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NGN QoS 探討

2003/08/19

　　NGN（NextGenerationNetwork）網絡在統(tǒng)一的分組網絡上提供話音、數(shù)據和多媒體等業(yè)務。華為公司與運營商一起陸續(xù)啟動了NGN的實驗和應用，經歷了從小容量向大容量過渡，從實驗網向商用網過渡，先后面對過QoS保證、網絡安全、管理認證等一系列新的挑戰(zhàn)。針對影響NGN商用部署的關鍵技術，華為公司進行了系列專題研究，并通過和運營商的合作進行了大量的測試、試驗和商用，逐步積累了一些實施的經驗，本文針對其中的關鍵因素之一“QoS保證”的問題進行分析和論述，從QoS的評測指標、測試方法、承載網絡、NGN設備等幾個方面進行探討，希望能夠起到拋磚引玉的作用，有利于NGN的發(fā)展。

1.NGN話音QoS的指標分析

　　要實現(xiàn)語音QoS的保證，首先要了解語音QoS的衡量指標。國際上對基于IP的語音QoS一般從呼叫建立時間、丟包率、抖動（延遲變化）、MOS值和端到端時延幾個方面來評價。

1.1呼叫建立時間

一般呼叫建立時間分為四個等級：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

一般根據丟包率和抖動將網絡分為三級，見表1。


1.3時延

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

1.4MOS值

　　MOS（MeanOpinionScore）是一種常用的主觀評價標準。IP電話業(yè)務的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）。用戶滿意度和MOS等級的對應關系見表2。


2.NGN語音QoS測試方法

　　U－SYS系統(tǒng)在傳輸所的入網測試、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、香港運營測試、馬來運營商測試中相關指標都達到了良好的標準。語音QoS的指標如何測試呢？

　　業(yè)界主要有主觀測試方法和客觀測試方法兩種，ITU－TP.800定義了MOS的主觀測試方法，客觀測試方法主要有：PSQM、MNB、PSQM＋、PAMS99、PESQ等。在ITU－T2001年組織的語音算法測試中證明，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的客觀測試標準P.862（PESQ）來測試的。

測試過程

　　以在新加坡電信進行的IAD語音質量測試為例，當時采用如下策略：1.采用ITU－T標準推薦的4個不同的音源文件（2男2女），重復測試10次；2.同一IAD/不同IAD間/IAD－網關間的語音質量；3.各種編解碼算法情況下的語音質量；4.在良好網絡、一般網絡和較差三種網絡狀況下的語音質量對比。

　　測試了多種組網，按照測試規(guī)程配置參數(shù)，逐輪開展測試。

　　每輪測試原理如下：語音測試儀產生的語音源，通過模擬用戶線輸出到IAD；網絡損傷儀根據測試要求，設置網絡的丟包、網絡時延、抖動的參數(shù)，IP語音包經過網絡損傷儀輸出到TMG；語音測試儀對輸入和輸出的語音信號波形進行分析，計算得到PESQ和端到端時延值。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

　　U－SYS的部件本身主要是從提高帶寬利用率、業(yè)務優(yōu)先級、低時延去抖動、丟包補償和降低回聲影響等5個方面，采用合適的編解碼技術、靜音檢測（VAD）和舒適噪聲（CNG）生成技術、RTP包頭壓縮技術、業(yè)務優(yōu)先級、自適應調節(jié)JitterBuffer技術、丟包補償技術、回聲消除技術等來保證語音QoS質量。

4.NGN語音QoS保障的實施案例

　　以華為公司實際部署的C4業(yè)務網絡的一個應用為例子，整網由兩個軟交換實現(xiàn)控制，在各個城市放置中繼媒體網關，開展長途的VoIP業(yè)務。初期測試結果表明全網語音用G.711編解碼可以提供良好的語音質量。但是隨著用戶的增加就發(fā)現(xiàn)了一個問題，G.711的一路呼叫占用了90.4kbit/s帶寬，所以長途骨干網絡2M的帶寬最多支持22個呼叫，帶寬利用率低，有呼叫擁塞現(xiàn)象。

　　于是對U－SYS的幾種語音壓縮編解碼技術進行了對比分析，并在網上進行了測試，結果如下：


　　綜合考慮帶寬占用率和語音質量，該網絡整網調整到使用G.729。

　　為進一步節(jié)省帶寬，又采用語音激活檢測技術（VAD）及舒適噪音生成（CNG）技術，VAD技術只有當檢測到語音處于活動狀態(tài)時，編碼器的輸出信號才被送到網絡上，因此節(jié)省了帶寬。而在靜音時段采用CNG技術，生成與背景噪聲相匹配的較舒適的靜音，避免了用戶有不自然的交談感覺，保證通話質量。實際測試結果如表4，采用G.72920ms打包＋VAD技術節(jié)省了近75％的帶寬。


　　接著發(fā)現(xiàn)了新的問題，因為G.729對語音流進行了壓縮，MRS不能根據RTP提供帶內收號功能，影響卡號業(yè)務，經過調測，TMG8010設備、MRS6000實現(xiàn)RFC2833帶外收號功能，順利解決了該問題。

