IMS网络语音质量分析定位研究.doc

IMS网络语音质量分析定位研究2012年11月摘要相对于TDM的语音技术，IP技术突破了传统语音技术，通过语音编码和包交换的方式实现在IP互联网上的语音通信。一方面，其促进了网络资源利用，降低语音业务成本特别是长途电话和国际电话；然而另一方面，底层IP技术无连接、链路不可控性与语音通信所要求的高可靠性、实时性之间存在着先天性矛盾，随着上海IMS网络的正式商用，用户数正在快速增长，如何评估这一矛盾对网络乃至语音质量所产生的影响并进而加以解决就成为一个函待解决的重要课题，具有一定的现实性和紧迫性。本文针对目前上海公司IMS网络中的IP语音质量进行评估，分析IMS语音质量的主要影响因素，提出IMS语音质量的分级标准。梳理影响IMS语音质量的关键参数，并针对性地给出了各种优化建议。我们研究通过部署分析终端进行模拟呼叫的方式实现语音质量问题快速定位的技术解决方案，介绍了Serv-Monitor智能拨测系统的系统设计、系统构成、系统主要功能。基于此系统上海公司进行了现网的部署，总结了实际应用的情况，提出了扩大部署的需求。关键词：IMS；语音质量；KQI；MOS；PESQ；Serv-Monitor目录IMS网络语音质量分析定位研究1摘要2第一章 课题背景及意义51.1 网络概述51.2 研究目的6第二章 影响IMS语音质量的主要参数分析及优化62.1语音质量的端到端评估方法MOS法72.1.1 早期MOS值评估方法概述72.1.2 客观MOS评价法72.2 上海公司IMS语音质量情况分析92.2.1 影响因素分析102.3 IMS语音质量的分级标准122.4关键参数及优化建议132.4.1 关键参数13编解码13编解码打包时长14传真、modem等数据业务指示参数14抖动优化参数14回声抑制14功能实体分发步长15POS优化参数152.4.2 关键参数优化建议152.5 存在的问题总结16第三章 解决方案基于PESQ MOS算法的智能拨测系统Serv-Monitor163.1 目前评估方法局限163.1.1 KPI vs KQI163.1.2 传统拨测 vs 智能拨测183.2 解决方案Serv-Monitor智能拨测系统：183.2.2 系统设计183.2.4 系统构成213.3 系统主要功能介绍253.3.1 端到端业务拨测253.3.2 自动智能故障定界293.3.3 Centrex业务验证303.3.4 业务质量分析报表313.3.5 告警管理功能323.4 系统特性总结33第四章 IMS语音智能拨测系统的部署344.1智能终端部署344.2上海移动IMS网络实际应用举例354.2.1系统基本功能应用354.2.2 SBC下面部分终端随机出现呼叫失败374.2.3 SBC过载场景394.2.4 分层部署自动故障定界394.3拨测系统扩大部署404.3.1扩大部署的原因404.3.2扩大部署的方案414.3.3扩大部署的需求41总结与展望42致谢42第一章 课题背景及意义1.1 网络概述上海公司CM-IMS网络于2010年10月正式商用，重点为集团客户提供固移融合通信服务。目前现网已开通了包含多媒体桌面电话、融合V网、融合总机、融合一号通四项功能在内的融合通信综合语音业务（统一Centrex）以及呼叫中心直连业务。 截至2012年9月份，融合通信综合语音业务发展集团客户1973家，用户30.45万户，年累计开账收入2812万元。截至目前，已成功策反或发展了包括金山石化、振华港机、益海嘉里、上海商用大飞机设计院在内的多家重要集团客户的固移通信业务，月收入均在5万元/月至10万元/月。融合通信综合语音业务已成为上海公司集团业务收入新的增长点，也奠定了上海公司转型业务发展基础。 上海公司在钦州76号4楼和万荣3楼交换机房建有2套CM-IMS 核心网设备，包括：P-CSCF 、I/S/E-CSCF 、BGCF 、HSS/SLF 、MGCF 、MRS 等。核心网及本地业务平台均纳入IP 专网网络，用户侧从CMNET 城域网网络接入，IP 专网、CMNET 城域网以核心网SBC 设备为界。钦州核心机房部署2 对CE(NE40E) 和一对防火墙，其中1 对(作为IP 专网CE) 用于接入IMS 信令及媒体（IMS VPN），1 对(作为CMNET CE) 及一对防火墙用于SBC 接入CMNET/IP 城域网网络；现网钦州软交换关口局CE 用于与CS 域互通信令和媒体（CS VPN）； 万荣核心机房部署1 对CE( 作为IP 专网CE) 用于接入IMS 信令及媒体（IMS VPN），现网万荣软交换关口局CE 用于与CS 域互通信令和媒体（CS VPN），IMS网络的全网拓扑如图1-1所示。图1-1 IMS网络的总拓扑图1.2 研究目的随着上海移动引入IMS+GPON技术后，基于IP承载的VOIP技术在IMS基础上开始实施推广。