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企業(yè)IP語音通信系統(tǒng)測試

2010/07/20

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

　　對于VoIP應(yīng)用，其業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量是用戶感受的重點。首先是語音質(zhì)量，這是人們對VoIP應(yīng)用的主要關(guān)注點，語音質(zhì)量好壞是用戶對VoIP系統(tǒng)最直接的感受；其次是VoIP系統(tǒng)的穩(wěn)定性，如長時間保持通話、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，本文將重點講述IP語音系統(tǒng)的語音質(zhì)量測試及性能測試。

1、性能測試

　　性能是評價設(shè)備整體能力的關(guān)鍵指標(biāo)。VoIP的性能測試包括壓力測試和穩(wěn)定性測試：通常，壓力測試是驗證被測系統(tǒng)是否達到設(shè)置要求，穩(wěn)定性測試是驗證在大話務(wù)量背景下進行一些常保持的呼叫測試等。此外，需要在呼叫過程中檢測一些呼叫參數(shù)（如語音質(zhì)量），觀察分析這些指標(biāo)隨時間變化的曲線，通過曲線分布能夠驗證高話務(wù)量的背景下對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，即反映被測系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

　　VoIP系統(tǒng)性能測試要點主要是控制層面的處理能力測試，包括BHCA測試（檢測被測設(shè)備單位時間內(nèi)處理的話務(wù)量），CPS（Call attempts per second：每秒呼叫處理能力），以及信令和呼叫過程音是否會有延遲（比如主叫撥完號后多長時間可以聽到回鈴音，此延遲能反映出用戶的忍耐程度和網(wǎng)絡(luò)性能之間的平衡問題）。

1.1 性能測試環(huán)境的設(shè)計

　　性能測試建議采用孤立結(jié)點方式的環(huán)境搭建方法，如圖1所示。若被測對象為Server端，則需要用測試儀器仿真周圍的節(jié)點（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。同時測試條件及環(huán)境必須盡可能接近真實的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用：首先模擬真實的網(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、抖動等）；其次注重實際的組網(wǎng)應(yīng)用，注重真實的用戶感受，不要僅僅關(guān)注與測試結(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性能測試環(huán)境

圖1：性能測試環(huán)境
　　測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，呼叫模擬器可模擬實際電話終端用戶的全部操作，包括模擬摘機、模擬撥號、模擬語音等等；當(dāng)使用中繼口連接時，呼叫模擬器可以模擬大量用戶通過PBX中繼線發(fā)來的呼叫；當(dāng)使用網(wǎng)口連接時，呼叫模擬器可以模擬大量IP話機或者網(wǎng)關(guān)發(fā)起的注冊與呼叫。

　　以圖1為例，將被測設(shè)備Server孤立起來，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或輪流方式發(fā)起注冊、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：測試儀與被測設(shè)備進行呼叫建立階段的信令連接，再通過測試儀發(fā)送或接收證實音來確認語音通道的建立，最后通過測試儀正常/異常的信令流程完成呼叫鏈路的釋放。

1.2 語音業(yè)務(wù)系統(tǒng)的處理能力的測試

　　衡量處理能力主要是從測試系統(tǒng)在不同的信令、負載、編碼條件下的呼叫建立時間、呼叫接通率以及長時保持率等指標(biāo)中分析獲得。

　　(1)呼叫建立時間

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

　　在不同的預(yù)置條件下（如網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、撥號方式和采用信令的不同），同一設(shè)備的呼叫建立時間會有較大的變化，因此測試時需要明確預(yù)置條件后再進行驗證。

　　(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，通過呼叫模擬器發(fā)起方統(tǒng)計成功呼叫次數(shù)與它發(fā)起的呼叫總次數(shù)的比值。

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

　　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)一般要求呼通率達到99.95%以上，同時將總的呼叫路數(shù)除以總的呼叫時長得出CPS值。BHCA指每小時呼叫處理能力，即CPS*3600。

　　(3)長時呼叫保持率

　　除了以上的常規(guī)測試外，還有一些特殊的關(guān)于呼叫接通率的測試，如長時呼叫保持率。該指標(biāo)主要測試系統(tǒng)穩(wěn)定性。通過呼叫模擬器發(fā)起一定數(shù)量的呼叫后，保持相當(dāng)長的時間不拆線，同時在測試過程中檢測話路是否仍然保持，通話質(zhì)量是否好。通過檢測語音質(zhì)量和其他指標(biāo)隨時間變化的曲線，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)量測試

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

　　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，其中3.8被認為是傳統(tǒng)電話網(wǎng)中可以接收的語音質(zhì)量，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)。PESQ只是測試單個方向的語音質(zhì)量，不能反應(yīng)雙向的聲音的強度、丟包、延時、回波等。
2.1 語音業(yè)務(wù)質(zhì)量評定

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

　　(1)語音質(zhì)量主觀評定

　　借鑒傳統(tǒng)電話業(yè)務(wù)的語音質(zhì)量的評定方法，對于IP電話的語音質(zhì)量的主觀評估，目前建議采用MOS(平均意見得分法)評分的方法衡量話音質(zhì)量。同時在滿足國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的測試環(huán)境下，由經(jīng)過特定培訓(xùn)的人員按照5到1的五級評分標(biāo)準(zhǔn)，對雙方通話過程中的語音質(zhì)量進行評定。五級評分標(biāo)準(zhǔn)如下表所示。
MOS級別標(biāo)準(zhǔn)

表1：MOS級別標(biāo)準(zhǔn)
　　根據(jù)國家的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，要求語音質(zhì)量在3.5級以上時網(wǎng)絡(luò)丟包率須小于5％，，語音質(zhì)量在3級以上時，網(wǎng)絡(luò)丟包率在5％～10％，如果網(wǎng)絡(luò)丟包率在10%以上，語音質(zhì)量將比較差。

　　(2)語音質(zhì)量的客觀評定

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

　　通常PSQM和PESQ均可以通過語音質(zhì)量測試儀器完成。如圖2所示，為常見的IP電話語音質(zhì)量測試組網(wǎng)。
VOIP語音質(zhì)量測試示意圖

圖二：語音質(zhì)量測試示意圖
　　測試儀A端點通過控制IP電話A摘機，呼叫到IP電話B對接的測試儀B端點，待雙方成功建立通話后，由測試儀A端點發(fā)出一系列標(biāo)準(zhǔn)語音，通過由IP電話、網(wǎng)絡(luò)模擬器組成的語音傳送通道，送達到測試儀B端點。測試儀將收到的語音波形和標(biāo)準(zhǔn)語音波形進行比較，并根據(jù)算法自動得出PESQ或PSQM值。

　　該項測試需設(shè)定多個測試條件，每個測試條件下都要進行測試，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)條件下的測試（不啟動網(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)條件下的測試（不啟動網(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)條件下的測試（不啟動網(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)條件下的測試（啟動網(wǎng)絡(luò)損傷模擬器，丟包率=1％，網(wǎng)絡(luò)抖動=20ms，時延=100ms）。

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

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

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

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

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

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

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

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