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NGN QoS 探討

2003/08/19

　　NGN（NextGenerationNetwork）網(wǎng)絡(luò )在統一的分組網(wǎng)絡(luò )上提供話(huà)音、數據和多媒體等業(yè)務(wù)。華為公司與運營(yíng)商一起陸續啟動(dòng)了NGN的實(shí)驗和應用，經(jīng)歷了從小容量向大容量過(guò)渡，從實(shí)驗網(wǎng)向商用網(wǎng)過(guò)渡，先后面對過(guò)QoS保證、網(wǎng)絡(luò )安全、管理認證等一系列新的挑戰。針對影響NGN商用部署的關(guān)鍵技術(shù)，華為公司進(jìn)行了系列專(zhuān)題研究，并通過(guò)和運營(yíng)商的合作進(jìn)行了大量的測試、試驗和商用，逐步積累了一些實(shí)施的經(jīng)驗，本文針對其中的關(guān)鍵因素之一“QoS保證”的問(wèn)題進(jìn)行分析和論述，從QoS的評測指標、測試方法、承載網(wǎng)絡(luò )、NGN設備等幾個(gè)方面進(jìn)行探討，希望能夠起到拋磚引玉的作用，有利于NGN的發(fā)展。

1.NGN話(huà)音QoS的指標分析

　　要實(shí)現語(yǔ)音QoS的保證，首先要了解語(yǔ)音QoS的衡量指標。國際上對基于IP的語(yǔ)音QoS一般從呼叫建立時(shí)間、丟包率、抖動(dòng)（延遲變化）、MOS值和端到端時(shí)延幾個(gè)方面來(lái)評價(jià)。

1.1呼叫建立時(shí)間

一般呼叫建立時(shí)間分為四個(gè)等級：0－1s（最好）、1－3s（較好）、3－5s（一般）和大于5s（較差）。

1.2丟包率和抖動(dòng)

一般根據丟包率和抖動(dòng)將網(wǎng)絡(luò )分為三級，見(jiàn)表1。


1.3時(shí)延

　　端到端的時(shí)延要求分成四個(gè)等級：＜＝150ms（最好）、150－250ms（較好）、250－450ms（一般）和450ms以上（差）。

1.4MOS值

　　MOS（MeanOpinionScore）是一種常用的主觀(guān)評價(jià)標準。IP電話(huà)業(yè)務(wù)的MOS定義為四級：4.0－5.0（優(yōu)）、3.5－4.0（良）、3.0－3.5（中）、1.5－3.0（差）、0－1.5（劣）。用戶(hù)滿(mǎn)意度和MOS等級的對應關(guān)系見(jiàn)表2。


2.NGN語(yǔ)音QoS測試方法

　　U－SYS系統在傳輸所的入網(wǎng)測試、中國電信廣東研究院測試、中國聯(lián)通測試、新加坡電信測試、香港運營(yíng)測試、馬來(lái)運營(yíng)商測試中相關(guān)指標都達到了良好的標準。語(yǔ)音QoS的指標如何測試呢？

　　業(yè)界主要有主觀(guān)測試方法和客觀(guān)測試方法兩種，ITU－TP.800定義了MOS的主觀(guān)測試方法，客觀(guān)測試方法主要有：PSQM、MNB、PSQM＋、PAMS99、PESQ等。在ITU－T2001年組織的語(yǔ)音算法測試中證明，PESQ是當前最有效的算法，并作為ITU－TP.862標準。所以U－SYS的幾次測試都是采用了ITU－T的客觀(guān)測試標準P.862（PESQ）來(lái)測試的。

測試過(guò)程

　　以在新加坡電信進(jìn)行的IAD語(yǔ)音質(zhì)量測試為例，當時(shí)采用如下策略：1.采用ITU－T標準推薦的4個(gè)不同的音源文件（2男2女），重復測試10次；2.同一IAD/不同IAD間/IAD－網(wǎng)關(guān)間的語(yǔ)音質(zhì)量；3.各種編解碼算法情況下的語(yǔ)音質(zhì)量；4.在良好網(wǎng)絡(luò )、一般網(wǎng)絡(luò )和較差三種網(wǎng)絡(luò )狀況下的語(yǔ)音質(zhì)量對比。