移动网络的演进过程中，IP网络已从边缘走向中心，为包括话音内在的所有业务提供融合的基础。未来几年，移动业务和承载网络的IP化进程将随着3G网络的全面部署显著加速。而随着后3G移动宽带网络的部署，更是将迎来全面IP化的时代。另一方面，上海IMS网络重点为集团客户提供固移融合通信服务，集团客户有别于传统个人用户，对于服务质量要求更高。IMS作为一种新网络技术，对于尚无固网维护经验的移动公司，如何做好基于IMS网络的全业务运维方面提出了更高的要求。如何主动地掌握网络运行质量动态情况，提升业务质量，缩短故障分析、故障判断和故障定位时间，来提供优质的网络服务，提升集团客户的满意度。同时，现阶段语音业务的维护经验也可以进一步指导后续IMS新业务（如传真、POS机、视频）的推广及维护工作。在面临上述问题的情况下，本文提出了IMS网络语音质量分析定位研究的构想。分析IMS语音质量情况，提出IMS语音质量的分级标准；梳理承载网和核心网中影响IMS语音质量的相关参数，研究关键参数的优化方案；最终提出了通过部署分析终端进行模拟呼叫的方式实现语音质量问题快速定位的技术解决方案。基于以上研究进行现网试点。第二章 影响IMS语音质量的主要参数分析及优化建议2.1语音质量的端到端评估方法MOS法在分析影响语音质量的参数之前，本节简要介绍一下基于用户感知的语音质量评测方法，即MOS法。2.1.1 早期MOS值评估方法概述平均观点评分法MOS（Mean Opinion Score）是最近几十年来一直使用的一种语音质量评估方法。其源自于ITU-T P.800和P.830提出的主观语音评定方法，最初的评估方式是以人的主观感受作为依据，正如MOS的字面意思所描述的，即“主观MOS评价法”，该方案的具体操作方式为：请4060位有代表性的人士来听一段相同的语音样本，然后对该样本经过IP网络传输后的语音质量进行投票评价。随着语音因语言、年龄、性别的变化，得分亦被赋予不同的意义。这是一种纯粹主观的定性测量。ITU-T选取在非常宽的听觉范围内，不同年龄、性别和语言组别的相同得分，做出语音质量的判别标准：5为最佳；4为好；3为中级；2为较差；1为差。最后得出MOS值，进行算法平均。具体分值与听觉感受的对应关系见表2-1。表2-1 主观MOS评测的评判标准MOS分值主观意见听觉感受45分优秀(excelent)很好，听的清楚，延迟很小，交流流畅34分良好(good)稍差，听的清楚，延迟小，交流欠缺顺畅，有点杂音23分一般(fair)还可以，听不太清，有一定延迟，可以交流12分差(poor)勉强，听不太清，延迟较大，交流重复多次1分以下很差(bad)极差，听不懂，延迟大，交流不通畅 方法缺陷主观MOS评测法虽然结果较为准确，但由于过于繁琐，需耗费大量人力物力，因此人们逐渐考虑代之以一套快速、准确、自动化的评测方法来评估语音质量。2.1.2 客观MOS评价法从ITU-T P.861提出的PSQM方法开始，MOS的测试开始使用计算机产生的波形文件（Wave File），通过比较其通过网络传输前后的变化计算出相对应的级别及好坏程度，即客观MOS评测法。典型的客观MOS评测算法有：PSQM、MNB、PSQM+、PAMS99、PESQ 等。在第三章中将会提到，综合考虑，所提出的智能拨测系统将使用PESQ作为评估算法，因此以下具体介绍一下该算法的原理。 PESQ原理简介2001年，ITU发布了最新的语音评定标准ITU-T P.862，推荐PESQ(Perceptual evaluation of speech quality，语音质量的感知性评估)的语音评估算法，其实质是测量待评价信号与源信号的心理声学差别，即开始时两个信号都通过电平调整，再用输入滤波器模拟标准电话听筒进行滤波(FFT)。这两个信号进行长时的自相关以在时间上准确对准，并进行听觉变换，这个变换包括对系统中线性滤波和增益变化的补偿和均衡。然后提取出频域和时域两个失真参数，在频域和时域上总和起来，映射到对主观平均意见分的预测。PESQ的实现框图如图2-1所示。图2-1 PESQ原理图一个典型的PESQ MOS评估测试环境如图2-2所示，在待测网络路径的两个端点分别放置拨测终端A和B，由终端A播放样本音，B接收经过网络后的降级录音（如图2-3），再通过特定算法，比对降级音相对参考样本音的差损程度来算出MOS值。图2 -2PESQ的典型拨测环境图2-3 参考语音（上）与降级语音（下）的对比2.2 上海公司IMS语音质量情况分析与传统TDM承载的语音业务相比，由于IMS网络的复杂性以及基于IP技术而带来的不稳定，语音质量不可避免地会受到一定影响，为了确定其对端到端性能的影响程度，我们针对目前IMS主要的4家客户端厂家华亨、申瓯、华为及天波，按客户端类型（IAD、IPPBX、PBX）分别做了拨打测试，测试结果见表2-2。其中，语音质量的性能好坏以PESQ MOS值来表征。