數(shù)據(jù)說話——VoIP測試方法和測試數(shù)據(jù)分析
2005/01/28
經(jīng)過近一個季度的緊張測試，我們現(xiàn)在可以告訴您，什么才是一個完整的VoIP。而在這之前，我們的工程師面對VoIP的測試，還像那個第一個拿起刀叉面對螃蟹的人，充滿期待卻又誠惶誠恐。技術(shù)世界和我們的現(xiàn)實世界一樣，有理想的狀態(tài)，有復(fù)雜的環(huán)境，有妥協(xié)，也有令人興奮的亮點。
根據(jù)我們最早的測試技術(shù)安排，我們要測試目前的VoIP系統(tǒng)的組網(wǎng)能力，必須要架設(shè)一個網(wǎng)絡(luò)，要檢查架設(shè)這樣一個VoIP網(wǎng)絡(luò)的所有部件是否已經(jīng)完全具備？其構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)是否完整？那么搭建一個可以通話的VoIP系統(tǒng)是測試的第一步
我們按照VoIP組網(wǎng)的原理，構(gòu)建了這樣一個基本網(wǎng)絡(luò)，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖４所示。我們用軟交換的概念來描述網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備，在這個網(wǎng)絡(luò)上，MG（媒體網(wǎng)關(guān)）和MGC（媒體網(wǎng)關(guān)控制器）是關(guān)鍵的VoIP網(wǎng)絡(luò)元素。這些網(wǎng)絡(luò)元素可以是支持H.323、MGCP、H.248或者SIP的實體。本文中提到的MG和MGC不具體指某一個設(shè)備，本次測試正是針對這兩類設(shè)備進(jìn)行，測試的主要內(nèi)容也圍繞著這兩類設(shè)備展開。測試從模擬話音開始，然后延伸到PSTN網(wǎng)絡(luò)，再到IP網(wǎng)絡(luò)，最后回到模擬話機的被叫方。在這樣一個完整通話過程中，測試MG以及MGC的信令互操作性以及設(shè)備處理信令的能力。圖５是測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖。
一、 測試設(shè)備的呼叫建立能力
我們采用了思博倫公司的Abacus5000型的IP電話測試議。通過模擬網(wǎng)絡(luò)中的模擬電話終端、IP電話終端、MGC、傳真終端等元素，以一個簡單的測試結(jié)構(gòu)，來測試被測的語音網(wǎng)關(guān)的飽和呼叫量。
飽和呼叫量可以用兩個參數(shù)來表示：忙時呼叫量（BHCA）或者每秒建立呼叫數(shù)量（CAPS）。BHCA是忙時呼叫量的縮寫，主要測試內(nèi)容為：在一小時之內(nèi)，系統(tǒng)能建立通話連接的絕對數(shù)量值。測試結(jié)果是一個極端能力的反映，它反映了設(shè)備的軟件和硬件的綜合性能。如果您的企業(yè)是一個有巨大話務(wù)量需求的企業(yè)，這個參數(shù)應(yīng)該是一個最重要的參考指標(biāo)。但我們感覺到，幸運的是，企業(yè)用戶的實際應(yīng)用需求都遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于測試設(shè)備所提供的能力。
我們建立100～300個用戶，讓他們每秒建立一個呼叫，呼叫持續(xù)一秒鐘，掛機后等待一秒鐘再進(jìn)行第二次呼叫。這樣的呼叫在數(shù)百條通路中同時進(jìn)行，以致我們都很擔(dān)心被測設(shè)備是否能挺過一小時。最后所有的被測設(shè)備都交出了很好的答卷，BHCA值最后體現(xiàn)為CAPS(每秒建立呼叫數(shù)量)，CAPS乘以3600就是BHCA了。
二、呼叫長時保持能力
我們設(shè)計了一個呼叫測試。首先用被測設(shè)備搭建起一個完整的VoIP系統(tǒng)，從模擬的語音開始，通過媒體網(wǎng)關(guān)，再通過媒體網(wǎng)關(guān)控制器到另一個媒體網(wǎng)關(guān)，最后從被叫方的一部模擬電話出來。
這樣的呼叫建立之后，保持一個小時，以驗證被測設(shè)備的工作穩(wěn)定性。掉線是人們談到VoIP應(yīng)用時常提到的一個問題，呼叫保持能力的測試是希望驗證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和健壯性。
在更加嚴(yán)格的電信入網(wǎng)測試中，呼叫保持測試常常進(jìn)行24小時甚至更長時間。而影響呼叫保持的因素很多，在VoIP應(yīng)用中，網(wǎng)絡(luò)的客觀環(huán)境極為重要。在實際的Internet中，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包所經(jīng)過的路由并不由數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收端決定，在網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)阻塞的時候就有出現(xiàn)斷線的可能。
共享數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)帶寬的VoIP系統(tǒng)就更容易出現(xiàn)這樣的問題。內(nèi)部的VoIP通話可以通過支持QoS機制的網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備來保證，而廣域網(wǎng)范圍的VoIP穩(wěn)定性還需要依靠運營商網(wǎng)絡(luò)的支持和發(fā)展。根據(jù)我們使用的效果來看，Internet上的VoIP服務(wù)在不大的話務(wù)量情況下還是非常好的，甚至有優(yōu)于傳統(tǒng)電話質(zhì)量的表現(xiàn)。