　　測試了多種組網(wǎng)，按照測試規程配置參數，逐輪開(kāi)展測試。

　　每輪測試原理如下：語(yǔ)音測試儀產(chǎn)生的語(yǔ)音源，通過(guò)模擬用戶(hù)線(xiàn)輸出到IAD；網(wǎng)絡(luò )損傷儀根據測試要求，設置網(wǎng)絡(luò )的丟包、網(wǎng)絡(luò )時(shí)延、抖動(dòng)的參數，IP語(yǔ)音包經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò )損傷儀輸出到TMG；語(yǔ)音測試儀對輸入和輸出的語(yǔ)音信號波形進(jìn)行分析，計算得到PESQ和端到端時(shí)延值。再根據ITU－T定義的PESQ和MOS的轉換算法，計算得到估計MOS值（PESQLQ）。

3.U－SYS部件的QoS保證技術(shù)

　　U－SYS的部件本身主要是從提高帶寬利用率、業(yè)務(wù)優(yōu)先級、低時(shí)延去抖動(dòng)、丟包補償和降低回聲影響等5個(gè)方面，采用合適的編解碼技術(shù)、靜音檢測（VAD）和舒適噪聲（CNG）生成技術(shù)、RTP包頭壓縮技術(shù)、業(yè)務(wù)優(yōu)先級、自適應調節JitterBuffer技術(shù)、丟包補償技術(shù)、回聲消除技術(shù)等來(lái)保證語(yǔ)音QoS質(zhì)量。

4.NGN語(yǔ)音QoS保障的實(shí)施案例

　　以華為公司實(shí)際部署的C4業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò )的一個(gè)應用為例子，整網(wǎng)由兩個(gè)軟交換實(shí)現控制，在各個(gè)城市放置中繼媒體網(wǎng)關(guān)，開(kāi)展長(cháng)途的VoIP業(yè)務(wù)。初期測試結果表明全網(wǎng)語(yǔ)音用G.711編解碼可以提供良好的語(yǔ)音質(zhì)量。但是隨著(zhù)用戶(hù)的增加就發(fā)現了一個(gè)問(wèn)題，G.711的一路呼叫占用了90.4kbit/s帶寬，所以長(cháng)途骨干網(wǎng)絡(luò )2M的帶寬最多支持22個(gè)呼叫，帶寬利用率低，有呼叫擁塞現象。

　　于是對U－SYS的幾種語(yǔ)音壓縮編解碼技術(shù)進(jìn)行了對比分析，并在網(wǎng)上進(jìn)行了測試，結果如下：


　　綜合考慮帶寬占用率和語(yǔ)音質(zhì)量，該網(wǎng)絡(luò )整網(wǎng)調整到使用G.729。

　　為進(jìn)一步節省帶寬，又采用語(yǔ)音激活檢測技術(shù)（VAD）及舒適噪音生成（CNG）技術(shù)，VAD技術(shù)只有當檢測到語(yǔ)音處于活動(dòng)狀態(tài)時(shí)，編碼器的輸出信號才被送到網(wǎng)絡(luò )上，因此節省了帶寬。而在靜音時(shí)段采用CNG技術(shù)，生成與背景噪聲相匹配的較舒適的靜音，避免了用戶(hù)有不自然的交談感覺(jué)，保證通話(huà)質(zhì)量。實(shí)際測試結果如表4，采用G.72920ms打包＋VAD技術(shù)節省了近75％的帶寬。