表2-2 不同厂家、不同类型客户端的语音质量拨测结果测试case呼叫类型华亨申瓯华为天波四家平均PESQ MOS值拨打次数PESQ MOS值拨打次数PESQ MOS值拨打次数PESQ MOS值拨打次数PESQ MOS值IMS局内IPPBX互拨主叫3.8971603.9872503.9862513.9632513.958被叫3.9351604.0162504.052514.0182504.005平均3.9163204.0025004.0185023.995013.982IMS局内IAD互拨主叫3.9362544.00625442523.8722553.954被叫4.0332544.0272534.0652523.9282474.013平均3.9845084.0165074.0335043.95023.983TDM局内PBX互拨主叫4.2332464.233被叫4.2352464.235平均4.2344924.234表2-2中，IP承载方式的话音质量PESQ MOS值平均约3.983，低于测试项中TDM承载语音（TDM局内PBX互拨）的MOS均值（4.234）。对于两者评分差值0.251部分，考虑到IMS网络的语音主要是基于VOIP技术，以下因素可能会对IMS语音质量产生影响并进而导致MOS评分的降低。2.2.1 影响因素分析 网络因素一般体现在网络的延迟、抖动、丢包。延迟：一般是包括语音的编解码延迟、JitterBuffer延迟、TCP/IP协议栈处理速度、中间路由器路由延迟等引起的，在这些因素中，最重要的是JitterBuffer延迟和中间路由器路由延迟。解决中间路由器的延迟必须是通过中间网络的选取来解决，其实就是找到最佳语音路由路径。一般来说，延迟超过250MS的两个声音，人耳能够清晰分辨，如果延迟超过一秒，在对话过程中就能明显感觉到需要等待；抖动：由于在IP网络中，即数据包可变的分组大小，中间链路，和路由器上相对负载等因素的变化，IP网络不能提供稳定的性能，常常引起分组到达延迟的变化。而变动的延迟(简称抖动)将在发音之间产生随机中断，在实际的应用通常是采用接收缓冲区(jitter_buf)的方式来消除抖动，然而这又会加剧延迟。因此某种意义上说，网络中的延迟和抖动是互相制约的一对因素。丢包：一般的语音编解码允许的丢包率在5%以内，引起丢包的主要原因的终端的带宽不够或中间路由器堵塞造成丢包，如果是终端的带宽不够，那么在呼叫建立过程中必须协商双方的通信能力，尽量考虑用比较合适的语音编解码来进行通信，所以智能的通信能力协商是必要的。如果是中间路由器堵塞造成丢包丢包，解决这种情况有很多办法：采用对丢包不明显的语音CODEC、丢包补偿（FEC）、自动选择中间路由（同解决网络延迟的方法一样）。 信号处理因素防抖动延时（jitter_buf延时）：由于网络的不稳定，IP包到达的时间并不是平滑间隔，为了消除IP包到达时候的间隔差异，DSP中均采用jitter_buf技术。即构件一个动态的接收缓冲区，设置动态阀值，当收到的数据包量超过阀值时就将jitter_buf中的数据包传给解码器进行对语音的解码。这种技术在一定程度上消除了语音包的抖动但是却增加了语音包的延迟时间，如果处理不好jitter_buf的大小就会对通话双方的谈话造成一定程度影响。通话回声：回声（Echo）一般分为说话者的回声和倾听者的回声。说话者的回声就是在通话过程中，说话者听到了自己的声音。倾听者的回声就是倾听者重复听到说话者的声音。回声的产生的原因一般分为两种，一种是电信号回声，一种是声学回声。电信号回声产生于电话网络的模拟部分。hybrid是4线变2线的混合器（图2-4），大部分的电信号回声是由于hybrid的阻抗不匹配引起。声学回声是指，声音从扩音器（如耳机、听筒）扩散到扬声器（话筒、麦克）。下图说明了hybrid的作用。图2-4 4线变2线混合器在大多数的PSTN环境中，回声是存在的，但是回声的产生时间是如此接近正在讲话的人的声音，以至于给人的感觉,这只是简单适度的侧音，就像我们平常说话时，我们通过颚骨听到自己的声音，这样的侧音对我们来说是习惯的。但当回声通过网络以过大的延迟返回时，回声不利的影响就会被说话者察觉，语音质量就变得有问题了。注意回声虽然只能在网络的模拟部分产生，但是因为IP 电话的呼叫经常经过多个路由器和网关，其所累积的延迟能够导致回声从合适的侧音变成令人困扰的语音质量问题，当回音超过25毫秒时，说话方就能够听到反射回来、滞后的自己的声音。编解码：编码解码对语音质量的影响主要表现为以下两点：l 复杂编码方式会增加语音数据成帧延时，比如G.723成帧时间37.5ms，G.729只需要15ms。同时发送成帧的语音数据时，DSP会根据编码的类型采取一个固定数据发送速率，这个就造成了语音数据输出延迟，比如G.723就有5.3kbps和6.3kbps两种数据发送速率。以上两点就造成语音数据传送的延迟。