NGN網(wǎng)絡(luò)測試技術(shù)

2008/02/18

圖1 NGN網(wǎng)絡(luò)性能測試架構(gòu)

　　1.2 幾種常見的性能測試方法

　�。�1）同步呼叫測試（測試NGN系統(tǒng)的峰值壓力）

　　同步呼叫一般分為純信令和帶媒體流的兩種，分別測試系統(tǒng)對信令和媒體流的處理能力；同步呼叫一般采用幾十到幾千個用戶同時發(fā)起呼叫，使用二分法，精確驗證出NGN系統(tǒng)同時能夠處理多少路呼叫并發(fā)，是一種峰值壓力的測試。測試時間一般不超過1h；呼損不能超過萬分之一。

　�。�2）異步呼叫測試（驗證NGN系統(tǒng)的呼叫性能，如BHCA，CPS等）

　　異步呼叫一般分為純信令和帶媒體流的兩種，分別測試軟交換對信令的處理能力和媒體網(wǎng)關(guān)對媒體流的處理能力；異步呼叫一般由足夠多的用戶采用異步方式發(fā)起呼叫（例如間隔一秒發(fā)呼一個用戶），通過更改呼叫保持時間和呼叫間隔時間來調(diào)整壓力，精確驗證出NGN系統(tǒng)的呼叫性能，通常體現(xiàn)在BHCA和CPS數(shù)值上，即系統(tǒng)每小時或每秒處理呼叫的能力。測試時間一般超過1h，甚至達到24h或48h；呼損不能超過萬分之一。

　　（3）長保持呼叫測試（測試NGN系統(tǒng)對于長保持呼叫的處理能力）

　　長保持呼叫一般分為純信令和帶媒體流的兩種，分別測試軟交換對信令的處理能力和媒體網(wǎng)關(guān)對媒體流的處理能力；長保持呼叫一般由足夠多的用戶采用同步或異步方式發(fā)起呼叫，呼叫保持時間一般不低于8h，精確驗證出NGN系統(tǒng)的對于長呼叫的處理能力，即在規(guī)定時間內(nèi)有無“掉話”，通常體現(xiàn)在呼損數(shù)值上，不能超過萬分之一。

　�。�4）語音質(zhì)量測試（測試在一定壓力下，NGN系統(tǒng)內(nèi)端到端的語音質(zhì)量）

　　語音質(zhì)量測試一般指端到端的語音質(zhì)量測試，主被叫兩端所連接的呼叫通常會經(jīng)過媒體網(wǎng)關(guān)等對語音進行編解碼處理的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，當(dāng)然還有其它可能產(chǎn)生損傷的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。語音質(zhì)量測試一般由足夠多的用戶采用同步或異步方式發(fā)起呼叫，測試時間一般不超過1h。主要測試參數(shù)包括：MOS，PSQM，PESQ等ITU標(biāo)準(zhǔn)語音質(zhì)量參數(shù)，還有單向時延、雙向時延、抖動、丟包、亂序等網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量參數(shù)，當(dāng)然還有呼叫完成率，即呼損指標(biāo)，不超過萬分之一。

　�。�5）回聲測試（測試在一定壓力下，NGN系統(tǒng)處理回聲的能力）

　　回聲是PSTN網(wǎng)絡(luò)中由于2~4線轉(zhuǎn)換造成的，在PSTN與VoIP網(wǎng)絡(luò)融合的過程中，被媒體網(wǎng)關(guān)進一步放大了�；芈暅y試一般只要求有限壓力條件，主要測試系統(tǒng)的一次/兩次/三次回聲的時延和強度。一般來說，回聲最好不要超過150ms，超過150ms，人的耳朵可以分辨出回聲，超過400ms，人的感覺就會很差，造成很嚴重的語音質(zhì)量問題。

　　（6）語音間斷/滑動測試（測試在一定壓力下，NGN系統(tǒng)對語音的處理能力）

　　語音間斷指語音在傳輸過程中出現(xiàn)斷裂，一般在20ms以上的斷裂需要統(tǒng)計，一次連續(xù)語音中的斷裂總長度與語音長度之比稱為“語音間斷比”，信息產(chǎn)業(yè)部的測試規(guī)范中要求其不能超過2%。語音滑動指語音在傳輸過程中兩端出現(xiàn)滑碼變形，一般在20ms以上的斷裂需要統(tǒng)計，一次連續(xù)語音中的滑動總長度與語音長度之比稱為“語音滑動比”，信息產(chǎn)業(yè)部的測試規(guī)范中要求其不能存在，否則視為語音質(zhì)量不好。測試中，一般會給出語音間斷和語音滑動的次數(shù)和每次的時間長度，客戶可以根據(jù)這些數(shù)據(jù)計算出語音間斷比和語音滑動比。

