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VoIP測試模型研究

IP語音(voice over IP，VoIP)應用越來越普及，常見VoIP測試模型應用包括：測試VoIP網關、VoIP PBX、網關控制器(gatekeeper)、代理對講服務器、媒體網關控制器、軟交換機和其它網間網關和WAN設備、VoIP會議電話測試。確定開發容量、功能、性能、互操作性和特性。測試傳統電信網絡與新型基于包的網絡之間的接口。證明呼叫計賬(call accounting)、語音消息和會議對講服務器的功能和容量。VoIP測試模型提供了用于生成和終結VoIP信令和傳輸流的以太網端口。　　目前基于電路交換的電信網絡正向基于分組交換的IP網絡演進。軟交換技術、下一代網絡(NGN)以及在NGN的框架下，同時支持固定接入和移動接入的IP多媒體業務的子系統(IP multimedia subsystem，IMS)，都以IP為核心展開的業務，同時在相當長的一段時間內，語音仍然將是電信的核心業務，而研究基于IP網絡的語音測試參數研究及模型實現，正是在此背景下進行的積極性探索[1]。　　1、VoIP模型特性參數　　1.1　VoIP測試模型應具備的常見特性[2-8] 　　(1)相關物理特性。應有多個標準的以太網口，每個網口具備LINK/ACTIVE和SPEED指示燈顯示。　　(2)VoIP主要測試指標特性。利用PESQ執行對每個呼叫的語音質量測試;能發送和接收信號音、語音、檢測和轉發DTMF信號音;能對測試指定的具體話音進行模擬IP網絡損傷，包括時延、抖動、亂序、丟包等測試;每個測試模型上生成和結束多路VoIP的同時呼叫;生成對媒體網關控制器、網關或轉交換機的呼叫建立。驗證在呼叫持續時間內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簽。　　(3)VoIP協議測試特性。應具備用會話啟動協議(session initiation protocol，SIP)、媒體網關控制協議(media gateway control protocol，MGCP)、H.323或媒體網關控制(media gateway control，MGACO)協議產生VoIP呼叫測試功能;提供IP網絡的二三層線速流量測試。　　(4)二次測試開發平臺特性。支持多路VoIP靈活的呼叫排序測試;基于產品測試需要，可靈活定制協議;支持TCL腳本自動測試，自動與連續地采集測試結果。　　(5)完善的測試報告結果。模型應產生詳細的呼叫錯誤報告，包括不成功的順序或信息。并且用表格和圖形顯示結果;為驗證或分析監聽任意通道;利用信息類型或信息報頭過濾所顯示的協議信息。　　1.2　VoIP測試性能參數意義[9] 　　1.2.1　時延　　時延是指數據從源端到終端所需要的時間，對于交互式語音通信系統，增加時延會讓通話雙方感覺發話者說話遲疑，也會造成回音，因此對于VoIP系統，時延一般控制在150ms內。在VoIP系統中，時延一般為如下構成：(1)分組封裝及發送時延。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，主要由設備硬件完成，該時延較小，主要涉及下節介紹的輸入信號預處理、自動校正分析技術;第2部分是由RTP分組所封裝的語音數據字節數所決定;分組發送時延是指將分組數據串行發送物理鏈路所需要時間，由分組數據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)排隊及轉發時延。排隊及轉發時延指分組數據在IP網絡節點(交換機或路由器等)排隊，以及從一端口向另一端口轉發所帶來的時延，這是總的傳輸延遲重要構成部分。　　1.2.2　抖動　　與傳統的PSTN網絡不同，PSTN是以固定速率(64kbit/s)進行數據傳輸，而IP數據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，導致同一VoIP的數據包之間會又不同的時延，由此產生了抖動。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，一般可通過設備中的緩沖來解決，該VoIP性能指標是必測項。　　2、IP語音流性能參數分析　　IP語音性能參數主要針對VoIP的語音編解碼A/D、D/A(如：G.711、G.723等)[2-8]進行分析，即它是針對語音流進行分析，IP語音性能參數直接會導致VoIP的延遲、抖動、語音失真等。　　線性預測合成分析濾波器定義為：　　激勵是通過濾波器舒適噪聲產生的。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性能參數測試驗證實現[11] 　　3.1　VoIP測試實現模型分析　　由前面分析可知，VoIP一般性能參數有：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來構造處理語音流。所以，VoIP的信令流和語音流必須實現，為此我們設計了一種實現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機除實現對第一部分控制外，還實現大流量信令測試。　　3.2　VoIP測試模型前臺硬件設計分析　　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。該單元支持不同業務接口扣板，如FE，GE，POS等款式扣板。常用的線路接口單元板提供8FE接口扣板通訊的標準接口U-TOPIA，通過總線轉換單元的邏輯設置更換也可變為POSPHY3或IXBUS接口，以此可支持更高速率線路接口單元。通過本單元，可完成數據發送到接口板和從接口板接收數據的功能，同時提供對內自環和對外環回(交換)的功能。開發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)測試報文構造單元。該單元硬件主要由邏輯構成。該單元分發送和接收模塊，發送模塊應可根據用戶終端設置產生不同類型數據，并組裝成相應格式的信元或包，發送到總線轉換單元并通過線路接口單元發送到被測設備;同時發送模塊還根據需要產生錯誤的數據、丟失數據或插入數據，并對發送的數據進行統計。接收分析模塊從總線轉換單元接口接收數據，按相應的格式解析出包，對數據的正確性進行驗證，并統計不同種類的數據的數目，并對包的延時進行統計。　　(3)DSP處理單元主要應用于VoIP的語音編解碼(根據G.711/G.723協議等)。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等業務，實現語音壓縮、回波抵消、靜音抑制、提供DTMF單音測試等功能，完成MGCP協議，從而支持VoIP、FoIP、MoIP等測試技術應用。

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