l 算法简单的编码方式虽然延迟较小，但在压缩语音数据时就会对语音数据造成更大程度的丢失，由此导致语音信号的失真。表2-3给出了不同语音编码方式下的MOS参考值。目前，上海公司IMS网络中语音信号传输的编码方式为G.711。表2-3 多种编码方式下PESQ得分编码方式MOS值Clean ISDN network4.3Analogue network (G.711)4.1G.728 codec (16kbit/s)3.8G.729 codec (8kbit/s)3.6G.723.1 codec (6.3kbit/s)3.5GSM EFR codec (12.2kbit/s)3.9GSM FR codec (13kbit/s)3.5GSM HR codec (6.5kbit/s)3.35GSM-EFR mobile network in typical operating range3.6 to 3.1GSM-EFR mobile network in very poor conditions2.2 终端因素非标客户端的大量部署：现阶段，现网存在大量非标客户端的使用，各类客户端产品的SIP协议业务标准不统一、客户端网元对自身产品理解的不一致，都有可能降低语音通信质量，外加客户私网IP接入无法保证信号质量，这些因素都有可能会影响到IMS网络的语音质量。2.3 IMS语音质量的分级标准基于以上MOS评价方法的引入以及IMS网络中影响语音质量因素的分析，我们考虑对IMS的语音质量进行一下分级，分级标准中综合考察网络参数、MOS评分及语音质量等因素，以梳理下一步将要改进与优化的方向。按照邮电院的YD/T 1071-2000 IP电话网关设备技术要求，对IP承载网络质量的分级标准要求定义如下（表2-4）：表2-4 网络质量的评价标准序号网络等级单向时延(ms)包丢失率抖动(ms)1良好400.1102较差*1001203恶劣*400560另一方面，PESQ与主观语音质量感受之间的对应关系可以参考表2-1主观MOS测量的分级标准。为了综合性、多维度地反映出语音质量，以达到足够精确的评估效果，我们将网络质量分级标准与MOS分级标准进行融合，提出了如下的IMS网络分级标准（表2-5）：表2-5 基于IMS网络参数的语音质量的分级标准延时（单向）抖动丢包语音质量PESQ MOS参考范围40 ms10 ms0.1很好，听得清楚，延迟很小，交流顺畅3.94.580 ms15 ms0.5较好，听得清楚，延迟小，交流欠缺顺畅，有点杂音3.5C3.9140 ms25 ms1还可以，听不太清，有一定延迟，可以交流3.2C3.5210 ms40 ms2勉强，听不太清，延迟较大，交流重复多次2.2C3.2400 ms60 ms5极差，听不懂，延迟大，交流不通畅-1C2.2根据2.2节的测试结果及日常IMS网络质量分析数据，目前上海公司IMS话音质量PESQ MOS值平均约3.983，总体质量在“很好”等级。2.4关键参数及优化建议一些网络及设备参数往往会影响IMS网络的语言质量，合理的配置这些参数，可以有效的提高IMS网络的语言质量。2.4.1 关键参数 编解码由于不同的编码方式对数据的压缩是不同的，从而造成的语音失真也是不同的。选择并统一合适的编解码，可以减少语言失真，提高语音质量。在IMS网络段中建议优选G.711作为编解码，在中国移动网络段建议优选AMR2作为语言编解码，G.711作为传真、modem等数据业务的优选编解码。 编解码打包时长打包时长为语音报文包含信息的时间长度。打包时间越长，所占用的实际带宽越小，但时延越大。在IMS网络中AMR2的打包时长建议设置为20ms，G.711的打包时长建议设置为5ms。 传真、modem等数据业务指示参数由于BICC中继无法携带传真事件指示，传真过程中GMSC无法从BICC侧得到传真通知，依旧识别为语音呼叫，造成传真、modem等数据业务的成功率较低。在IMS网络中国移动网络段中，传真、modem等数据业务在初始建立时是语音通道，使用AMR2编解码，GMSC检测到传真信号以后，需要无损传输，切换编解码为G.711，由语音通道切换为数据通道。利用语音编解码AMR2切换到G.711的动作来表示传真事件。 抖动优化参数传真通道经过的网络设备切换到数据通道，使用静态的抖动缓存，避免动态抖动缓存切换时丢失传真关键数据。在动态Jitter Buffer时，“语音业务网络抖动初始值”指的是Jitter Buffer的0时刻初始值，它的大小影响Jitter Buffer跟随实际网络抖动的快慢，所以设置的和当前网络的抖动越接近越好，但最好稍微大一些，在已知抖动情况下， 取当前最大网络抖动的1.5倍。在静态JB时，JBD就是指Jitter Buffer准备消除这么大的抖动，不会中间进行自适应的变化，这一点和动态Jitter Buffer不同。所以，在静态Jitter Buffer时，“语音业务网络抖动初始值”的设置必须是当前网络抖动的1.2到2倍。