利用質(zhì)量管理覆蓋系統(tǒng)應(yīng)對VoIP的QoS問題

人們對IP網(wǎng)絡(luò)的語音質(zhì)量越來越關(guān)注，因而對質(zhì)量機(jī)制需要的標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)也更加重視。質(zhì)量監(jiān)控和先進(jìn)的實(shí)時算法需要標(biāo)準(zhǔn)化的架構(gòu)，在這種架構(gòu)中質(zhì)量的衡量數(shù)據(jù)可以在端點(diǎn)間交換，還能與質(zhì)量監(jiān)控代理進(jìn)行通信以實(shí)現(xiàn)更全面的分析。目前，有許多種架構(gòu)和技術(shù)可用來實(shí)現(xiàn)該功能。對核心運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)來說，在任何大規(guī)模的下一代質(zhì)量保證體系可被實(shí)施前，都需要一個標(biāo)準(zhǔn)化的質(zhì)量架構(gòu)。本文介紹了最主要的一些質(zhì)量架構(gòu)問題，這些問題涉及到IP網(wǎng)絡(luò)及現(xiàn)有電路交換和蜂窩網(wǎng)絡(luò)。

‘質(zhì)量覆蓋’需求

過去，IP服務(wù)質(zhì)量(QoS)機(jī)制的目標(biāo)一直是確保特定服務(wù)具有特定的服務(wù)水平。這些QoS機(jī)制試圖保證最小的吞吐量速率或最長的延遲時間，它們還提供了一種用于優(yōu)先處理某類顧客或某類業(yè)務(wù)的框架。這些QoS機(jī)制不能保證完全不出錯的環(huán)境，也不能確保網(wǎng)絡(luò)沒有丟包或抖動。

因此，QoS機(jī)制一般并不保證對語音和視頻等實(shí)時應(yīng)用提供高品質(zhì)的用戶體驗(yàn)。另外，當(dāng)出現(xiàn)服務(wù)質(zhì)量劣化時，它們也不采取補(bǔ)救措施。這些方法所缺失的另一個關(guān)鍵之處是沒有對信令層的監(jiān)視，而整個網(wǎng)絡(luò)需要利用信令層建立和維持用戶連接。在當(dāng)今復(fù)雜的IP網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲�，一個用戶連接要橫跨10個或更多個不同“網(wǎng)絡(luò)”才能建立完整通道的情況并不少見。這些不同的網(wǎng)絡(luò)可能涉及IP或異步傳輸模式(ATM)技術(shù)、公共交換電話網(wǎng)(PSTN)以及各種蜂窩射頻空中接口。

為了更有效地處理上述問題以及網(wǎng)絡(luò)間的各種切換問題，需要一個完善的質(zhì)量架構(gòu)�，F(xiàn)有機(jī)制一般局限于分配帶寬并最小化延時，所以是很不夠的。建立一套完整和高質(zhì)量的架構(gòu)要求在整個網(wǎng)絡(luò)和跨越不同服務(wù)供應(yīng)商邊界的地方部署分布式智能。使網(wǎng)絡(luò)端點(diǎn)具有智能是實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)的第一步。

端點(diǎn)設(shè)備

在任何電話通話中最容易想到的端點(diǎn)設(shè)備是話機(jī)。也很容易將兩個IP話機(jī)設(shè)想為通話中的兩個端點(diǎn)。除了通話本身外，這些IP話機(jī)還可以提供有關(guān)通話質(zhì)量的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。但是端點(diǎn)定義應(yīng)擴(kuò)展到涉及任何媒體或任何技術(shù)的整個通信基礎(chǔ)架構(gòu)內(nèi)的任一點(diǎn)，包括線纜、PSTN、無線及協(xié)議或編碼發(fā)生改變的地方。按此定義，所有網(wǎng)關(guān)和代碼轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)都可被視為端點(diǎn)。為便于討論，圖1提供了端點(diǎn)圖解。