　�。�7）其他性能測試

　　其他NGN系統(tǒng)性能測試還包括：視頻性能及視頻質(zhì)量測試、傳真性能及傳真質(zhì)量測試、Modem性能及Modem質(zhì)量測試等，在這里就不詳細探討了。

2.語音質(zhì)量測試

　　在電信領(lǐng)域，我們的前輩也曾經(jīng)在PSTN網(wǎng)絡(luò)部署的時候遇到過諸如回聲和傳輸衰減等影響通話質(zhì)量的問題，但他們通過回聲抑制和增益補償?shù)燃夹g(shù)很好的解決了這些問題，使得PSTN網(wǎng)絡(luò)的話音質(zhì)量非常穩(wěn)定。但是這種情況在最近幾年有所改變，隨著全球電信運營商大量部署NGN網(wǎng)絡(luò)，PSTN與VoIP網(wǎng)絡(luò)不斷融合，話音質(zhì)量問題又被提出來，似乎成了我們難以回避的障礙。下面我們分析一下話音質(zhì)量及其測試方面的問題。

　　2.1 話音質(zhì)量的測試標(biāo)準(zhǔn)和測試方法

　　在測量話音質(zhì)量時，需要研究三類基本的服務(wù)質(zhì)量：

• 收聽質(zhì)量：指用戶對呼叫過程中所聽到的聲音質(zhì)量的評價。



• 會話質(zhì)量：指用戶在整個通話過程中基于收聽質(zhì)量和會話能力而對呼叫作出的評價，包括回音和延遲等可能影響通話的相關(guān)問題。



• 傳輸質(zhì)量：指用于承載話音信號的網(wǎng)絡(luò)連接的質(zhì)量。傳輸質(zhì)量測量是與細節(jié)呼叫質(zhì)量測量相對的一種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量測量。

圖2 Abacus5000的語音質(zhì)量測試方法

　　2.2 語音質(zhì)量參數(shù)

　　語音質(zhì)量主要有三種ITU標(biāo)準(zhǔn)：

　　（1）MOS(ITU-P.800)，1~5分，5分最好，屬于主觀評價指標(biāo)；

　�。�2）PSQM(ITU-P.861)，0~6.5分，0分最好，屬于客觀評價指標(biāo)；另外，PSQM+屬于PSQM評分標(biāo)準(zhǔn)的擴展，評分標(biāo)準(zhǔn)與PSQM相同；

　�。�3）PESQ(ITU-P.862)，-0.5~4.5分，4.5分最好，屬于客觀評價指標(biāo)，又稱之為“話音清晰度”指標(biāo)；另外，PESQ_LQ是PESQ評分標(biāo)準(zhǔn)的擴展，范圍為1~4.5分，更接近于MOS的1~5分標(biāo)準(zhǔn)；

　　當(dāng)然，影響話音質(zhì)量的參數(shù)指標(biāo)還有以下幾種：

　�。�4）回聲(ECHO)，指傳輸系統(tǒng)由于阻抗不匹配等原因，對聲源發(fā)出的聲音產(chǎn)生的“反射”現(xiàn)象，即說話者很快聽到的自己發(fā)出的聲音。一般，人的耳朵能夠識別的回聲以150ms為界，超過150ms的回聲，人耳能夠比較明顯的分辨，會產(chǎn)生反感，在150ms以內(nèi)的回聲，一般人都可以接受，基本聽不出來。

　　（5）語音間斷(HIT)，指由于丟包等傳輸原因或編解碼等原因造成的語音不連續(xù)，人耳聽到的是斷斷續(xù)續(xù)的話音，會產(chǎn)生極大反感。信息產(chǎn)業(yè)部的測試規(guī)范中規(guī)定，20ms以上的語音間斷都必須統(tǒng)計，語音間斷累計和與總通話時長的比值，稱為“語音間斷比”，通常這個值不應(yīng)該超過2%。