IMS网络中建议关闭动态使能，打开静态使能，JB深度为40ms。避免传真没有切换时，网关使用动态JB时产生的丢包影响。 回声抑制在时延较大或低速数据业务时，IP-TDM转换点的网关需要开启EC，而对高速数据业务，则需要关闭EC； 时延时延是指一个报文或分组从一个网络的一端传送到另一个端所需要的时间。时延主要包括网络时延，处理时延。造成网络时延主要原因：l 网络中的节点数在网络中通过的网络节点越多，相对应的网络时延就越大。建议优化IMS网络中的网络节点，减少不必要的网络时延。造成处理时延主要原因：l 设备性能设备对消息处理能力的大小，将直接影响到网络中处理时延的大小。有效提高设备的处理能力，将大大改善网络中的处理时延。l 编解码网络中编解码切换次数的增加，必然增加网络中的处理时延。建议统一编解码方式，减少编解码切换次数。在IMS网络段中建议优选G.711作为编解码，在中国移动网络段建议优选AMR2作为语言编解码，G.711作为传真、modem等数据业务的优选编解码。 功能实体分发步长网络设备在处理用户报文的时候，会将用户分配到不同的CPU中去处理。在分配的时候，步长决定分配CPU时候的动作。建议在具备此功能的网络设备上进行开启。 POS优化参数POS刷卡业务成功率低的问题，大致原因是IMS网络和客户端无法检测到MODEM信号音，没有正常切换到数据通道。针对此类问题，建议在被叫流程处理中直接将呼叫标志设置为数据业务，在IMS网络和客户端间直接建立数据通道，提高POS业务的成功率。 带宽带宽是指在一个物理信道内可以传输频率的范围。一个信道的带宽越宽，则在单位时间内能够传输的信息量就越大。增加信道的带宽可增加相同时延下的性息量，从而在一定意义上减少时延对网络的影响。2.4.2 关键参数优化建议 关键参数优化建议如表2-6所示：表2-6 关键参数优化大项小项推荐配置编解码语音业务编解码在IMS域内采用G.711(20ms)，在IMS域与CS域间采用AMR2(20ms)数据业务编解码在IMS域内采用G.711(20ms)，在IMS域与CS域间采用G.711(20ms)数据业务参数传真、modem等数据业务指示参数利用语音编解码AMR2切换到G.711的动作来表示传真事件。静态JB深度40ms(默认值)POS优化参数在被叫流程处理中直接将呼叫标志设置为数据业务回声抑制时延较大打开EC低速传真打开EC低速modem打开EC高速传真/高速modem关闭EC时延网络时延优化IMS网络中的网络节点处理时延提高设备的处理能力统一编解码方式功能实体分发步长开启带宽根据实际业务需要进行评估，提供足够带宽 存在的问题总结从本章分析中我们看到，影响IMS语音质量的因素是多方面的，我们固然可以通过2.3节提出的综合分级标准去评估其质量，但由于参数众多，评估起来势必非常繁琐。如何以一种简便的方式去解决此问题就成为我们接下来要讨论的课题。第三章 解决方案基于PESQ MOS算法的智能拨测系统Serv-Monitor3.1 目前评估方法局限性3.1.1 KPI vs KQI传统上，对语音质量评估的理解是：评估语音质量的根本在于评估网络质量，即通过分析网络运行的KPI指标来间接地评估语音质量。此种分析方法的优点在于分析方法简单，快速，易于自动化运作，然而问题在于： KPI源于网络，重点反映网络的运行情况，与用户主观感受到的语音质量并无直接关联，如何指导网络管理人员，在最有效的地方投入最少的资源，产生最大的效用，这对于KPI来说是一个问题； 通信网络日趋复杂，网络的不同层级（无线层、接入层、承载网、核心层）上使用的是不同的KPI指标参数，彼此之间互相独立且没有相关性性，而用户的语音感知体验却是唯一的，如何把分散、孤立的各KPI参数整合成一个唯一反映用户体验的属性也是一个问题。鉴于此，我们尝试使用KQI(Key Quality Indicator)的概念（图3-1）来解决IMS网络中的语音质量评估问题，试图将影响语音质量的各方面因素整合为单一参数进行描述。在此框架下，有效获取及分析KQI是提升终端用户感知的关键。表3-1给出了KQI中所使用的参数。图3-1 KPI与KQI在网络中的定位不同表3-1 KQI相关参数KQI呼叫成功率掉话率平均接续时延MOS均值MOS值下降原因(单通/串话/杂音）3.1.2 传统拨测 vs 智能拨测为了实现网络端到端的语音质量的测量，最简便的方法就是进行拨测，然而传统的人工拨测方式却存在着诸多弊端： 现场人工半夜大量拨测重现问题 无法灵活地测试不同网络路径的话音质量，需耗费大量时间在来回路程 牵扯环节较多，往往无线、承载网、核心网相互扯皮，很难有定论。 为了解决人工拨测中的这些问题，在本章中，我们将提出一种基于智能拨测系统的拨测解决方案，此方案已应用在现网IMS域中，且应用效果良好。3.2 解决方案Serv-Monitor智能拨测系统：3.2.2 系统设计 设计思想系统的设计思想是，能够设计出一套系统，兼具客观评测方式快速、自动化与结果稳定，以及主观评测手段的准确性。