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VoIP测试模型研究

时间:2008-05-29

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LF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。

①输入信号预处理。输入信号预处理主要指在IP语音信号进行A/D转换前,使输入信号经高通IIR滤波器处理,可先滤除未定义频率的杂音信号,该高通滤波器定义为

(1)

②自动校正分析。设普通自动校正系数为rm,基于预处理信号且帧能量为E的8kHz抽样率,则相应语音A/D转换的自动校正窗口定义为

(2)

③反射系数补偿。该反射系数主要用于VoIP的VAD(静音检测)技术,提高VoIP语音质量。通过设置有效门限能消除信道噪音。普通和连续型之间的均方误差自动校正系数是按照(3)式进行补偿的。

(3)

(3)式中,如d小于调整门限Th,而且最后一帧未激活,则平均系数用于反射系数补偿;否则连续系数rm(i)则被使用,而门限值Th由每帧按照如下算法决定 

该算法含义为已预设静音检测(VAD),则该消除噪音门限值为O;否则消除噪音门限值按照此系数计算(与抽样率及包长相关),超过O.06的则按O.06计算。

④LP synthesis线性预测合成分析滤波器[10]。根据下面激励计算得到:

反射系数转可换成预测系数为

    

(4)

(5)

线性预测合成分析滤波器定义为:

(6)

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。