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VoIP测试模型研究

IP语音(voice over IP，VoIP)应用越来越普及，常见VoIP测试模型应用包括：测试VoIP网关、VoIP PBX、网关控制器(gatekeeper)、代理对讲服务器、媒体网关控制器、软交换机和其它网间网关和WAN设备、VoIP会议电话测试。确定开发容量、功能、性能、互操作性和特性。测试传统电信网络与新型基于包的网络之间的接口。证明呼叫计账(call accounting)、语音消息和会议对讲服务器的功能和容量。VoIP测试模型提供了用于生成和终结VoIP信令和传输流的以太网端口。　　目前基于电路交换的电信网络正向基于分组交换的IP网络演进。软交换技术、下一代网络(NGN)以及在NGN的框架下，同时支持固定接入和移动接入的IP多媒体业务的子系统(IP multimedia subsystem，IMS)，都以IP为核心展开的业务，同时在相当长的一段时间内，语音仍然将是电信的核心业务，而研究基于IP网络的语音测试参数研究及模型实现，正是在此背景下进行的积极性探索[1]。　　1、VoIP模型特性参数　　1.1　VoIP测试模型应具备的常见特性[2-8] 　　(1)相关物理特性。应有多个标准的以太网口，每个网口具备LINK/ACTIVE和SPEED指示灯显示。　　(2)VoIP主要测试指标特性。利用PESQ执行对每个呼叫的语音质量测试;能发送和接收信号音、语音、检测和转发DTMF信号音;能对测试指定的具体话音进行模拟IP网络损伤，包括时延、抖动、乱序、丢包等测试;每个测试模型上生成和结束多路VoIP的同时呼叫;生成对媒体网关控制器、网关或转交换机的呼叫建立。验证在呼叫持续时间内语音路径是否建立和保持。测量延时、呼叫建立时间、丢失包、乱序包、抖动、BHCA和呼叫完成;提供测试报文时间标签。　　(3)VoIP协议测试特性。应具备用会话启动协议(session initiation protocol，SIP)、媒体网关控制协议(media gateway control protocol，MGCP)、H.323或媒体网关控制(media gateway control，MGACO)协议产生VoIP呼叫测试功能;提供IP网络的二三层线速流量测试。　　(4)二次测试开发平台特性。支持多路VoIP灵活的呼叫排序测试;基于产品测试需要，可灵活定制协议;支持TCL脚本自动测试，自动与连续地采集测试结果。　　(5)完善的测试报告结果。模型应产生详细的呼叫错误报告，包括不成功的顺序或信息。并且用表格和图形显示结果;为验证或分析监听任意通道;利用信息类型或信息报头过滤所显示的协议信息。　　1.2　VoIP测试性能参数意义[9] 　　1.2.1　时延　　时延是指数据从源端到终端所需要的时间，对于交互式语音通信系统，增加时延会让通话双方感觉发话者说话迟疑，也会造成回音，因此对于VoIP系统，时延一般控制在150ms内。在VoIP系统中，时延一般为如下构成：(1)分组封装及发送时延。分组封装时延主要由2部分组成，第1部分是语音编解码的A/D及D/A变换，主要由设备硬件完成，该时延较小，主要涉及下节介绍的输入信号预处理、自动校正分析技术;第2部分是由RTP分组所封装的语音数据字节数所决定;分组发送时延是指将分组数据串行发送物理链路所需要时间，由分组数据长度以及链路传输速率决定。(2)传播时延。传播时延是指VoIP信号经过物理载体(铜线或光纤等)，由物理载体的长度带来的延迟。(3)排队及转发时延。排队及转发时延指分组数据在IP网络节点(交换机或路由器等)排队，以及从一端口向另一端口转发所带来的时延，这是总的传输延迟重要构成部分。　　1.2.2　抖动　　与传统的PSTN网络不同，PSTN是以固定速率(64kbit/s)进行数据传输，而IP数据包之间由于选择路由不同，而不同路由间存在不同时延等因素，导致同一VoIP的数据包之间会又不同的时延，由此产生了抖动。在VoIP中，如同时延一样是不能完全消除的，只能控制在一定范围内，一般可通过设备中的缓冲来解决，该VoIP性能指标是必测项。　　2、IP语音流性能参数分析　　IP语音性能参数主要针对VoIP的语音编解码A/D、D/A(如：G.711、G.723等)[2-8]进行分析，即它是针对语音流进行分析，IP语音性能参数直接会导致VoIP的延迟、抖动、语音失真等。　　线性预测合成分析滤波器定义为：　　激励是通过滤波器舒适噪声产生的。L是激励长度，通常说它等于帧长。对于跟随第1个激活帧的未激活帧，L等于最后帧长减去模数M。所以，被合成滤波器输出的第1个抽样M往往被丢弃。　　3、一种VoIP性能参数测试验证实现[11] 　　3.1　VoIP测试实现模型分析　　由前面分析可知，VoIP一般性能参数有：时延、抖动、带宽、丢包率等，并且IP语音流性能分析的验证也需要DSP来构造处理语音流。所以，VoIP的信令流和语音流必须实现，为此我们设计了一种实现VoIP测试模型。该测试模型主要有2部分(见图1)：第1部分即VoIP测试前台模型，主要实现语音包及IP测试报文生成;第2部分即前台相连接的PC机后台，PC机除实现对第一部分控制外，还实现大流量信令测试。　　3.2　VoIP测试模型前台硬件设计分析　　由于测试后台是PC机，在此，这里我们重点分析第1部分前台模型。如图2所示。各单元的功能分别如下。　　(1)线路接口单元。该单元支持不同业务接口扣板，如FE，GE，POS等款式扣板。常用的线路接口单元板提供8FE接口扣板通讯的标准接口U-TOPIA，通过总线转换单元的逻辑设置更换也可变为POSPHY3或IXBUS接口，以此可支持更高速率线路接口单元。通过本单元，可完成数据发送到接口板和从接口板接收数据的功能，同时提供对内自环和对外环回(交换)的功能。开发的接口逻辑包括接收方向的语音通道识别、接收包解包处理，发送方向的FIFO缓冲，还有PCI接口功能、时钟模块、语音损伤等。　　(2)测试报文构造单元。该单元硬件主要由逻辑构成。该单元分发送和接收模块，发送模块应可根据用户终端设置产生不同类型数据，并组装成相应格式的信元或包，发送到总线转换单元并通过线路接口单元发送到被测设备;同时发送模块还根据需要产生错误的数据、丢失数据或插入数据，并对发送的数据进行统计。接收分析模块从总线转换单元接口接收数据，按相应的格式解析出包，对数据的正确性进行验证，并统计不同种类的数据的数目，并对包的延时进行统计。　　(3)DSP处理单元主要应用于VoIP的语音编解码(根据G.711/G.723协议等)。该单元提供基于IP语音包的软硬件解决方案，可以灵活支持高密度的VoIP等业务，实现语音压缩、回波抵消、静音抑制、提供DTMF单音测试等功能，完成MGCP协议，从而支持VoIP、FoIP、MoIP等测试技术应用。

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