鉴于此，我们考虑这套系统应具有如下特性：l 在网络的各个节点，如用户侧IAD、接入层ONU、OLT、核心侧SBC上接入小型自动拨测终端；l 所有拨测终端与远端OMC机房的控制服务器相连；l 拨测终端之间模拟用户座机场景进行模拟拨打，拨打完成后将收、发终端分别上传样本语音及降级语音至远端控制服务器；l 控制服务器通过比较收发语音后得出MOS值，进而评估出当前路径的语音质量情况。图3-2是智能拨测分析系统的初步设计方案，维护人员通过从控制服务器上获取数据，可以方便、准确地了解到全网语音质量情况。图3-2 智能拨测分析系统 拨测及评估流程本系统的拨测流程如图3-3所示：图3-3 端到端业务拨测流程l 操作终端通过控制服务器向拨测终端下达拨测任务。任务中各测试集合并行拨测。测试集合内部是按顺序遍历测试。l 拨测终端执行拨测任务。l 拨测终端向拨测中心上报拨测结果。l 拨测中心分析统计拨测结果，界面呈现KQI数据。服务器顺序选择各测试集合中的下一终端进行拨测。拨测过程分主叫流程与被叫流程：l 主叫：主叫拨号完成后开始计时；收到振铃指示后开始打点，计算接续时延；录制网络侧发过来的媒体流，与本地存储的样本进行比较，计算PESQ-LQ，判断是否：正常/不通/串话/噪音/其他MOS低/增益变化过大。l 被叫：收到呼叫请求后发生振铃随即应答；向主叫播放测试样本媒体流。拨测流程图如下（图3-4）：图3-4 Serv-Monitor拨测流程图 评估算法PESQ评估算法方面，该系统设计使用端到端的MOS评测方法进行语音质量的评估。由2.1节所述，主观MOS法成本较高，需要人工配合，不适合自动化拨测系统的条件，因此使用客观语音质量评价方法。客观评估方法中，PESQ算法考虑到了滤波和系统的可变时延等影响语音质量的要素，因而，它不仅可以用于音频编解码器的评价，同时也可以对网络上的语音质量进行测试。总体来说PESQ标准最能体现Mos值的人工评分标准，因此智能拨测系统采用的是PESQ算法。3.2.4 系统构成 硬件结构考虑到IMS现网实际情况，本系统组网由以下设备构成：l 总体上，拨测系统Serv-Monitor由后台中央服务器以及前台分布式探针组成，使用B/S（浏览器/服务器）架构；l 后台控制服务器采用HP DL580 G5，如图3-5；l 拨测终端采用华为定制的WITI智能终端（图3-6）+USB数据上网卡（图3-7）+终端语音卡（图3-8）配置，支持IMS/NGN领域使用；l 实际的网络拓扑如图3-9所示。图3-5 HP DL580 G5服务器图3-6 WITI拨测终端图3-7 USB数据卡图3-8 语音卡图3-9 现网IMS域智能拨测系统组网方式设备属性清单见表3-2：表3-2 Serv-Monitor系统设备清单项目指标功能简述Serv-Monitor服务器整机指标硬件型号HPDL580 G5控制终端进行数据采集和测试执行操作系统Linux机柜尺寸 （宽x深x高）600mm1000mm2200mm拨测服务器尺寸（高x宽x深）176mm483mm673mm输入电源176V AC276V AC功耗400W拨测终端指标硬件型号WIT2000智能终端软件系统，执行拨测及数据采集任务并上报Serv-Monitor操作系统Windows xp尺寸（宽x深x高）290mm200mm70mm输入电源100V AC240V AC功耗150WUSB接口8 x USB 2.0终端语音卡指标呼叫能力2路语音提供POTS语音业务服务拨测数据卡指标支持网络制式GSM/GPRS为终端和Monitor Server 提供GPRS通信服务 软件结构Serv-Monitor软件系统主要由服务器软件、Web客户端、网元侧软件和智能终端软件组成。服务器软件与智能终端之间采用PS数据通道或者固定IP网络通道传递控制指令和业务测试数据。服务器软件与Web客户端采用HTTP传递任务和结果数据。Serv-Monitor软件总体结构如图3-10所示。图3-10 Serv-Monitor软件结构Serv-Monitor服务器软件依赖于Oracle数据库的应用软件，运行在Linux操作系统之上，是Serv-Monitor系统的核心。服务器通过TCP/IP或GPRS的方式与智能终端通讯，通过WebUI客户端与用户进行交互。服务器及拨测终端的软件结构见图3-11、3-12。图3-11 服务器软件结构图3-12 终端软件结构3.3 系统主要功能介绍3.3.1 端到端业务拨测概述端到端业务拨测为用户提供端到端拨测任务管理和拨测管理的基本功能。用户可以通过任务管理进行端到端拨测任务的创建、删除、启动、停止和修改；通过拨测管理实时查看和了解各测试集合、拨测终端和拨测任务的质量状态。任务管理界面用户可以通过创建、启动、停止、修改、删除端到端拨测任务；任务的状态有停止、运行。