NGN QoS 探討
2003/08/19
NGN（NextGenerationNetwork）網(wǎng)絡(luò)在統(tǒng)一的分組網(wǎng)絡(luò)上提供話音、數(shù)據(jù)和多媒體等業(yè)務(wù)。華為公司與運(yùn)營商一起陸續(xù)啟動(dòng)了NGN的實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用，經(jīng)歷了從小容量向大容量過渡，從實(shí)驗(yàn)網(wǎng)向商用網(wǎng)過渡，先后面對過QoS保證、網(wǎng)絡(luò)安全、管理認(rèn)證等一系列新的挑戰(zhàn)。針對影響NGN商用部署的關(guān)鍵技術(shù)，華為公司進(jìn)行了系列專題研究，并通過和運(yùn)營商的合作進(jìn)行了大量的測試、試驗(yàn)和商用，逐步積累了一些實(shí)施的經(jīng)驗(yàn)，本文針對其中的關(guān)鍵因素之一“QoS保證”的問題進(jìn)行分析和論述，從QoS的評測指標(biāo)、測試方法、承載網(wǎng)絡(luò)、NGN設(shè)備等幾個(gè)方面進(jìn)行探討，希望能夠起到拋磚引玉的作用，有利于NGN的發(fā)展。
1.NGN話音QoS的指標(biāo)分析
要實(shí)現(xiàn)語音QoS的保證，首先要了解語音QoS的衡量指標(biāo)。國際上對基于IP的語音QoS一般從呼叫建立時(shí)間、丟包率、抖動(dòng)（延遲變化）、MOS值和端到端時(shí)延幾個(gè)方面來評價(jià)。
1.1呼叫建立時(shí)間
一般呼叫建立時(shí)間分為四個(gè)等級：0－1s（最好）、1－3s（較好）、3－5s（一般）和大于5s（較差）。
1.2丟包率和抖動(dòng)
一般根據(jù)丟包率和抖動(dòng)將網(wǎng)絡(luò)分為三級，見表1。
1.3時(shí)延
端到端的時(shí)延要求分成四個(gè)等級：＜＝150ms（最好）、150－250ms（較好）、250－450ms（一般）和450ms以上（差）。
1.4MOS值
MOS（MeanOpinionScore）是一種常用的主觀評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。IP電話業(yè)務(wù)的MOS定義為四級：4.0－5.0（優(yōu)）、3.5－4.0（良）、3.0－3.5（中）、1.5－3.0（差）、0－1.5（劣）。用戶滿意度和MOS等級的對應(yīng)關(guān)系見表2。
2.NGN語音QoS測試方法
U－SYS系統(tǒng)在傳輸所的入網(wǎng)測試、中國電信廣東研究院測試、中國聯(lián)通測試、新加坡電信測試、香港運(yùn)營測試、馬來運(yùn)營商測試中相關(guān)指標(biāo)都達(dá)到了良好的標(biāo)準(zhǔn)。語音QoS的指標(biāo)如何測試呢？
業(yè)界主要有主觀測試方法和客觀測試方法兩種，ITU－TP.800定義了MOS的主觀測試方法，客觀測試方法主要有：PSQM、MNB、PSQM＋、PAMS99、PESQ等。在ITU－T2001年組織的語音算法測試中證明，PESQ是當(dāng)前最有效的算法，并作為ITU－TP.862標(biāo)準(zhǔn)。所以U－SYS的幾次測試都是采用了ITU－T的客觀測試標(biāo)準(zhǔn)P.862（PESQ）來測試的。
測試過程
以在新加坡電信進(jìn)行的IAD語音質(zhì)量測試為例，當(dāng)時(shí)采用如下策略：1.采用ITU－T標(biāo)準(zhǔn)推薦的4個(gè)不同的音源文件（2男2女），重復(fù)測試10次；2.同一IAD/不同IAD間/IAD－網(wǎng)關(guān)間的語音質(zhì)量；3.各種編解碼算法情況下的語音質(zhì)量；4.在良好網(wǎng)絡(luò)、一般網(wǎng)絡(luò)和較差三種網(wǎng)絡(luò)狀況下的語音質(zhì)量對比。
測試了多種組網(wǎng)，按照測試規(guī)程配置參數(shù)，逐輪開展測試。
每輪測試原理如下：語音測試儀產(chǎn)生的語音源，通過模擬用戶線輸出到IAD；網(wǎng)絡(luò)損傷儀根據(jù)測試要求，設(shè)置網(wǎng)絡(luò)的丟包、網(wǎng)絡(luò)時(shí)延、抖動(dòng)的參數(shù)，IP語音包經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)損傷儀輸出到TMG；語音測試儀對輸入和輸出的語音信號波形進(jìn)行分析，計(jì)算得到PESQ和端到端時(shí)延值。再根據(jù)ITU－T定義的PESQ和MOS的轉(zhuǎn)換算法，計(jì)算得到估計(jì)MOS值（PESQLQ）。
3.U－SYS部件的QoS保證技術(shù)