　　隨著商用業(yè)務增多，引入了IAD、智能終端E－PHONE等。又發(fā)現(xiàn)了新的問題，部分廠家提供的這些終端不支持G.729，導致呼叫不成功。再次經過分析和測試，SoftX3000上采用靈活的配置，網絡缺省優(yōu)選G.729，當出現(xiàn)個別終端不能支持G.729時，自動匹配到終端之間最佳的編解碼能力如G.723或G.711，保證了互通和語音質量。

　　還有一些其他案例，如與國內某運營商進行了IP超市業(yè)務的商用部署，解決NAT穿透情況下如何提供QoS保證；與香港運營商配合在xDSL上開展NGN業(yè)務，通過接入控制實施QoS保證；與新加坡運營商一起測試了防火墻穿透、NAT穿透之后業(yè)務的QoS保證，滿足企業(yè)網部署IPCENTREX業(yè)務的需要。

　　總之，商用部署NGN業(yè)務可以根據實際組網情況和業(yè)務開展的需要來有針對性的進行分析和逐步優(yōu)化，達到最佳效果。

5.承載網絡的QoS保證

5.1NGN網絡規(guī)劃和管理很重要：帶寬保證

　　如某運營商在部署U－SYS系統(tǒng)初期，規(guī)劃沒有充分考慮安全、QoS保證，網上出現(xiàn)了NGN設備被數(shù)據用戶攻擊，以及NGN業(yè)務擁塞的情況。針對上述問題，我們?yōu)槠涑休d網進行了整網的重新規(guī)劃，如下圖：

　　重新規(guī)劃時，重點考慮了安全性和QoS保證。將NGN網絡做成一個獨立的網絡，采用VLAN＋MPLS－VPN技術將NGN網絡和普通的數(shù)據網絡在邏輯上分割開。在骨干網上通過MPLS－VPN將NGN網絡和其他數(shù)據流隔離開，在本地網絡上通過VLAN將NGN網絡和其他網絡隔離開。

　　帶寬保證：重新根據用戶業(yè)務發(fā)展計劃，計算了所有業(yè)務對接入、骨干各個環(huán)節(jié)帶寬的需求，并預留一定的帶寬作為規(guī)劃帶寬。

　　優(yōu)先級別保證：在核心網絡上通過diffserv來部署全網的QoS，在L2上通過802.1P來保證優(yōu)先轉發(fā)NGN的數(shù)據流。

　　根據設備提供的統(tǒng)計、告警、日志功能，不斷的發(fā)現(xiàn)瓶頸和及時優(yōu)化。

　　這個例子表明，根據網絡現(xiàn)有情況，通過合理的規(guī)劃，以最小的調整，可以通過現(xiàn)有的技術和資源來避免非法攻擊和盜用，以及實施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，如在香港某運營商的網絡上部署NGN時，發(fā)生了盜用端口和業(yè)務的問題，經過分析網絡實際情況，在改動最小的情況上設計了如下方案。通過PPPOE賬號的識別，在BAS設備上進行了訪問控制、帶寬控制，達到了接入控制的效果，保證了承載網的QoS和防止了盜用。

5.3“IP電信網絡”的概念

　　由于現(xiàn)有的IP網絡不是面向承載實時性的電信業(yè)務所設計，完全解決QoS問題還有賴于“IP電信網”這樣新的網絡架構下的QoS技術方案的推出�！癐P電信網”就是要通過加強對IP網絡設備的控制，更容易在整網實施QoS控制，讓IP網絡來達到承載電信業(yè)務的能力。

　　2003年7月，在日內瓦舉行的ITU－TSG13（國際電聯(lián)電信標準部門研究組13－多協(xié)議、基于IP網絡以及互通.）2001－2004研究期第4次全會上，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》和D350《一種電信級的QoS方案框架－IP接入網》兩篇關于QoS的文稿。這兩篇文稿分別定義了在IP骨干網和IP接入網中實施電信級QoS技術的框架、結構和需求。會議指定華為公司作為標準Y.123.QoS的起草人。大會同時還決定將這兩篇文稿作為下一個研究期內開展在NGN中提供端到端QoS技術研究的基礎。

6.結語

　　經過多年的研究、試驗和試商用，NGN已經從概念走向了現(xiàn)實，但是，NGN要真正成為電信網絡的主體，還需要在實踐中解決實際網絡環(huán)境下出現(xiàn)的諸多問題，這將是一個理論和實踐相結合的系統(tǒng)工程。

　　華為公司的U－SYSNGN解決方案自推出以來，先后承建中國衛(wèi)通全國NGN項目（覆蓋150個城市）、文萊全網網改項目（全網14萬線）、中國網通集南方部分分公司NGN項目以及英國電信（BT）C4項目，通過了包括軟交換、中繼網關和信令網關在內的信產部進網測試以及中國電信、中國聯(lián)通、新加坡電信、馬來電信等運營商的嚴格測試。通過這一系列與海內外多家運營商的廣泛合作和實踐探索，華為公司在NGN的商用技術領域取得了飛速發(fā)展，成為國內領先、國際一流的NGN解決方案和產品供應商。

　　華為公司希望能夠與運營商以及價值鏈上的其它合作伙伴一道，展開進一步的合作，共同促進NGN的成熟和發(fā)展，為產業(yè)的明天一起奮斗。

中國信息產業(yè)網(www.cnii.com.cn)

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