端到端任务管理支持用户自定义，端到端任务是针对测试集合的，用户可以对关注的测试集合创建任务。 测试集合是个逻辑的概念，用来管理智能拨测终端和自定义拨测路径；定位语音质量问题时，按核心网、承载网和接入网分层增加测试集合有助于问题定界。图3-13 智能拨测系统的任务管理界面任务配置界面：最大可以创建50个端到端拨测任务。一个任务最多包括5个终端测试集合。所选择的测试集合下需要配置有智能拨测终端，要保证拨测终端的数目是合理部署的。其中，“媒体面QoS”选择不测试时，终端呼叫接通后不进行录放音，且只上报呼叫是否接通，只有选择测试时，才会上报MOS值以及是否单通、串话和杂音。图3-14 智能拨测系统任务配置界面测试集合实时监控：终端测试集合监控界面呈现各个测试集合的质量状态。对于当前有任务运行状态的测试集合，根据拨测的业务质量情况，显示测试集合的质量状态（运行故障、运行劣化、运行良好）。用户点击终端测试集合名称链接，可以进入终端测试集合上的实时拨测数据显示界面。图3-15 测试集合质量状态在拨测终端上的呈现端到端任务SLA状态监控：任务监控界面呈现运行状态中的各个任务实时拨测次数和KQI，E2E MOS，拨测接通率、拨测掉话率、接续时延，统计的时间段为距当前系统时间最近2/5/10分钟；如果当前时间没有拨测，拨测次数显示为0，其他指标以“-”显示，表示无效值。因此，用户可以根据此结果方便观察各个任务的实时状态。点击任务名称链接，可以进入相应任务的KQI趋势图显示界面。图3-16 性能指标实时监控界面终端测试集合实时拨测KQI数据用户可以从实时监控界面中选择要查看的终端测试集合，点击查看该集合上的拨测详细结果。终端测试集合的拨测详细结果显示为该集合当前时间最新拨测的记录。拨测记录含有拨测单据序列号（每一个呼叫单据生成的唯一标识，该字段为隐藏字段，可以通过列设置显示）、主被叫终端名称、主被叫终端号码、MOS值、呼叫开始时间、呼叫应答时间、通话时长、接续时延、拨测是否接通、是否存在掉话、杂音、串话、单通以及呼叫失败原因等。图3-17 拨测数据任务KQI实时趋势图点击实时监控界面任务列表中的任务，进入该任务的各项KQI的实时趋势图。KQI实时趋势图按照刷新周期为一个统计点，画出最近五个统计点的KQI值，连成一条曲线，用户可以看到最近一段时间内该任务所反应的网络KQI的变化趋势，包括MOS、拨测接通率、 拨测掉话率、接续时延4个端到端指标。趋势图上还对SLA阈值设置了不同的颜色区间，用户可以很直观的看到KQI的变化是否偏离正常，还是处于异常状态，及时发现网络故障。图3-18 KQI实时趋势图终端测试集合MOS总览图用户可以登记或者取消VIP终端测试集合，切换到VIP集合MOS总览图，观察该集合的MOS值在一个小时内的变化趋势。趋势图按照统计粒度（2/5/10min）为间隔来画出KQI值并连成一条曲线。该页面提供全屏显示，并按照SLA设置的阈值进行区间划分，用户可以很方便分析MOS值走势是否偏移正常值。用户最多同时选择50个运行任务的终端测试集合作为观测对象，进入VIP集合MOS总览图，将在一个屏幕上显示所有选择的终端测试集合的MOS走势。图3-19 终端测试集合MOS总览图3.3.2 自动智能故障定界概述在端到端业务拨测的过程中，智能拨测终端自动检测基于终端感知的语音质量，当出现呼叫未接通或者MOS值下降低于阈值时，系统将自动故障定界，定界问题是发生在接入侧、核心网、还是承载网。 自动智能故障定界是基于端到端拨测，在抽样检测中发现故障后，利用终端部署的位置提供给用户一种简易的故障定界方法，故障定界的精度取决于终端部署的位置和密度。启动故障定界功能用户可以在UI界面上勾选启动故障定界前的复选框，表示将启用端到端自动智能定界功能。故障定界特性是增强功能。必须获得License许可后即可获得该特性的服务。故障定界是基于端到端拨测基础上的，触发故障定界后会停止原有拨测任务，故障定界完成之后会重新启动端到端拨测任务。图3-20 启动故障定位功能故障定界结果显示故障定界结果与端到端业务质量故障告警关联显示。上报告警后如果故障定界正在进行中，告警浏览界面上会呈现“定界中” ；如果定界不成功会显示“故障定界失败”；成功收到定界结果后，界面上呈现“故障定界回放”，并根据拨测路径画出拓扑图，红色标识最有可能的故障阶段。图3-21 故障定界结果显示3.3.3 Centrex业务验证概述在端到端业务拨测的过程中对Centrex拨测进行适配，用户可以通过Centrex群、Centrex用户号码配置将终端添加为Centrex用户，实现普通出群，入群，群内以及话务台转接业务验证。Centrex群以及用户配置用户可以在UI界面配置Centrex群相关属性，包括群名称、群号、出群字冠、是否话务台转接以及DTMF短号延迟时间（话务台转接号码时有效，用来表示接通话务台后延迟多长时间拨打短号）。配置Centrex用户时，需输入用户长号、短号以及出群是否拨字冠。