　　（6）語音滑動(CLIP)，指由于靜音壓縮等編解碼原因造成的語音邊緣模糊，通常是由靜音到有聲部分或者由有聲到靜音部分出現(xiàn)聲音丟失，人耳聽到的是失真的話音，會產(chǎn)生極大反感。信息產(chǎn)業(yè)部的測試規(guī)范中規(guī)定，20ms以上的語音滑動都必須統(tǒng)計，語音滑動累計和與總通話時長的比值，稱為“語音滑動比”，通常這個值為零，否則不能入網(wǎng)。

　　以上六個部分，是用戶可以感受到的話音質(zhì)量指標(biāo)參數(shù)，因此屬于QOE的范疇。我們再介紹一下QoS的話音質(zhì)量指標(biāo)，這些參數(shù)包括時延、抖動、丟包、亂序等，通常與傳輸質(zhì)量有關(guān)，不屬于用戶能夠體驗的部分，因此屬于QoS的范疇。

　　（7）時延(DELAY)，指語音在傳輸系統(tǒng)中需要的傳輸時間。時延一般分為單向時延(One-Way-Delay)和雙向時延(Round-Trip-Delay)；單向時延指語音（文件）從發(fā)端到收端的傳送時間，它直接反映了網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量，對話音質(zhì)量產(chǎn)生間接影響；雙向時延指語音（文件）從發(fā)端到收端再回到發(fā)端所經(jīng)歷的時間，一般比兩倍的單向時延要長，因為收端要對語音進行處理。單向時延的測試精度取決于兩點，其一為測試儀表的精度，其二為收發(fā)兩端采用的共同時鐘的精度，思博倫的Abacus5000能夠達到2ms的測試精度；網(wǎng)絡(luò)測試中若采用NTP-Server時鐘同步，則其時鐘精度為1~10ms，若采用GPS/CDMA為時鐘同步源，則其時鐘精度小于1ms。一般認為，單向時延應(yīng)該不超過150ms。

　�。�8）抖動（JITTER），指語音包時延的差值。如果每個語音包的時延忽大忽小，人耳聽到的聲音忽快忽慢，用戶的感覺會很差。因此，抖動雖然反映的是傳輸質(zhì)量問題，但它也一定程度上影響了話音質(zhì)量。

　�。�9）丟包（LOSS），指VoIP條件下，RTP語音包在傳輸過程中的丟失，反映在QOE的參數(shù)中，與語音間斷（HIT）有一定的關(guān)聯(lián)。一般丟包，都是按照語音包丟失的數(shù)量或百分比率計量，如丟包1%，發(fā)現(xiàn)100個丟包等。統(tǒng)計的方法，主要根據(jù)RTCP包中的RTP語音包數(shù)量差值計算出來。

　　（10）亂序（OUT-OF-ORDER），指VoIP條件下，RTP語音包在傳輸過程中的次序顛倒，對話音質(zhì)量產(chǎn)生間接影響。統(tǒng)計的方法，主要根據(jù)RTCP包中的RTP語音包的序號計算出來。

3.網(wǎng)絡(luò)維護測試

　　3.1 背景

　　電信運營商在部署VoIP網(wǎng)絡(luò)后，在不同程度上遇到了網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定，用戶語音質(zhì)量不好，投訴大量上升等棘手問題。在傳統(tǒng)的運行維護模式下，維護人員往往疲于奔命，到處撲火，但是收效甚微，投訴越來越多。因為傳統(tǒng)的運維模式是被動的，運營商收到投訴報告，安排維護人員到現(xiàn)場通過被動監(jiān)測的方法進行測試，找出問題，協(xié)調(diào)解決，時間和人員消耗很大，投訴較少的情況下還好，一旦投訴大量出現(xiàn)就只能望洋興嘆！運營商以前面對的是相對穩(wěn)定的PSTN網(wǎng)絡(luò)，投訴很少；VoIP具有服務(wù)多、成本低等優(yōu)點，但是同時存在語音質(zhì)量和網(wǎng)絡(luò)問題，這是運營商不可避免的，那么怎樣才能破解如此尷尬的局面呢？也許，我們需要更好的維護模式。