　　接著(zhù)發(fā)現了新的問(wèn)題，因為G.729對語(yǔ)音流進(jìn)行了壓縮，MRS不能根據RTP提供帶內收號功能，影響卡號業(yè)務(wù)，經(jīng)過(guò)調測，TMG8010設備、MRS6000實(shí)現RFC2833帶外收號功能，順利解決了該問(wèn)題。

　　隨著(zhù)商用業(yè)務(wù)增多，引入了IAD、智能終端E－PHONE等。又發(fā)現了新的問(wèn)題，部分廠(chǎng)家提供的這些終端不支持G.729，導致呼叫不成功。再次經(jīng)過(guò)分析和測試，SoftX3000上采用靈活的配置，網(wǎng)絡(luò )缺省優(yōu)選G.729，當出現個(gè)別終端不能支持G.729時(shí)，自動(dòng)匹配到終端之間最佳的編解碼能力如G.723或G.711，保證了互通和語(yǔ)音質(zhì)量。

　　還有一些其他案例，如與國內某運營(yíng)商進(jìn)行了IP超市業(yè)務(wù)的商用部署，解決NAT穿透情況下如何提供QoS保證；與香港運營(yíng)商配合在xDSL上開(kāi)展NGN業(yè)務(wù)，通過(guò)接入控制實(shí)施QoS保證；與新加坡運營(yíng)商一起測試了防火墻穿透、NAT穿透之后業(yè)務(wù)的QoS保證，滿(mǎn)足企業(yè)網(wǎng)部署IPCENTREX業(yè)務(wù)的需要。

　　總之，商用部署NGN業(yè)務(wù)可以根據實(shí)際組網(wǎng)情況和業(yè)務(wù)開(kāi)展的需要來(lái)有針對性的進(jìn)行分析和逐步優(yōu)化，達到最佳效果。

5.承載網(wǎng)絡(luò )的QoS保證

5.1NGN網(wǎng)絡(luò )規劃和管理很重要：帶寬保證

　　如某運營(yíng)商在部署U－SYS系統初期，規劃沒(méi)有充分考慮安全、QoS保證，網(wǎng)上出現了NGN設備被數據用戶(hù)攻擊，以及NGN業(yè)務(wù)擁塞的情況。針對上述問(wèn)題，我們?yōu)槠涑休d網(wǎng)進(jìn)行了整網(wǎng)的重新規劃，如下圖：

　　重新規劃時(shí)，重點(diǎn)考慮了安全性和QoS保證。將NGN網(wǎng)絡(luò )做成一個(gè)獨立的網(wǎng)絡(luò )，采用VLAN＋MPLS－VPN技術(shù)將NGN網(wǎng)絡(luò )和普通的數據網(wǎng)絡(luò )在邏輯上分割開(kāi)。在骨干網(wǎng)上通過(guò)MPLS－VPN將NGN網(wǎng)絡(luò )和其他數據流隔離開(kāi)，在本地網(wǎng)絡(luò )上通過(guò)VLAN將NGN網(wǎng)絡(luò )和其他網(wǎng)絡(luò )隔離開(kāi)。

　　帶寬保證：重新根據用戶(hù)業(yè)務(wù)發(fā)展計劃，計算了所有業(yè)務(wù)對接入、骨干各個(gè)環(huán)節帶寬的需求，并預留一定的帶寬作為規劃帶寬。

　　優(yōu)先級別保證：在核心網(wǎng)絡(luò )上通過(guò)diffserv來(lái)部署全網(wǎng)的QoS，在L2上通過(guò)802.1P來(lái)保證優(yōu)先轉發(fā)NGN的數據流。

　　根據設備提供的統計、告警、日志功能，不斷的發(fā)現瓶頸和及時(shí)優(yōu)化。

　　這個(gè)例子表明，根據網(wǎng)絡(luò )現有情況，通過(guò)合理的規劃，以最小的調整，可以通過(guò)現有的技術(shù)和資源來(lái)避免非法攻擊和盜用，以及實(shí)施QoS保證。