圖1：IP網(wǎng)絡(luò)端點(diǎn)示意圖。

IP話機(jī)和無線手機(jī)內(nèi)的智能提供了用戶體驗(yàn)最可靠和最直觀的指示，因?yàn)樗�是最接近用戶的監(jiān)控點(diǎn)，分組和內(nèi)容受損數(shù)據(jù)都在此接入。在IP話機(jī)情況下，很容易通過IP網(wǎng)絡(luò)獲得統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。有各種協(xié)議可實(shí)現(xiàn)此目的 (見本文末尾的補(bǔ)充說明：“用于編譯IP網(wǎng)絡(luò)上用戶體驗(yàn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的協(xié)議”)。在手機(jī)應(yīng)用場合，質(zhì)量衡量指標(biāo)可當(dāng)作數(shù)據(jù)發(fā)送，而且在目前的蜂窩網(wǎng)絡(luò)上傳送時只需很小的帶寬。

PSTN的設(shè)計(jì)使得普通老式電話服務(wù)(POTS)電話機(jī)無法提供質(zhì)量報(bào)告，因?yàn)檫@種設(shè)備沒有相應(yīng)的數(shù)據(jù)通道。在大多數(shù)情況下這并非必須，因?yàn)?kHz POTS語音信道具有延時固定的專用帶寬。但這并不是說這種環(huán)境下沒有問題；只是沒有辦法收集用戶服務(wù)質(zhì)量體驗(yàn)的衡量數(shù)據(jù)。在很大程度上POTS是一種“開/關(guān)”設(shè)備，或者工作，或者不工作。

在目前的通信領(lǐng)域內(nèi)，一部話機(jī)呼叫另一部話機(jī)需要經(jīng)過多個網(wǎng)關(guān)。例如，一個先進(jìn)數(shù)字家庭的IP電話可能要撥打到遙遠(yuǎn)而質(zhì)樸的鄉(xiāng)村。所有這些復(fù)雜的連接都要涉及多種網(wǎng)關(guān)。有時，這些網(wǎng)關(guān)需要完成將PSTN中的傳統(tǒng)電話交換技術(shù)轉(zhuǎn)換為IP技術(shù)的復(fù)雜任務(wù)。在這種情況，PSTN和IP連接都將被有效終結(jié)，網(wǎng)關(guān)處于理想的位置，可報(bào)告兩個方向的語音質(zhì)量。

隨著移動網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，有許多語音編碼技術(shù)被開發(fā)出來。這一發(fā)展過程目前仍在繼續(xù)，有許多新的編解碼器仍在開發(fā)中。當(dāng)一個特定移動網(wǎng)絡(luò)的用戶想同另一個也許是不同無線、寬帶甚至PSTN網(wǎng)絡(luò)用戶通話時，可能就需要代碼轉(zhuǎn)換。這一轉(zhuǎn)換過程需要將語音數(shù)據(jù)包先分割然后再重組。這是網(wǎng)絡(luò)中另一處可借助免打擾方式實(shí)施質(zhì)量監(jiān)控的地方。

上述用戶質(zhì)量監(jiān)控功能需要免打擾技術(shù)，這種技術(shù)本身不會過多地影響用戶體驗(yàn)，也不會給端點(diǎn)設(shè)備增加處理負(fù)擔(dān)。數(shù)字信號處理器(DSP)是實(shí)現(xiàn)這種可擴(kuò)展處理功能的最常用技術(shù)。由于DSP的可編程性和靈活性，它非常適合目前通信基礎(chǔ)設(shè)施正在發(fā)生的變化。隨著新編解碼器的推出以及為了滿足新應(yīng)用需求而做的各種特性和功能開發(fā)，DSP的靈活性將得以很好地利用。

質(zhì)量管理系統(tǒng)

除了在端點(diǎn)收集的質(zhì)量數(shù)據(jù)外，還可在網(wǎng)絡(luò)中部署探測裝置以收集和分析各種質(zhì)量數(shù)據(jù)。歷史上，這些質(zhì)量數(shù)據(jù)常用于查錯。在網(wǎng)絡(luò)中策略性部署的有源或無源探測裝置可用來捕獲查錯所需的數(shù)據(jù)。目前，這些探測裝置可以做成軟件被嵌入到端點(diǎn)內(nèi)，從而支持更全面和更實(shí)時的故障隔離，并以經(jīng)濟(jì)和可擴(kuò)展的方式監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)邊緣的性能。另外，當(dāng)檢測到某些故障時，可將專門的探測代理下載進(jìn)端點(diǎn)。

