打包方式,一般網(wǎng)絡(luò)條件下的測(cè)試(啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)損傷模擬器,丟包率=1%,網(wǎng)絡(luò)抖動(dòng)=20ms,時(shí)延=100ms)。

  采用G.729編碼算法,20ms打包方式,一般網(wǎng)絡(luò)條件下的測(cè)試(啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)損傷模擬器,丟包率=1%,網(wǎng)絡(luò)抖動(dòng)=20ms,時(shí)延=100ms)。

  采用G.723.1/5.3kbit/s編碼算法,30ms打包方式,極限網(wǎng)絡(luò)條件下的測(cè)試(啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)損傷模擬器,丟包率=5%,網(wǎng)絡(luò)抖動(dòng)=60ms,時(shí)延=400ms)。

  采用G.723.1/6.3kbit/s編碼算法,30ms打包方式,極限網(wǎng)絡(luò)條件下的測(cè)試(啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)損傷模擬器,丟包率=5%,網(wǎng)絡(luò)抖動(dòng)=60ms,時(shí)延=400ms)。

  采用G.729,20ms打包方式,極限網(wǎng)絡(luò)條件下的測(cè)試(啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)損傷模擬器,丟包率=5%,網(wǎng)絡(luò)抖動(dòng)=60ms,時(shí)延=400ms)。

  ITU-P.861建議中采用的PSQM算法僅適合于對(duì)編解碼器進(jìn)行評(píng)價(jià),而沒(méi)有更多的考慮濾波、可變延遲和短的局部失真對(duì)音頻質(zhì)量的影響。ITU-P.862建議中的PESQ算法將這些因素也包括進(jìn)來(lái)加以考慮,這使得PESQ算法不僅可以用于音頻編解碼器的評(píng)價(jià),同時(shí)也可以對(duì)網(wǎng)絡(luò)上的分組語(yǔ)音質(zhì)量進(jìn)行測(cè)試。另外語(yǔ)音質(zhì)量測(cè)試儀還可以測(cè)試其他指標(biāo),例如VoIP網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延、丟包、抖動(dòng)等指標(biāo)。

  IP語(yǔ)音通信系統(tǒng)主要是面向終端用戶應(yīng)用的,所以測(cè)試IP語(yǔ)音系統(tǒng)時(shí)應(yīng)盡量從用戶角度出發(fā),測(cè)試環(huán)境或仿真呼叫模型也應(yīng)該盡量模擬真實(shí)使用環(huán)境,包括網(wǎng)絡(luò)損傷的條件也需要充分考慮進(jìn)去,測(cè)試業(yè)務(wù)時(shí)需要多考慮用戶的應(yīng)用場(chǎng)景和正常使用習(xí)慣。
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