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VoIP測試模型研究

IP語音(voice over IP，VoIP)應(yīng)用越來越普及，常見VoIP測試模型應(yīng)用包括：測試VoIP網(wǎng)關(guān)、VoIP PBX、網(wǎng)關(guān)控制器(gatekeeper)、代理對講服務(wù)器、媒體網(wǎng)關(guān)控制器、軟交換機和其它網(wǎng)間網(wǎng)關(guān)和WAN設(shè)備、VoIP會議電話測試。確定開發(fā)容量、功能、性能、互操作性和特性。測試傳統(tǒng)電信網(wǎng)絡(luò)與新型基于包的網(wǎng)絡(luò)之間的接口。證明呼叫計賬(call accounting)、語音消息和會議對講服務(wù)器的功能和容量。VoIP測試模型提供了用于生成和終結(jié)VoIP信令和傳輸流的以太網(wǎng)端口。　　目前基于電路交換的電信網(wǎng)絡(luò)正向基于分組交換的IP網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)。軟交換技術(shù)、下一代網(wǎng)絡(luò)(NGN)以及在NGN的框架下，同時支持固定接入和移動接入的IP多媒體業(yè)務(wù)的子系統(tǒng)(IP multimedia subsystem，IMS)，都以IP為核心展開的業(yè)務(wù)，同時在相當(dāng)長的一段時間內(nèi)，語音仍然將是電信的核心業(yè)務(wù)，而研究基于IP網(wǎng)絡(luò)的語音測試參數(shù)研究及模型實現(xiàn)，正是在此背景下進(jìn)行的積極性探索[1]。　　1、VoIP模型特性參數(shù) 　　1.1　VoIP測試模型應(yīng)具備的常見特性[2-8] 　　(1)相關(guān)物理特性。應(yīng)有多個標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)口，每個網(wǎng)口具備LINK/ACTIVE和SPEED指示燈顯示。　　(2)VoIP主要測試指標(biāo)特性。利用PESQ執(zhí)行對每個呼叫的語音質(zhì)量測試;能發(fā)送和接收信號音、語音、檢測和轉(zhuǎn)發(fā)DTMF信號音;能對測試指定的具體話音進(jìn)行模擬IP網(wǎng)絡(luò)損傷，包括時延、抖動、亂序、丟包等測試;每個測試模型上生成和結(jié)束多路VoIP的同時呼叫;生成對媒體網(wǎng)關(guān)控制器、網(wǎng)關(guān)或轉(zhuǎn)交換機的呼叫建立。驗證在呼叫持續(xù)時間內(nèi)語音路徑是否建立和保持。測量延時、呼叫建立時間、丟失包、亂序包、抖動、BHCA和呼叫完成;提供測試報文時間標(biāo)簽。　　(3)VoIP協(xié)議測試特性。應(yīng)具備用會話啟動協(xié)議(session initiation protocol，SIP)、媒體網(wǎng)關(guān)控制協(xié)議(media gateway control protocol，MGCP)、H.323或媒體網(wǎng)關(guān)控制(media gateway control，MGACO)協(xié)議產(chǎn)生VoIP呼叫測試功能;提供IP網(wǎng)絡(luò)的二三層線速流量測試。　　(4)二次測試開發(fā)平臺特性。支持多路VoIP靈活的呼叫排序測試;基于產(chǎn)品測試需要，可靈活定制協(xié)議;支持TCL腳本自動測試，自動與連續(xù)地采集測試結(jié)果。　　(5)完善的測試報告結(jié)果。模型應(yīng)產(chǎn)生詳細(xì)的呼叫錯誤報告，包括不成功的順序或信息。并且用表格和圖形顯示結(jié)果;為驗證或分析監(jiān)聽任意通道;利用信息類型或信息報頭過濾所顯示的協(xié)議信息。　　1.2　VoIP測試性能參數(shù)意義[9] 　　1.2.1　時延　　時延是指數(shù)據(jù)從源端到終端所需要的時間，對于交互式語音通信系統(tǒng)，增加時延會讓通話雙方感覺發(fā)話者說話遲疑，也會造成回音，因此對于VoIP系統(tǒng)，時延一般控制在150ms內(nèi)。在VoIP系統(tǒng)中，時延一般為如下構(gòu)成：(1)分組封裝及發(fā)送時延。分組封裝時延主要由2部分組成，第1部分是語音編解碼的A/D及D/A變換，主要由設(shè)備硬件完成，該時延較小，主要涉及下節(jié)介紹的輸入信號預(yù)處理、自動校正分析技術(shù);第2部分是由RTP分組所封裝的語音數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)所決定;分組發(fā)送時延是指將分組數(shù)據(jù)串行發(fā)送物理鏈路所需要時間，由分組數(shù)據(jù)長度以及鏈路傳輸速率決定。