利用質量管理覆蓋系統(tǒng)應對VoIP的QoS問題

2008/04/08

圖1：IP網絡端點示意圖。

　　IP話機和無線手機內的智能提供了用戶體驗最可靠和最直觀的指示，因為它是最接近用戶的監(jiān)控點，分組和內容受損數據都在此接入。在IP話機情況下，很容易通過IP網絡獲得統(tǒng)計數據。有各種協(xié)議可實現此目的 (見本文末尾的補充說明：“用于編譯IP網絡上用戶體驗統(tǒng)計數據的協(xié)議”)。在手機應用場合，質量衡量指標可當作數據發(fā)送，而且在目前的蜂窩網絡上傳送時只需很小的帶寬。

　　PSTN的設計使得普通老式電話服務(POTS)電話機無法提供質量報告，因為這種設備沒有相應的數據通道。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質量體驗的衡量數據。在很大程度上POTS是一種“開/關”設備，或者工作，或者不工作。

　　在目前的通信領域內，一部話機呼叫另一部話機需要經過多個網關。例如，一個先進數字家庭的IP電話可能要撥打到遙遠而質樸的鄉(xiāng)村。所有這些復雜的連接都要涉及多種網關。有時，這些網關需要完成將PSTN中的傳統(tǒng)電話交換技術轉換為IP技術的復雜任務。在這種情況，PSTN和IP連接都將被有效終結，網關處于理想的位置，可報告兩個方向的語音質量。

　　隨著移動網絡的發(fā)展，有許多語音編碼技術被開發(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。當一個特定移動網絡的用戶想同另一個也許是不同無線、寬帶甚至PSTN網絡用戶通話時，可能就需要代碼轉換。這一轉換過程需要將語音數據包先分割然后再重組。這是網絡中另一處可借助免打擾方式實施質量監(jiān)控的地方。

　　上述用戶質量監(jiān)控功能需要免打擾技術，這種技術本身不會過多地影響用戶體驗，也不會給端點設備增加處理負擔。數字信號處理器(DSP)是實現這種可擴展處理功能的最常用技術。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。隨著新編解碼器的推出以及為了滿足新應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。

質量管理系統(tǒng)

　　除了在端點收集的質量數據外，還可在網絡中部署探測裝置以收集和分析各種質量數據。歷史上，這些質量數據常用于查錯。在網絡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據。目前，這些探測裝置可以做成軟件被嵌入到端點內，從而支持更全面和更實時的故障隔離，并以經濟和可擴展的方式監(jiān)視網絡邊緣的性能。另外，當檢測到某些故障時，可將專門的探測代理下載進端點。

　　無論是從端點還是從網絡探測裝置的角度看，設備供應商和網絡運營商都可以從多種協(xié)議中選取某種協(xié)議來報告質量數據。為此目的，目前正在開發(fā)新的標準，而現有的標準也在升級。另外，用于IP網絡的新型質量管理覆蓋系統(tǒng)正在迅速發(fā)展，它能從智能端點收集實時語音或視頻服務的質量信息。這類質量管理覆蓋系統(tǒng)可對通話質量數據進行專家分析，并且可被集成進基于現有SNMP的管理架構內。這些覆蓋質量系統(tǒng)可以幫助服務供應商提前確認用戶體驗質量的下降并采取補救措施。

圖2：在IP網絡上使用行業(yè)標準覆蓋質量管理系統(tǒng), 嵌入式軟件代理可實現質量監(jiān)控。

　　圖2顯示了如何在IP網絡上使用行業(yè)標準覆蓋質量管理系統(tǒng)。圖中顯示了嵌入式軟件探測裝置，如IP話機中的行業(yè)標準VQMon代理，它們可實時監(jiān)測通話質量。這些代理可生成RTCP XR消息，這些消息每5到10秒就進行交換以提供質量反饋，并對質量進行更準確的評估，因為每個端點都可整合其他端點提供的服務質量信息(如回波水平)。在通話結束時，SIP QoS 報告將被發(fā)送至通話質量管理系統(tǒng)(如圖2所示Telchemy公司的SQmediator)。屆時，語音質量管理器就可通過SNMP向網絡管理器提供全面的總結和分析。

　　目前，可被覆蓋到IP網絡上的許多質量架構能力業(yè)已存在。如前所述，行業(yè)標準已經得到開發(fā)和驗證，可以幫助端點有規(guī)律地監(jiān)控并準確報告質量數據。基于開放標準增強了覆蓋式質量架構的可擴展性，而可擴展性是快速擴展IP網絡的一個關鍵特性。

　　另外，這種質量架構必須能夠迅速響應不斷變化的條件。實時查詢端點可以確定故障或服務劣化的根源，并啟動糾錯行為以便迅速緩解劣化狀態(tài)。網絡中的中間點可以收集和管理端點生成的質量數據。當然，這種架構的部署必須具有成本效益，而且對端點性能的影響可以忽略不計。

　　即使質量架構的每一部分都可獲得，搭建一個處理語音質量的架構也非一朝一夕之功。規(guī)章制度和私密性問題以及運營商間不愿共享質量數據等問題都將延緩該進程。例如，RTCP-XR內報告的哪些參數確實被認為是私密的，不能被共享？另外，運營商A是否允許將質量數據從他用戶的IP話機發(fā)送到運營商B的IP話機？或者運營商B是否愿意將質量數據從其會話邊界控制器或網關系統(tǒng)傳送至運營商C的IP話機？這些問題都未可知，它們當然會對任一種質量架構的部署速度產生影響。

　　盡管如此，IP的本質以及對更高用戶體驗質量的渴望已經成為推動標準進步以解決這些質量問題的驅動力。這種趨勢很可能得到進一步加強。一旦時機成熟，同一個基礎架構將能同時支持語音和視頻通信。

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Sidebar：

用于編譯IP網絡上用戶體驗統(tǒng)計的協(xié)議

RTCP語音質量報告

　　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收聽質量、MOS通話質量和抖動信息。例如，TI的PIQUA質量技術就利用了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. 目前因特網工程任務組(IETF)正在開發(fā)RTCP HR或“高分辨率”，其目的是根據運營商網絡中一些應用要求，增加用于報告更高分辨率衡量數據的新模塊類型，從而強化現有RTCP XR性能。

會話初始化協(xié)議(SIP)

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

實時流媒體協(xié)議(RTSP)

　　RTSP是一種診斷協(xié)議，遠程客戶可以利用該協(xié)議設置和配置一個或多個包括所有可用系統(tǒng)統(tǒng)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那里按要求進行收集、處理和轉發(fā)�？梢岳�用SETUP、PLAY、PAUSE、TEARDOWN、GET_PARAMETER和SET_PARAMETER等標準的RTSP方法對診斷數據流進行創(chuàng)建和配置。

其他相關標準

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(zhí)行RTCP XR的標準：

G.799.1——VoIP 中繼網關規(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)部門多媒體應用軟件開發(fā)總監(jiān)

John Warner

高密度產品經理

德州儀器公司

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