從設計平台支援VoIP的QoS監控

jacky002

在更加注重語音品質的IP網路中，針對品質訴求而不斷演進的標準，正成為關注的目標。品質監控和先進的即時演算法都需要標準化架構，其中品質度量可在端點間進行交換，還能與品質監控代理進行溝通以執行更全面的分析。目前，有許多架構和技術可用以實現該功能。就核心電信業者的網路來說，在任何一個大規模且新一代品質保證系統被實施前，需要一個標準化的品質架構。本文描述了若干與IP網路及現有電路交換和蜂巢式網路最切近的品質架構問題。
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: P0 C3 e: Z" q2 ~+ k* J# g‘品質覆蓋’的需求
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. |# ]/ p/ K0 y. ?5 Z: O4 h過去，IP服務品質(QoS)訴求的目標一直是確保特定服務具有一定的水準。這些QoS機制試圖保證最小的吞吐量速率或最長的延遲時間，它們還提供了一種優先處理某類顧客或某類流通的框架。它們不會保證一個不出錯的環境，也不確保網路沒有封包遺失或偏差。

因此，一般來說，QoS的訴求並不保證對諸如語音和視訊等即時應用能提供具品質保證的用戶經驗。另外，當出現服務品質惡化時，QoS也不支援補救動作。這些方法中另一個關鍵缺失，是並未針對整個網路中用來建立並維持用戶連接的訊號傳輸層進行觀察。在目前複雜的IP網路拓撲中，一個用戶連接要橫跨10或更多的不同‘網路’才能建構的情況並不少見。這些不同的網路或許涉及IP或非同步傳輸模式(ATM)技術、公共交換電信網路(PSTN)以及各種蜂巢式射頻(RF)無線介面。
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6 O" m, P1 g% R因此，需要一個全面的品質架構，以便有效地處理上述這些需求及各種網路間的交疊事宜。現有的機制一般侷限於分配頻寬並最小化延遲，所以是不夠的。設立一種完整的品質架構需要遍佈整個網路、串連不同服務供應商的智慧。使網路端點具有智慧是實現該目標的第一步。

2 w- v  H; C. h  D% P端點設備
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+ M1 Y/ l# K! O- V5 x9 ^在任何電話中最常見的端點設備是聽筒。在通話中，將兩個IP電話設想為端點是很容易的。除通話本身外，這些IP電話還可以發送關於通話品質的統計。然而，端點定義應擴展至包括整個通訊基礎建構內、涉及任何媒體或任何技術的任一點，包括纜線、PSTN、無線及其它會產生協議或編碼改變的地方。按此定義，所有閘道和程式碼轉換節點都可被視為端點。針對討論議題，圖1提供了端點圖示。
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4 o) E% ~4 J7 T5 i, d圖1: IP網路端點
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IP 電話和無線手機內的智慧提供了用戶經驗最可靠和直觀的指示，因它是最接近用戶的監控點，它們在此接取封包和內容受損的資料。以IP電話為例，統計數據可輕易地透過IP網路接取，非常多種協議都可實現該用途。以手機為例，品質度量可被當作資料發送，它只需很小的頻寬，借助目前的蜂巢式網路來發送。

PSTN 的設計使傳統電話服務(POTS)無法提供品質報告，因這種設備沒有資料通道。在許多方面這並非是必須的，因為4kHz POTS語音通道是具有固定延遲的特定頻寬。但這並非表示在此環境下沒就有問題；然而，此時並沒有任何機構能收集用戶服務品質經驗度量。簡單來說， POTS設備是種‘開/關’技術；要不就工作，不然就不工作。
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6 J" R. w5 D1 P4 ]在目前的通訊領域內，一台電話呼叫另一台電話需要多個閘道。例如，從一個時尚數位居家中的IP電話打出的電話能被接通於偏遠且通常是純樸鄉村內的一戶人家。在所有這些複雜的連接中，要涉及多個閘道。有時，這些閘道執行複雜的任務，也就是將傳統電話交換技術(例如PSTN所用)轉換成IP技術。在此情況，PSTN和IP連接都被有效終結，而閘道也處在理想狀態，從兩個方向報告語音品質。

8 s& l7 X+ b4 @! Y! h9 B. ^隨著行動網路的進展，開發出若干語音編碼技術。該變革過程目前仍在進行，許多新編解碼器仍在開發中。當一個特定行動網路用戶想與另一個也許是不同的無線、寬頻甚至PSTN網路用戶通話時，可能就需要程式碼轉換。這一轉換過程將語音資料封包先分割後再重組，在網路中，這是另一個能暗中進行品質監控的方法。