因為在軟交換架構(gòu)中，語音的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和呼叫的控制信令是分離的。我們還用Abacus5000模擬了MG，測試了幾種MGC類設(shè)備。在測試的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，它們的呼叫保持測試表現(xiàn)都極為順利。
另外，VoIP呼叫的建立首先是一個呼叫信令的交互過程。網(wǎng)關(guān)和網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)關(guān)和控制器之間的信令交互響應(yīng)速度，是考察一個呼叫建立的重要指標(biāo)。我們的測試同樣展示了系統(tǒng)的呼叫建立時間。
三、通話語音質(zhì)量測試
話音質(zhì)量是人們對VoIP應(yīng)用的一大關(guān)注點。以前懷疑VoIP的人們提的最多的還是話音質(zhì)量，而制約話音質(zhì)量的因素非常多，同時也非常復(fù)雜。圖6示出在一個復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中，影響VoIP語音質(zhì)量的幾乎所有的因素。
我們設(shè)計采用模擬電話的原因，是因為我們的耳朵其實都是模擬的，對嗎？我們只能接受模擬信號。
然后，我們根據(jù)ITU的P.861標(biāo)準(zhǔn)來播放一段語音信號，主叫方和被叫方都由呼叫模擬器Abacus5000來模擬。它會對比發(fā)出和接收到的那些模擬通路的音頻信號，然后給出一個標(biāo)注的語音質(zhì)量值。
單純考察語音質(zhì)量，我們采用PSQM值和MOS值。這是通信行業(yè)判斷通話質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)，PSQM是一個客觀的采集數(shù)據(jù)比對值，而MOS是考慮主觀因素的參考值。
ITU-T建議的P．800標(biāo)準(zhǔn)提出了MOS（Mean Objection Score）的方法。即請40 ～ 60 位有代表性的人士來聽一段相同的語音樣本，然后對該樣本經(jīng)過IP電話傳輸后的語音質(zhì)量進(jìn)行投票評價。隨著語音因語言、年齡、性別的變化，得分亦被賦予不同的意義。這是一種純粹主觀的定性測量。ITU-T在非常寬的聽覺范圍內(nèi)，選取不同年齡、性別和語言組別的相同得分，作出語音質(zhì)量的判別標(biāo)準(zhǔn)：5為最佳； 4為好（4.5～4.0 ＝可收費電信級） ；3為中級（4.0～3.5＝可通話通信級） ；2為較差 （3.5～2.5＝可建立連接級） ；1為差。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(jìn)和不同IP電話設(shè)備之間性能的比較作出有實際意義的判別。因此ITU-T在標(biāo)準(zhǔn)建議P．861中又提出了PSQM（Perceptual Speech Quality Measurement）方法。
PSQM仍以MOS的5個級別作為客觀標(biāo)準(zhǔn)，所不同的是其對每一個級別都以百分比的方式作出了“差”/“最差”（%PoW，Percent Poor or Worse）和“好／最好”（%GoB，Percent Good or Better）的進(jìn)一步描述。根據(jù)P．861提出的PSQM方法，IP電話的測試開始擺脫原始的人類主觀評估，而開始使用計算機產(chǎn)生的波形文件（Wave File），通過比較其通過IP電話網(wǎng)傳輸前后的變化計算出PSQM中相對應(yīng)的級別及好壞程度。
我們測試的設(shè)備的MOS值，都在4.5以上；而PSQM值均在0.2到0.3之間。這都達(dá)到了電信級設(shè)備的評價標(biāo)準(zhǔn)。因為我們的測試環(huán)境相對單純，在今后我們還會開展真實環(huán)境測試，讓大家更加了解VoIP的發(fā)展和現(xiàn)狀。
對語音質(zhì)量的判斷，還有很多參數(shù)可以體現(xiàn)。包括網(wǎng)絡(luò)延時、語音延遲、回聲、RTP數(shù)據(jù)禎丟失率等等。參測的所有近20臺設(shè)備都交出了令人滿意的答卷。
您可以在下面的文章中看到四套系統(tǒng)的數(shù)據(jù)表現(xiàn)，它們的成績可以說都是令人滿意的。我們測試工程師有這么一句格言：設(shè)備的真實表現(xiàn)不可能比測試結(jié)果更好。您在實際使用中還可能遇到這樣和那樣的問題，這不是我們在給您的應(yīng)用潑冷水，而是希望告訴您，任何一套優(yōu)秀的系統(tǒng)，需要廠商和用戶的工程師們不斷努力才能表現(xiàn)得更出色。
在征集產(chǎn)品的過程中，很多廠商表達(dá)了對參與這次評測的興趣，但我們有選擇性地征集了四家廠商的近20款設(shè)備，它們構(gòu)成了四套有著自己鮮明特點的VoIP系統(tǒng)。我們的工程師在這次中國首次的媒體VoIP測試過程中也向廠商的技術(shù)人員學(xué)到了很多東西。在此我們向北京共業(yè)科技有限公司、港灣網(wǎng)絡(luò)公司、蘇迪思公司、中興通訊有限公司和思博倫公司對我們的支持表示感謝
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