5.2接入控制

　　另一方面，接入控制對QoS保證也非常重要，如在香港某運營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò )上部署NGN時(shí)，發(fā)生了盜用端口和業(yè)務(wù)的問(wèn)題，經(jīng)過(guò)分析網(wǎng)絡(luò )實(shí)際情況，在改動(dòng)最小的情況上設計了如下方案。通過(guò)PPPOE賬號的識別，在BAS設備上進(jìn)行了訪(fǎng)問(wèn)控制、帶寬控制，達到了接入控制的效果，保證了承載網(wǎng)的QoS和防止了盜用。

5.3“IP電信網(wǎng)絡(luò )”的概念

　　由于現有的IP網(wǎng)絡(luò )不是面向承載實(shí)時(shí)性的電信業(yè)務(wù)所設計，完全解決QoS問(wèn)題還有賴(lài)于“IP電信網(wǎng)”這樣新的網(wǎng)絡(luò )架構下的QoS技術(shù)方案的推出。“IP電信網(wǎng)”就是要通過(guò)加強對IP網(wǎng)絡(luò )設備的控制，更容易在整網(wǎng)實(shí)施QoS控制，讓IP網(wǎng)絡(luò )來(lái)達到承載電信業(yè)務(wù)的能力。

　　2003年7月，在日內瓦舉行的ITU－TSG13（國際電聯(lián)電信標準部門(mén)研究組13－多協(xié)議、基于IP網(wǎng)絡(luò )以及互通.）2001－2004研究期第4次全會(huì )上，中國電信和華為公司共同提交了D351《一種電信級的QoS方案框架－IP骨干網(wǎng)》和D350《一種電信級的QoS方案框架－IP接入網(wǎng)》兩篇關(guān)于QoS的文稿。這兩篇文稿分別定義了在IP骨干網(wǎng)和IP接入網(wǎng)中實(shí)施電信級QoS技術(shù)的框架、結構和需求。會(huì )議指定華為公司作為標準Y.123.QoS的起草人。大會(huì )同時(shí)還決定將這兩篇文稿作為下一個(gè)研究期內開(kāi)展在NGN中提供端到端QoS技術(shù)研究的基礎。

6.結語(yǔ)

　　經(jīng)過(guò)多年的研究、試驗和試商用，NGN已經(jīng)從概念走向了現實(shí)，但是，NGN要真正成為電信網(wǎng)絡(luò )的主體，還需要在實(shí)踐中解決實(shí)際網(wǎng)絡(luò )環(huán)境下出現的諸多問(wèn)題，這將是一個(gè)理論和實(shí)踐相結合的系統工程。

　　華為公司的U－SYSNGN解決方案自推出以來(lái)，先后承建中國衛通全國NGN項目（覆蓋150個(gè)城市）、文萊全網(wǎng)網(wǎng)改項目（全網(wǎng)14萬(wàn)線(xiàn)）、中國網(wǎng)通集南方部分分公司NGN項目以及英國電信（BT）C4項目，通過(guò)了包括軟交換、中繼網(wǎng)關(guān)和信令網(wǎng)關(guān)在內的信產(chǎn)部進(jìn)網(wǎng)測試以及中國電信、中國聯(lián)通、新加坡電信、馬來(lái)電信等運營(yíng)商的嚴格測試。通過(guò)這一系列與海內外多家運營(yíng)商的廣泛合作和實(shí)踐探索，華為公司在NGN的商用技術(shù)領(lǐng)域取得了飛速發(fā)展，成為國內領(lǐng)先、國際一流的NGN解決方案和產(chǎn)品供應商。

　　華為公司希望能夠與運營(yíng)商以及價(jià)值鏈上的其它合作伙伴一道，展開(kāi)進(jìn)一步的合作，共同促進(jìn)NGN的成熟和發(fā)展，為產(chǎn)業(yè)的明天一起奮斗。

中國信息產(chǎn)業(yè)網(wǎng)(www.cnii.com.cn)

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