　　目前，存在兩種電信網(wǎng)絡(luò)維護模式。第一種，是采用網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的方法，主要在各個主要信令點對信令網(wǎng)絡(luò)（如No.7網(wǎng)絡(luò)）進行7×24h監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)信令異常及時上報，維護人員可以及時排查規(guī)避故障鏈路，保障通信暢通；第二種，是采用主動分布式測試的方法，在各個主要監(jiān)測點，模擬用戶進行真實呼叫，得到人體感知的語音質(zhì)量等反映網(wǎng)絡(luò)運行質(zhì)量的參數(shù)，維護人員可以設(shè)定系統(tǒng)模擬用戶呼叫的頻率和時間，定時拿到測試報告，及時發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)運行中的故障，尤其是人體感知的語音質(zhì)量故障，在用戶投訴之前就有可能解決問題，它也可以實現(xiàn)7×24h的網(wǎng)絡(luò)故障報警。

　　那么，我們分析一下這兩種維護模式的異同。

　　3.2 主動式維護和被動式維護

　�。�1）主動式維護模式與被動式維護模式的相同點

　　兩種維護模式都采取集中控制或集中采集的方式，控制臺都可以在第一時間掌握各個節(jié)點的故障信息，為故障排查爭取時間；

　　兩種維護模式都是7×24h系統(tǒng)，適用于電信運營商的網(wǎng)絡(luò)維護。

　�。�2）主動式維護模式與被動式維護模式的不同點

　　被動式維護模式主要采用監(jiān)控手段，被動采集信息，可以針對信令網(wǎng)絡(luò)（主要是No.7網(wǎng)絡(luò)）進行維護，對排查信令故障比較有效；主動式維護模式主要采用測試手段，主動模仿用戶發(fā)起呼叫，得到真實的人體感官體驗信息（例如話音質(zhì)量參數(shù)），對排查用戶投訴比較有效。

　　被動式維護模式是運營商在PSTN系統(tǒng)維護中應(yīng)用比較成功的系統(tǒng)，PSTN系統(tǒng)采用64kbit/s固定話路，語音質(zhì)量非常穩(wěn)定，網(wǎng)絡(luò)故障主要集中在信令網(wǎng)絡(luò)，因此被動式維護模式在傳統(tǒng)的PSTN網(wǎng)絡(luò)比較適用；主動式維護模式，隨VoIP網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展而逐步發(fā)展，并在VoIP系統(tǒng)維護中得到廣泛應(yīng)用，VoIP系統(tǒng)由于采用IP方式，話路帶寬沒有保證，語音質(zhì)量不穩(wěn)定，網(wǎng)絡(luò)故障主要集中于語音質(zhì)量問題，因此主動仿真用戶發(fā)起呼叫測試的方法，既可以發(fā)現(xiàn)信令協(xié)議層面的問題，更主要的是它能夠及時發(fā)現(xiàn)用戶語音質(zhì)量的問題，在用戶投訴之前就可以發(fā)現(xiàn)問題。

　　被動式維護模式是事后維護模式，它并不能在VoIP系統(tǒng)中及時發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障，尤其是用戶的語音質(zhì)量故障，而是用戶投訴后，在它保存的數(shù)據(jù)庫中查找該用戶的呼叫追蹤信息，費時費力；主動式維護模式是事前或事中維護模式，它能夠根據(jù)網(wǎng)絡(luò)語音質(zhì)量參數(shù)的變化，及時發(fā)現(xiàn)兩個或多個測試點之間的故障，發(fā)出預(yù)警，并找到故障點，進行進一步排查，即使在用戶投訴后，也可以及時還原用戶故障并加以排除。

　�。�3）假想的例子

　　假設(shè)某個運營商在某個城市部署了A/B/C三個VoIP局點，或者制改造了核心網(wǎng)部分，并同時部署了主動和被動式維護系統(tǒng)。

　　某天，A局到B局之間由于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)過載而造成通信故障，用戶感覺語音質(zhì)量下降嚴重；C局的某個用戶由于自己的VoIP終端問題也感覺到語音質(zhì)量不好；這樣A/B/C三個局都有用戶來投訴，我們來看看兩種維護系統(tǒng)的表現(xiàn)。

　　被動式維護系統(tǒng)監(jiān)測到了A局到B局之間有大量丟包，網(wǎng)絡(luò)延遲很大，給出網(wǎng)絡(luò)告警，但并不知道用戶那里的話音質(zhì)量到底是什么樣，只能等待用戶投訴后的描述；A/B局用戶投訴后，維護人員輸入用戶號碼和故障時間到監(jiān)測系統(tǒng)中進行過濾，找到呼叫追蹤信息，并找到相應(yīng)的承載話音的RTP流（數(shù)據(jù)量極大），通過事后分析，確認語音質(zhì)量（MOS）不好，但究竟哪里出了問題還是一頭霧水。這時C局的那個用戶來了，說他的話音質(zhì)量也不好，維護人員經(jīng)過過濾排查，并沒有發(fā)現(xiàn)他的呼叫質(zhì)量有問題，只好再觀察，C局用戶很不滿意地離開了，A/B局的用戶也只是得到了網(wǎng)絡(luò)問題的答復(fù)而已。