U－SYS的部件本身主要是從提高帶寬利用率、業(yè)務(wù)優(yōu)先級、低時(shí)延去抖動(dòng)、丟包補(bǔ)償和降低回聲影響等5個(gè)方面，采用合適的編解碼技術(shù)、靜音檢測（VAD）和舒適噪聲（CNG）生成技術(shù)、RTP包頭壓縮技術(shù)、業(yè)務(wù)優(yōu)先級、自適應(yīng)調(diào)節(jié)JitterBuffer技術(shù)、丟包補(bǔ)償技術(shù)、回聲消除技術(shù)等來保證語音QoS質(zhì)量。
4.NGN語音QoS保障的實(shí)施案例
以華為公司實(shí)際部署的C4業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)應(yīng)用為例子，整網(wǎng)由兩個(gè)軟交換實(shí)現(xiàn)控制，在各個(gè)城市放置中繼媒體網(wǎng)關(guān)，開展長途的VoIP業(yè)務(wù)。初期測試結(jié)果表明全網(wǎng)語音用G.711編解碼可以提供良好的語音質(zhì)量。但是隨著用戶的增加就發(fā)現(xiàn)了一個(gè)問題，G.711的一路呼叫占用了90.4kbit/s帶寬，所以長途骨干網(wǎng)絡(luò)2M的帶寬最多支持22個(gè)呼叫，帶寬利用率低，有呼叫擁塞現(xiàn)象。
于是對U－SYS的幾種語音壓縮編解碼技術(shù)進(jìn)行了對比分析，并在網(wǎng)上進(jìn)行了測試，結(jié)果如下：
綜合考慮帶寬占用率和語音質(zhì)量，該網(wǎng)絡(luò)整網(wǎng)調(diào)整到使用G.729。
為進(jìn)一步節(jié)省帶寬，又采用語音激活檢測技術(shù)（VAD）及舒適噪音生成（CNG）技術(shù)，VAD技術(shù)只有當(dāng)檢測到語音處于活動(dòng)狀態(tài)時(shí)，編碼器的輸出信號才被送到網(wǎng)絡(luò)上，因此節(jié)省了帶寬。而在靜音時(shí)段采用CNG技術(shù)，生成與背景噪聲相匹配的較舒適的靜音，避免了用戶有不自然的交談感覺，保證通話質(zhì)量。實(shí)際測試結(jié)果如表4，采用G.72920ms打包＋VAD技術(shù)節(jié)省了近75％的帶寬。
接著發(fā)現(xiàn)了新的問題，因?yàn)镚.729對語音流進(jìn)行了壓縮，MRS不能根據(jù)RTP提供帶內(nèi)收號功能，影響卡號業(yè)務(wù)，經(jīng)過調(diào)測，TMG8010設(shè)備、MRS6000實(shí)現(xiàn)RFC2833帶外收號功能，順利解決了該問題。
隨著商用業(yè)務(wù)增多，引入了IAD、智能終端E－PHONE等。又發(fā)現(xiàn)了新的問題，部分廠家提供的這些終端不支持G.729，導(dǎo)致呼叫不成功。再次經(jīng)過分析和測試，SoftX3000上采用靈活的配置，網(wǎng)絡(luò)缺省優(yōu)選G.729，當(dāng)出現(xiàn)個(gè)別終端不能支持G.729時(shí)，自動(dòng)匹配到終端之間最佳的編解碼能力如G.723或G.711，保證了互通和語音質(zhì)量。
還有一些其他案例，如與國內(nèi)某運(yùn)營商進(jìn)行了IP超市業(yè)務(wù)的商用部署，解決NAT穿透情況下如何提供QoS保證；與香港運(yùn)營商配合在xDSL上開展NGN業(yè)務(wù)，通過接入控制實(shí)施QoS保證；與新加坡運(yùn)營商一起測試了防火墻穿透、NAT穿透之后業(yè)務(wù)的QoS保證，滿足企業(yè)網(wǎng)部署IPCENTREX業(yè)務(wù)的需要。
總之，商用部署NGN業(yè)務(wù)可以根據(jù)實(shí)際組網(wǎng)情況和業(yè)務(wù)開展的需要來有針對性的進(jìn)行分析和逐步優(yōu)化，達(dá)到最佳效果。
5.承載網(wǎng)絡(luò)的QoS保證
5.1NGN網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和管理很重要：帶寬保證
如某運(yùn)營商在部署U－SYS系統(tǒng)初期，規(guī)劃沒有充分考慮安全、QoS保證，網(wǎng)上出現(xiàn)了NGN設(shè)備被數(shù)據(jù)用戶攻擊，以及NGN業(yè)務(wù)擁塞的情況。針對上述問題，我們?yōu)槠涑休d網(wǎng)進(jìn)行了整網(wǎng)的重新規(guī)劃，如下圖：
重新規(guī)劃時(shí)，重點(diǎn)考慮了安全性和QoS保證。將NGN網(wǎng)絡(luò)做成一個(gè)獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)，采用VLAN＋MPLS－VPN技術(shù)將NGN網(wǎng)絡(luò)和普通的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)在邏輯上分割開。在骨干網(wǎng)上通過MPLS－VPN將NGN網(wǎng)絡(luò)和其他數(shù)據(jù)流隔離開，在本地網(wǎng)絡(luò)上通過VLAN將NGN網(wǎng)絡(luò)和其他網(wǎng)絡(luò)隔離開。