话务台转接号码的格式固定为话务台号码&群内短号。图3-22 Centrex群以及用户配置3.3.4 业务质量分析报表概述提供用户对端到端业务拨测报表分析统计，用户可以查询历史数据，还可以按照时间纵向和终端测试集合横向对比分析，分析端到端各终端测试集合、各主叫终端，各统计路径上的KQI的变化趋势，且能对比不同终端测试集合下的指标差异，帮助分析网络故障。时间纵向分析通过计算平均MOS值，平均接续时延，接通率，掉话率，单通率，杂音率，串话率等，分析KQI按照时间的变化趋势，最长时间支持三个月，采用左图右表的方式，图与表可以进行自动关联，方便操作。用户可以设置查看各测试集合、各主叫终端，各统计路径上的KQI的变化趋势。图3-23 时间纵向分析终端测试集合横向比较通过计算不同终端测试集合的平均MOS值，平均接续时延，接通率，掉话率，单通率，杂音率，串话率等，对比各测试集合相同时间KQI指标的差异，帮助分析网络故障。图3-24 不同测试集合上的横向比较导出原始数据用户可以选择某个任务，选择时间范围，导出任务在该时间段的全部原始数据。支持在对比分析中，导出具体某个忙时时段的原始数据。导出文件格式是csv格式，用户可以选择保存在客户端的位置。图3-25 导出原始数据3.3.5 告警管理功能概述支持告警浏览和历史告警管理；通过告警浏览功能，用户可以实时显示最近一周的告警详细信息；通过查询历史告警信息，帮助用户了解过去指定时间段内系统中出现的故障信息，进行问题回溯和网络运行状态分析，告警历史数据保留3个月，支持自动按时间老化机制。告警浏览告警浏览支持告警显示列设置。支持的告警类型有通讯告警、设备告警、环境告警、业务质量告警和处理错误类告警。告警根据告警源区分端到端告警和平台告警两类。图3-26 告警浏览界面历史告警管理历史告警管理支持高级查询功能；支持设定告警类型，告警级别告警状态，告警源进行查询，支持设置查询时间。告警历史数据保留3个月，支持自动按时间老化机制。 图3-27 历史告警管理3.3.6 系统特性总结本系统与基于网络性能的问题发现机制以及传统拨测方式相比，具有如下优点： 主动发现问题，快速定位，故障分类齐全； 定界路径自动遍历，无需花费大量人力物力去统计全网的性能指标。 评估结果直观，无需再对获取的网络参数进行二次转换。 评估标准客观，避免了由于少数量拨测样本而导致的评估结果的主观性偏差。 相比于人工拨测，运维成本低。 牵扯环节少，避免部门之间的责任推诿。第四章 IMS语音智能拨测系统的部署4.1智能终端部署本次智能终端部署共涉及一台Serv-Monitor服务器和7台智能终端，总体部署原则为：1. 为测试热点区域话音质量情况，在关注的热区内部署两部终端，作为呼叫测试的双方；2. 为测试SBC对话音质量的影响，为每个SBC部署一部终端；3. 对于重点的DSLAM或者ONT接入设备，部署两部终端覆盖。4. 终端可以方便灵活的部署在有语音质量投诉的区域，可以获取投诉区域的网络真实情况，便于故障定位。图4-1 智能终端部署情况本次部属具体方案如下：1. Serv-Monitor部署在便于接入、走线方便以及维护人员易管理的核心机房； 2. 终端3、终端4、部署在两个SBC下，使用SIP接口；3. 终端1、6部署在热点的GPON或IP PBX下，使用POTS口；4. 终端2、5部署在热点GPON或IP-PBX的上行口，使用SIP接口；5. 终端7部署在通过PRA连接的热点PBX用户下，使用POTS口（暂未使用）。6. 故障定界拨测场景：与终端的具体位置有关。根据终端所布置的位置来大致决定故障的区域。如上图，如果终端1拨打终端6语音质量较差，则通过终端1拨打终端5，如果质量没有问题，则说明终端6所处的接入网侧发生故障。 7. 端到端语音质量拨测场景：在确定的热点区域内，给出该热区内终端彼此互拨的语音质量报告，能够抽样检测终端所布置区域的语音质量。4.2上海移动IMS网络实际应用举例4.2.1系统基本功能应用由于上海移动IMS网络因SBC产品的问题运行不稳定，在此背景下，上海的6部终端被用来分别挂在不同的SBC下面，将钦州的四部终端放在同一个拨测集合中，建立7*24小时拨测任务。这样部署，四部终端会按照规则进行遍历拨测，如果某一个SBC下的呼叫出现问题，Serv-Monitor系统的实时监控页面就能及时看到拨测异常的单据，同时也会在告警管理中产生实时告警。Serv-Monitor系统运行的拨测任务，每一分钟左右会产生一条呼叫单据，在呼叫单据中可以清楚的看到这次呼叫的关键指标，如果某个SBC下的呼叫存在异常，就能够及时发现并解决，避免了以往发生故障了只能在用户投诉后才能发现。拨测记录含有主被叫终端名称、主被叫终端号码、MOS值、呼叫开始时间、呼叫应答时间、通话时长、接续时延、拨测是否接通、是否存在掉话、杂音、串话、单通以及呼叫失败原因等，实时监控中查看拨测单据如下