利用質(zhì)量管理覆蓋系統應對VoIP的QoS問(wèn)題

2008/04/08

圖1：IP網(wǎng)絡(luò )端點(diǎn)示意圖。

　　IP話(huà)機和無(wú)線(xiàn)手機內的智能提供了用戶(hù)體驗最可靠和最直觀(guān)的指示，因為它是最接近用戶(hù)的監控點(diǎn)，分組和內容受損數據都在此接入。在IP話(huà)機情況下，很容易通過(guò)IP網(wǎng)絡(luò )獲得統計數據。有各種協(xié)議可實(shí)現此目的 (見(jiàn)本文末尾的補充說(shuō)明：“用于編譯IP網(wǎng)絡(luò )上用戶(hù)體驗統計數據的協(xié)議”)。在手機應用場(chǎng)合，質(zhì)量衡量指標可當作數據發(fā)送，而且在目前的蜂窩網(wǎng)絡(luò )上傳送時(shí)只需很小的帶寬。

　　PSTN的設計使得普通老式電話(huà)服務(wù)(POTS)電話(huà)機無(wú)法提供質(zhì)量報告，因為這種設備沒(méi)有相應的數據通道。在大多數情況下這并非必須，因為4kHz POTS語(yǔ)音信道具有延時(shí)固定的專(zhuān)用帶寬。但這并不是說(shuō)這種環(huán)境下沒(méi)有問(wèn)題；只是沒(méi)有辦法收集用戶(hù)服務(wù)質(zhì)量體驗的衡量數據。在很大程度上POTS是一種“開(kāi)/關(guān)”設備，或者工作，或者不工作。

　　在目前的通信領(lǐng)域內，一部話(huà)機呼叫另一部話(huà)機需要經(jīng)過(guò)多個(gè)網(wǎng)關(guān)。例如，一個(gè)先進(jìn)數字家庭的IP電話(huà)可能要撥打到遙遠而質(zhì)樸的鄉村。所有這些復雜的連接都要涉及多種網(wǎng)關(guān)。有時(shí)，這些網(wǎng)關(guān)需要完成將PSTN中的傳統電話(huà)交換技術(shù)轉換為IP技術(shù)的復雜任務(wù)。在這種情況，PSTN和IP連接都將被有效終結，網(wǎng)關(guān)處于理想的位置，可報告兩個(gè)方向的語(yǔ)音質(zhì)量。

　　隨著(zhù)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )的發(fā)展，有許多語(yǔ)音編碼技術(shù)被開(kāi)發(fā)出來(lái)。這一發(fā)展過(guò)程目前仍在繼續，有許多新的編解碼器仍在開(kāi)發(fā)中。當一個(gè)特定移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )的用戶(hù)想同另一個(gè)也許是不同無(wú)線(xiàn)、寬帶甚至PSTN網(wǎng)絡(luò )用戶(hù)通話(huà)時(shí)，可能就需要代碼轉換。這一轉換過(guò)程需要將語(yǔ)音數據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)量監控的地方。

　　上述用戶(hù)質(zhì)量監控功能需要免打擾技術(shù)，這種技術(shù)本身不會(huì )過(guò)多地影響用戶(hù)體驗，也不會(huì )給端點(diǎn)設備增加處理負擔。數字信號處理器(DSP)是實(shí)現這種可擴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設施正在發(fā)生的變化。隨著(zhù)新編解碼器的推出以及為了滿(mǎn)足新應用需求而做的各種特性和功能開(kāi)發(fā)，DSP的靈活性將得以很好地利用。

質(zhì)量管理系統

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

　　無(wú)論是從端點(diǎn)還是從網(wǎng)絡(luò )探測裝置的角度看，設備供應商和網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商都可以從多種協(xié)議中選取某種協(xié)議來(lái)報告質(zhì)量數據。為此目的，目前正在開(kāi)發(fā)新的標準，而現有的標準也在升級。另外，用于IP網(wǎng)絡(luò )的新型質(zhì)量管理覆蓋系統正在迅速發(fā)展，它能從智能端點(diǎn)收集實(shí)時(shí)語(yǔ)音或視頻服務(wù)的質(zhì)量信息。這類(lèi)質(zhì)量管理覆蓋系統可對通話(huà)質(zhì)量數據進(jìn)行專(zhuān)家分析，并且可被集成進(jìn)基于現有SNMP的管理架構內。這些覆蓋質(zhì)量系統可以幫助服務(wù)供應商提前確認用戶(hù)體驗質(zhì)量的下降并采取補救措施。