無論是從端點(diǎn)還是從網(wǎng)絡(luò)探測裝置的角度看，設(shè)備供應(yīng)商和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商都可以從多種協(xié)議中選取某種協(xié)議來報(bào)告質(zhì)量數(shù)據(jù)。為此目的，目前正在開發(fā)新的標(biāo)準(zhǔn)，而現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)也在升級。另外，用于IP網(wǎng)絡(luò)的新型質(zhì)量管理覆蓋系統(tǒng)正在迅速發(fā)展，它能從智能端點(diǎn)收集實(shí)時語音或視頻服務(wù)的質(zhì)量信息。這類質(zhì)量管理覆蓋系統(tǒng)可對通話質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行專家分析，并且可被集成進(jìn)基于現(xiàn)有SNMP的管理架構(gòu)內(nèi)。這些覆蓋質(zhì)量系統(tǒng)可以幫助服務(wù)供應(yīng)商提前確認(rèn)用戶體驗(yàn)質(zhì)量的下降并采取補(bǔ)救措施。

圖2：在IP網(wǎng)絡(luò)上使用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)覆蓋質(zhì)量管理系統(tǒng), 嵌入式軟件代理可實(shí)現(xiàn)質(zhì)量監(jiān)控。

圖2顯示了如何在IP網(wǎng)絡(luò)上使用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)覆蓋質(zhì)量管理系統(tǒng)。圖中顯示了嵌入式軟件探測裝置，如IP話機(jī)中的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)VQMon代理，它們可實(shí)時監(jiān)測通話質(zhì)量。這些代理可生成RTCP XR消息，這些消息每5到10秒就進(jìn)行交換以提供質(zhì)量反饋，并對質(zhì)量進(jìn)行更準(zhǔn)確的評估，因?yàn)槊總�端點(diǎn)都可整合其他端點(diǎn)提供的服務(wù)質(zhì)量信息(如回波水平)。在通話結(jié)束時，SIP QoS 報(bào)告將被發(fā)送至通話質(zhì)量管理系統(tǒng)(如圖2所示Telchemy公司的SQmediator)。屆時，語音質(zhì)量管理器就可通過SNMP向網(wǎng)絡(luò)管理器提供全面的總結(jié)和分析。

目前，可被覆蓋到IP網(wǎng)絡(luò)上的許多質(zhì)量架構(gòu)能力業(yè)已存在。如前所述，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)得到開發(fā)和驗(yàn)證，可以幫助端點(diǎn)有規(guī)律地監(jiān)控并準(zhǔn)確報(bào)告質(zhì)量數(shù)據(jù)�；�于開放標(biāo)準(zhǔn)增強(qiáng)了覆蓋式質(zhì)量架構(gòu)的可擴(kuò)展性，而可擴(kuò)展性是快速擴(kuò)展IP網(wǎng)絡(luò)的一個關(guān)鍵特性。

另外，這種質(zhì)量架構(gòu)必須能夠迅速響應(yīng)不斷變化的條件。實(shí)時查詢端點(diǎn)可以確定故障或服務(wù)劣化的根源，并啟動糾錯行為以便迅速緩解劣化狀態(tài)。網(wǎng)絡(luò)中的中間點(diǎn)可以收集和管理端點(diǎn)生成的質(zhì)量數(shù)據(jù)。當(dāng)然，這種架構(gòu)的部署必須具有成本效益，而且對端點(diǎn)性能的影響可以忽略不計(jì)。