　　主動式維護系統(tǒng)通過A/B/C三個測試點兩兩的測試（假設(shè)5min發(fā)起一次呼叫測試），知道A，B局間網(wǎng)絡(luò)丟包嚴重，網(wǎng)絡(luò)時延較大，用戶通話出現(xiàn)斷斷續(xù)續(xù)，語音質(zhì)量嚴重下降，肯定會有用戶投訴，維護人員通過測試報告得到初步結(jié)論：網(wǎng)絡(luò)故障。對于C局用戶的投訴，由于主動維護系統(tǒng)并沒有得到C局與A，B兩點之間的故障報告，所以懷疑C用戶的終端有問題。根據(jù)對C局用戶終端的語音質(zhì)量測試（系統(tǒng)具備此功能），發(fā)現(xiàn)C用戶終端有編解碼問題，換了終端，問題得到解決，C用戶很滿意。A/B局的用戶并不滿意，他們抱怨說，平時打電話質(zhì)量很好，今天就不行了。于是，維護人員又采用主動式系統(tǒng)，在晚間閑時對A，B間進行了一次100路的性能測試，呼叫一段時間后，出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)過載，用戶的話音質(zhì)量下降，問題再現(xiàn)了！維護人員對網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化后，問題徹底解決了。

　　我們剛剛舉了一個比較極端的例子，事實上，兩種維護模式應(yīng)該是相輔相成的，運用得體，會起到很好的效果。

　�。�4）實例

　　某個運營商在某個城市部署了幾個VoIP局點，開始試運營，并在重點局點同時部署了主動和被動式維護系統(tǒng)。

　　從一開始，就有用戶投訴，他們打電話總有“單通”現(xiàn)象，即一方聽得見對方，但另一方卻什么也聽不見，話音好像只能單向傳輸；由于開始用戶投訴少，運營商并沒有在意，但是隨著放號量的擴大，用戶投訴大量涌現(xiàn)，運營商開始緊張起來，并開啟了主動和被動維護系統(tǒng)（以前并沒有真正使用）。

　　很快，主動式系統(tǒng)報出了某兩個局點之間的用戶通話存在“單通”現(xiàn)象，運營商半信半疑，找出了被動式系統(tǒng)存儲的RTP話音數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)確是只有單向話音流，而并非雙向。

　　VoIP系統(tǒng)的提供商開始推卸責(zé)任，這肯定是網(wǎng)絡(luò)有問題。于是，運營商找來網(wǎng)絡(luò)測試儀表進行IP網(wǎng)絡(luò)檢測，發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)很正常。一切的懷疑點都在VoIP系統(tǒng)設(shè)備提供商身上，他們只好低頭查找自己的問題，終于在幾天后，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中存在一個BUG，很快“單通”問題得到了解決。從此，運營商覺得維護系統(tǒng)對它還是有價值的。

　　3.3 結(jié)論

　　（1）對于運營商的傳統(tǒng)PSTN網(wǎng)絡(luò)維護，被動式監(jiān)測系統(tǒng)占優(yōu)勢。

　�。�2）對于VoIP網(wǎng)絡(luò)或PSTN+VoIP混合網(wǎng)絡(luò)維護，我們要看具體情況。在網(wǎng)絡(luò)部署初期，主動式測試系統(tǒng)占優(yōu)勢，它不但能夠及時報告網(wǎng)絡(luò)損傷和用戶感知的語音質(zhì)量，還能在用戶投訴后及時再現(xiàn)問題，并可以對用戶終端進行排查，找到問題所在；在網(wǎng)絡(luò)逐步走向成熟后，話音質(zhì)量問題逐步減少，被動式監(jiān)測系統(tǒng)會發(fā)揮更大的作用，因為這時候網(wǎng)絡(luò)協(xié)議交互方面的維護顯得更加突出。

　　（3）運營商采用主動式系統(tǒng)和被動式系統(tǒng)維護NGN網(wǎng)絡(luò)，如果運用合理，能夠起到相輔相成的作用。

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