(2)傳播時延。傳播時延是指VoIP信號經(jīng)過物理載體(銅線或光纖等)，由物理載體的長度帶來的延遲。(3)排隊及轉(zhuǎn)發(fā)時延。排隊及轉(zhuǎn)發(fā)時延指分組數(shù)據(jù)在IP網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(交換機或路由器等)排隊，以及從一端口向另一端口轉(zhuǎn)發(fā)所帶來的時延，這是總的傳輸延遲重要構(gòu)成部分。　　1.2.2　抖動　　與傳統(tǒng)的PSTN網(wǎng)絡(luò)不同，PSTN是以固定速率(64kbit/s)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，而IP數(shù)據(jù)包之間由于選擇路由不同，而不同路由間存在不同時延等因素，導(dǎo)致同一VoIP的數(shù)據(jù)包之間會又不同的時延，由此產(chǎn)生了抖動。在VoIP中，如同時延一樣是不能完全消除的，只能控制在一定范圍內(nèi)，一般可通過設(shè)備中的緩沖來解決，該VoIP性能指標(biāo)是必測項。　　2、IP語音流性能參數(shù)分析　　IP語音性能參數(shù)主要針對VoIP的語音編解碼A/D、D/A(如：G.711、G.723等)[2-8]進(jìn)行分析，即它是針對語音流進(jìn)行分析，IP語音性能參數(shù)直接會導(dǎo)致VoIP的延遲、抖動、語音失真等。　　線性預(yù)測合成分析濾波器定義為：　　激勵是通過濾波器舒適噪聲產(chǎn)生的。L是激勵長度，通常說它等于幀長。對于跟隨第1個激活幀的未激活幀，L等于最后幀長減去模數(shù)M。所以，被合成濾波器輸出的第1個抽樣M往往被丟棄。　　3、一種VoIP性能參數(shù)測試驗證實現(xiàn)[11] 　　3.1　VoIP測試實現(xiàn)模型分析　　由前面分析可知，VoIP一般性能參數(shù)有：時延、抖動、帶寬、丟包率等，并且IP語音流性能分析的驗證也需要DSP來構(gòu)造處理語音流。所以，VoIP的信令流和語音流必須實現(xiàn)，為此我們設(shè)計了一種實現(xiàn)VoIP測試模型。該測試模型主要有2部分(見圖1)：第1部分即VoIP測試前臺模型，主要實現(xiàn)語音包及IP測試報文生成;第2部分即前臺相連接的PC機后臺，PC機除實現(xiàn)對第一部分控制外，還實現(xiàn)大流量信令測試。　　3.2　VoIP測試模型前臺硬件設(shè)計分析　　由于測試后臺是PC機，在此，這里我們重點分析第1部分前臺模型。如圖2所示。各單元的功能分別如下。　　(1)線路接口單元。該單元支持不同業(yè)務(wù)接口扣板，如FE，GE，POS等款式扣板。常用的線路接口單元板提供8FE接口扣板通訊的標(biāo)準(zhǔn)接口U-TOPIA，通過總線轉(zhuǎn)換單元的邏輯設(shè)置更換也可變?yōu)镻OSPHY3或IXBUS接口，以此可支持更高速率線路接口單元。通過本單元，可完成數(shù)據(jù)發(fā)送到接口板和從接口板接收數(shù)據(jù)的功能，同時提供對內(nèi)自環(huán)和對外環(huán)回(交換)的功能。開發(fā)的接口邏輯包括接收方向的語音通道識別、接收包解包處理，發(fā)送方向的FIFO緩沖，還有PCI接口功能、時鐘模塊、語音損傷等。　　(2)測試報文構(gòu)造單元。該單元硬件主要由邏輯構(gòu)成。該單元分發(fā)送和接收模塊，發(fā)送模塊應(yīng)可根據(jù)用戶終端設(shè)置產(chǎn)生不同類型數(shù)據(jù)，并組裝成相應(yīng)格式的信元或包，發(fā)送到總線轉(zhuǎn)換單元并通過線路接口單元發(fā)送到被測設(shè)備;同時發(fā)送模塊還根據(jù)需要產(chǎn)生錯誤的數(shù)據(jù)、丟失數(shù)據(jù)或插入數(shù)據(jù)，并對發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計。接收分析模塊從總線轉(zhuǎn)換單元接口接收數(shù)據(jù)，按相應(yīng)的格式解析出包，對數(shù)據(jù)的正確性進(jìn)行驗證，并統(tǒng)計不同種類的數(shù)據(jù)的數(shù)目，并對包的延時進(jìn)行統(tǒng)計。　　(3)DSP處理單元主要應(yīng)用于VoIP的語音編解碼(根據(jù)G.711/G.723協(xié)議等)。該單元提供基于IP語音包的軟硬件解決方案，可以靈活支持高密度的VoIP等業(yè)務(wù)，實現(xiàn)語音壓縮、回波抵消、靜音抑制、提供DTMF單音測試等功能，完成MGCP協(xié)議，從而支持VoIP、FoIP、MoIP等測試技術(shù)應(yīng)用。

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