即使質(zhì)量架構(gòu)的每一部分都可獲得，搭建一個處理語音質(zhì)量的架構(gòu)也非一朝一夕之功。規(guī)章制度和私密性問題以及運(yùn)營商間不愿共享質(zhì)量數(shù)據(jù)等問題都將延緩該進(jìn)程。例如，RTCP-XR內(nèi)報(bào)告的哪些參數(shù)確實(shí)被認(rèn)為是私密的，不能被共享？另外，運(yùn)營商A是否允許將質(zhì)量數(shù)據(jù)從他用戶的IP話機(jī)發(fā)送到運(yùn)營商B的IP話機(jī)？或者運(yùn)營商B是否愿意將質(zhì)量數(shù)據(jù)從其會話邊界控制器或網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)傳送至運(yùn)營商C的IP話機(jī)？這些問題都未可知，它們當(dāng)然會對任一種質(zhì)量架構(gòu)的部署速度產(chǎn)生影響。

盡管如此，IP的本質(zhì)以及對更高用戶體驗(yàn)質(zhì)量的渴望已經(jīng)成為推動標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)步以解決這些質(zhì)量問題的驅(qū)動力。這種趨勢很可能得到進(jìn)一步加強(qiáng)。一旦時機(jī)成熟，同一個基礎(chǔ)架構(gòu)將能同時支持語音和視頻通信。

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Sidebar：

用于編譯IP網(wǎng)絡(luò)上用戶體驗(yàn)統(tǒng)計(jì)的協(xié)議

RTCP語音質(zhì)量報(bào)告

1. RTCP-XR(VoIP衡量指標(biāo))或“XR”已在RFC-3611內(nèi)定義，它包括分組丟失率、分組丟棄率、突發(fā)包密度和時長、包間隙密度和時長、環(huán)路延時、末端系統(tǒng)延時、信號電平、噪聲電平、殘留回波反射損耗、MOS收聽質(zhì)量、MOS通話質(zhì)量和抖動信息。例如，TI的PIQUA質(zhì)量技術(shù)就利用了Telchemy公司可以提供MOS分值的VQMon。VQMON為精確測量MOS分值提供了良好的方法。

2. 目前因特網(wǎng)工程任務(wù)組(IETF)正在開發(fā)RTCP HR或“高分辨率”，其目的是根據(jù)運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)中一些應(yīng)用要求，增加用于報(bào)告更高分辨率衡量數(shù)據(jù)的新模塊類型，從而強(qiáng)化現(xiàn)有RTCP XR性能。

會話初始化協(xié)議(SIP)

SIP是可以提供通話結(jié)束后質(zhì)量報(bào)告的眾多協(xié)議之一。借助SIP，語音質(zhì)量信息可在每次通話后被裝入呼叫服務(wù)器用于離線分析和報(bào)告生成。

實(shí)時流媒體協(xié)議(RTSP)

RTSP是一種診斷協(xié)議，遠(yuǎn)程客戶可以利用該協(xié)議設(shè)置和配置一個或多個包括所有可用系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)和診斷的選擇性收集在內(nèi)的診斷流程。診斷流程一旦設(shè)好置后，診斷數(shù)據(jù)流就被送至客戶那里按要求進(jìn)行收集、處理和轉(zhuǎn)發(fā)。可以利用SETUP、PLAY、PAUSE、TEARDOWN、GET_PARAMETER和SET_PARAMETER等標(biāo)準(zhǔn)的RTSP方法對診斷數(shù)據(jù)流進(jìn)行創(chuàng)建和配置。

其他相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

基于信令的報(bào)告：

H.248.30——Megaco擴(kuò)展

H.460.9 Annex B——H.323擴(kuò)展

強(qiáng)制執(zhí)行RTCP XR的標(biāo)準(zhǔn)：

G.799.1——VoIP 中繼網(wǎng)關(guān)規(guī)范

PacketCable 1.5——美國電纜行業(yè)規(guī)范

作者：Alan Clark博士

Telchemy公司創(chuàng)辦者兼首席執(zhí)行官

Frank Fruth

DSP系統(tǒng)部門多媒體應(yīng)用軟件開發(fā)總監(jiān)

John Warner

高密度產(chǎn)品經(jīng)理

德州儀器公司

來源：電子工程專輯