圖2：在IP網(wǎng)絡(luò )上使用行業(yè)標準覆蓋質(zhì)量管理系統, 嵌入式軟件代理可實(shí)現質(zhì)量監控。

　　圖2顯示了如何在IP網(wǎng)絡(luò )上使用行業(yè)標準覆蓋質(zhì)量管理系統。圖中顯示了嵌入式軟件探測裝置，如IP話(huà)機中的行業(yè)標準VQMon代理，它們可實(shí)時(shí)監測通話(huà)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)行更準確的評估，因為每個(gè)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(huà)結束時(shí)，SIP QoS 報告將被發(fā)送至通話(huà)質(zhì)量管理系統(如圖2所示Telchemy公司的SQmediator)。屆時(shí)，語(yǔ)音質(zhì)量管理器就可通過(guò)SNMP向網(wǎng)絡(luò )管理器提供全面的總結和分析。

　　目前，可被覆蓋到IP網(wǎng)絡(luò )上的許多質(zhì)量架構能力業(yè)已存在。如前所述，行業(yè)標準已經(jīng)得到開(kāi)發(fā)和驗證，可以幫助端點(diǎn)有規律地監控并準確報告質(zhì)量數據。基于開(kāi)放標準增強了覆蓋式質(zhì)量架構的可擴展性，而可擴展性是快速擴展IP網(wǎng)絡(luò )的一個(gè)關(guān)鍵特性。

　　另外，這種質(zhì)量架構必須能夠迅速響應不斷變化的條件。實(shí)時(shí)查詢(xún)端點(diǎn)可以確定故障或服務(wù)劣化的根源，并啟動(dòng)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)量數據。當然，這種架構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。

　　即使質(zhì)量架構的每一部分都可獲得，搭建一個(gè)處理語(yǔ)音質(zhì)量的架構也非一朝一夕之功。規章制度和私密性問(wèn)題以及運營(yíng)商間不愿共享質(zhì)量數據等問(wèn)題都將延緩該進(jìn)程。例如，RTCP-XR內報告的哪些參數確實(shí)被認為是私密的，不能被共享？另外，運營(yíng)商A是否允許將質(zhì)量數據從他用戶(hù)的IP話(huà)機發(fā)送到運營(yíng)商B的IP話(huà)機？或者運營(yíng)商B是否愿意將質(zhì)量數據從其會(huì )話(huà)邊界控制器或網(wǎng)關(guān)系統傳送至運營(yíng)商C的IP話(huà)機？這些問(wèn)題都未可知，它們當然會(huì )對任一種質(zhì)量架構的部署速度產(chǎn)生影響。

　　盡管如此，IP的本質(zhì)以及對更高用戶(hù)體驗質(zhì)量的渴望已經(jīng)成為推動(dòng)標準進(jìn)步以解決這些質(zhì)量問(wèn)題的驅動(dòng)力。這種趨勢很可能得到進(jìn)一步加強。一旦時(shí)機成熟，同一個(gè)基礎架構將能同時(shí)支持語(yǔ)音和視頻通信。

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Sidebar：

用于編譯IP網(wǎng)絡(luò )上用戶(hù)體驗統計的協(xié)議

RTCP語(yǔ)音質(zhì)量報告

　　1. RTCP-XR(VoIP衡量指標)或“XR”已在RFC-3611內定義，它包括分組丟失率、分組丟棄率、突發(fā)包密度和時(shí)長(cháng)、包間隙密度和時(shí)長(cháng)、環(huán)路延時(shí)、末端系統延時(shí)、信號電平、噪聲電平、殘留回波反射損耗、MOS收聽(tīng)質(zhì)量、MOS通話(huà)質(zhì)量和抖動(dòng)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(kāi)發(fā)RTCP HR或“高分辨率”，其目的是根據運營(yíng)商網(wǎng)絡(luò )中一些應用要求，增加用于報告更高分辨率衡量數據的新模塊類(lèi)型，從而強化現有RTCP XR性能。

會(huì )話(huà)初始化協(xié)議(SIP)

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

實(shí)時(shí)流媒體協(xié)議(RTSP)

　　RTSP是一種診斷協(xié)議，遠程客戶(hù)可以利用該協(xié)議設置和配置一個(gè)或多個(gè)包括所有可用系統統計和診斷的選擇性收集在內的診斷流程。診斷流程一旦設好置后，診斷數據流就被送至客戶(hù)那里按要求進(jìn)行收集、處理和轉發(fā)。可以利用SETUP、PLAY、PAUSE、TEARDOWN、GET_PARAMETER和SET_PARAMETER等標準的RTSP方法對診斷數據流進(jìn)行創(chuàng )建和配置。

其他相關(guān)標準

基于信令的報告：

H.248.30——Megaco擴展

H.460.9 Annex B——H.323擴展

強制執行RTCP XR的標準：

G.799.1——VoIP 中繼網(wǎng)關(guān)規范

PacketCable 1.5——美國電纜行業(yè)規范

作者：Alan Clark博士

Telchemy公司創(chuàng )辦者兼首席執行官

Frank Fruth

DSP系統部門(mén)多媒體應用軟件開(kāi)發(fā)總監

John Warner

高密度產(chǎn)品經(jīng)理

德州儀器公司

電子工程專(zhuān)輯