帶寬保證：重新根據(jù)用戶業(yè)務(wù)發(fā)展計(jì)劃，計(jì)算了所有業(yè)務(wù)對接入、骨干各個(gè)環(huán)節(jié)帶寬的需求，并預(yù)留一定的帶寬作為規(guī)劃帶寬。
優(yōu)先級別保證：在核心網(wǎng)絡(luò)上通過diffserv來部署全網(wǎng)的QoS，在L2上通過802.1P來保證優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)NGN的數(shù)據(jù)流。
根據(jù)設(shè)備提供的統(tǒng)計(jì)、告警、日志功能，不斷的發(fā)現(xiàn)瓶頸和及時(shí)優(yōu)化。
這個(gè)例子表明，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)有情況，通過合理的規(guī)劃，以最小的調(diào)整，可以通過現(xiàn)有的技術(shù)和資源來避免非法攻擊和盜用，以及實(shí)施QoS保證。
5.2接入控制
另一方面，接入控制對QoS保證也非常重要，如在香港某運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)上部署NGN時(shí)，發(fā)生了盜用端口和業(yè)務(wù)的問題，經(jīng)過分析網(wǎng)絡(luò)實(shí)際情況，在改動(dòng)最小的情況上設(shè)計(jì)了如下方案。通過PPPOE賬號的識別，在BAS設(shè)備上進(jìn)行了訪問控制、帶寬控制，達(dá)到了接入控制的效果，保證了承載網(wǎng)的QoS和防止了盜用。
5.3“IP電信網(wǎng)絡(luò)”的概念
由于現(xiàn)有的IP網(wǎng)絡(luò)不是面向承載實(shí)時(shí)性的電信業(yè)務(wù)所設(shè)計(jì)，完全解決QoS問題還有賴于“IP電信網(wǎng)”這樣新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下的QoS技術(shù)方案的推出�！癐P電信網(wǎng)”就是要通過加強(qiáng)對IP網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的控制，更容易在整網(wǎng)實(shí)施QoS控制，讓IP網(wǎng)絡(luò)來達(dá)到承載電信業(yè)務(wù)的能力。
2003年7月，在日內(nèi)瓦舉行的ITU－TSG13（國際電聯(lián)電信標(biāo)準(zhǔn)部門研究組13－多協(xié)議、基于IP網(wǎng)絡(luò)以及互通.）2001－2004研究期第4次全會(huì)上，中國電信和華為公司共同提交了D351《一種電信級的QoS方案框架－IP骨干網(wǎng)》和D350《一種電信級的QoS方案框架－IP接入網(wǎng)》兩篇關(guān)于QoS的文稿。這兩篇文稿分別定義了在IP骨干網(wǎng)和IP接入網(wǎng)中實(shí)施電信級QoS技術(shù)的框架、結(jié)構(gòu)和需求。會(huì)議指定華為公司作為標(biāo)準(zhǔn)Y.123.QoS的起草人。大會(huì)同時(shí)還決定將這兩篇文稿作為下一個(gè)研究期內(nèi)開展在NGN中提供端到端QoS技術(shù)研究的基礎(chǔ)。
6.結(jié)語
經(jīng)過多年的研究、試驗(yàn)和試商用，NGN已經(jīng)從概念走向了現(xiàn)實(shí)，但是，NGN要真正成為電信網(wǎng)絡(luò)的主體，還需要在實(shí)踐中解決實(shí)際網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下出現(xiàn)的諸多問題，這將是一個(gè)理論和實(shí)踐相結(jié)合的系統(tǒng)工程。
華為公司的U－SYSNGN解決方案自推出以來，先后承建中國衛(wèi)通全國NGN項(xiàng)目（覆蓋150個(gè)城市）、文萊全網(wǎng)網(wǎng)改項(xiàng)目（全網(wǎng)14萬線）、中國網(wǎng)通集南方部分分公司NGN項(xiàng)目以及英國電信（BT）C4項(xiàng)目，通過了包括軟交換、中繼網(wǎng)關(guān)和信令網(wǎng)關(guān)在內(nèi)的信產(chǎn)部進(jìn)網(wǎng)測試以及中國電信、中國聯(lián)通、新加坡電信、馬來電信等運(yùn)營商的嚴(yán)格測試。通過這一系列與海內(nèi)外多家運(yùn)營商的廣泛合作和實(shí)踐探索，華為公司在NGN的商用技術(shù)領(lǐng)域取得了飛速發(fā)展，成為國內(nèi)領(lǐng)先、國際一流的NGN解決方案和產(chǎn)品供應(yīng)商。
華為公司希望能夠與運(yùn)營商以及價(jià)值鏈上的其它合作伙伴一道，展開進(jìn)一步的合作，共同促進(jìn)NGN的成熟和發(fā)展，為產(chǎn)業(yè)的明天一起奮斗。
中國信息產(chǎn)業(yè)網(wǎng)(www.cnii.com.cn)
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