上述的用戶品質監控功能需要暗中進行的技術，它本身不會不當地影響用戶經驗、也不會對端點設備帶來負擔。數位訊號處理器(DSP)是實現這種可擴展處理功能最常用到的技術。基於DSP的可編程性和彈性，它非常適合目前變化中的通訊基礎建設。隨著能滿足新應用需求之新編解碼器的開發以及特性和功能的發展，DSP的靈活性將獲得妥善運用。
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品質度量報告
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除了在端點收集的品質數據外，可在網路中放置‘探針’(一種監測軟體)以收集和分析各種品質度量。歷史上，這些度量一直被用來當作疑難排解。在網路中策略地安放主動或被動探針，可收集疑難排解所需的資料。目前，這些探針軟體可被嵌入在端點內，支援更全面和即時的故障隔離，並能提供網路邊緣監控一種經濟且大規模的性能。另外，當檢測到某些錯誤時，可將專門的代理探針下載到端點。
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無論是從端點還是從網路探針，為報告品質度量，設備供應商和網通廠商可從若干協議中來選取。為達此目的，新的標準目前正在開發，而現有的標準也在升級。另外，用於IP網路的新品質管理覆蓋系統正在發展，它可從智慧端點收集即時語音或視訊服務的品質資訊。這些種類的品質管理覆蓋系統可對通話品質數據進行專家分析，並被設計成能結合於現有以SNMP為基礎的管理架構內。這些覆蓋品質系統允許系統服務供應商主動確認用戶經驗品質的惡化並採取補救措施。
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圖2說明了產業標準能用於覆蓋一個 IP網路的品質管理系統。圖中顯示了嵌入式軟體探針，如IP電話中的產業標準VQMon代理人，它能即時監控通話品質。由於每個端點都可整合有關由其他端點所提供的服務品質(如回音標準)的資訊，這些代理人能產生RTCP XR訊息，每5到10秒就進行交換，提供品質回饋並對品質進行更準確的評估。在通話結束時，一個SIP QoS報告被發送至通話品質管理系統(圖2顯示了Telchemy的SQmediator)。屆時，語音品質管理員可透過SNMP提供完整的總結和分析給網路管理者。
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" }( y7 ~: x4 M! L9 q圖2: 嵌入式軟體代理監控品質
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現在就確保品質
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! \! y( p- {3 k$ N( f1 G目前，許多可被覆蓋在IP網路上的品質架構能力已經存在。如前所述，產業標準一直不斷地被開發，端點能有規律地監控並準確報告品質數據也已被證實。並基於開放標準強化了覆蓋品質架構：一種快速擴展IP網路的關鍵特性。

1 b8 e, U, E, h) ]另外，諸如此類的品質架構必須能迅速回應進行中的狀態。即時查詢端點以確定故障或惡化服務的根源，並可做初步矯正動作以立即緩和惡化的情況。網路中的中間層點，可收集並管理在端點產生的品質數據。當然，如此架構的部屬必須具有成本效益，且其對端點性能的影響必須要降到最低。

各就各位
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. Z! d0 l! w+ }% R2 Z即使所有關於品質架構的細節目前都隨手可得，搭建一個處理語音品質的架構確非一朝一夕就能完成。控制層面、私密性問題和廠商間的問題例如不願分享品質度量等情況將延緩此項進程。例如，到底RTCP-XR內報告的哪些參數可被認定為私密而無須分享？另外，A廠商允許將其用戶的IP電話品質度量傳送至B廠商的 IP電話嗎？或者B廠商會將從其會談邊緣控制器或閘道系統的品質度量傳送至C廠商的IP電話嗎？這些問題涉及一些未知情況，這些情況將對多快能展開部署任何品質架構的問題會產生一些效應。

/ M9 ]" v+ }+ [/ q9 [, n/ P; q然而，IP的本質以及對更高用戶經驗品質的渴望已顯示出它是推動標準進步以解決這些品質問題的驅動力。這種趨勢很可能產生動力，一旦各就各位，同一個架構不但可支援語音通訊，另外也能支援視訊。

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用於編譯IP網路用戶體驗統計的協議
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. V. {- B, K* [1 G( m/ {RTCP語音品質報告

RTCP -XR(VoIP度量)或‘XR’已在RFC-3611中被定義，它包括封包遺失率、封包丟棄率、突發密度和時程、間隙密度和時程、迴路延遲、截止系統延遲、訊號等級、雜訊等級、殘留回音返回損耗(Residual Echo Return Loss )、MOS收聽品質、MOS通話品質和失真資訊。例如，德州儀器(TI)的PIQUA品質技術利用了Telchemy的VQMon技術來提供MOS記分值。VQMON是經過驗證的可準確測量MOS得分的方法。
) ~9 A! W2 N% `4 L" j% ~6 O
) F* D4 Y) {, y# O) p4 g# @1 ~RTCP HR或‘高解析度’目前正由網際網路工程工作組(IETF)開發，其目的是藉由增加一些用於廠商網路應用所需之高解析度量報告的新區塊類型，從而強化現有的RTCP XR。

. k) j/ [3 h; }' C) f# [+ q通訊初始協議(SIP)

9 a! ]1 O. C& Z; d. iSIP是適用於提供通話後品質報告的協議之一。借助SIP，語音品質資訊可在每次通話後被傳至呼叫伺服器以進行離線分析和報告。

7 Y% B: O4 T+ M8 T5 F$ n. k即時串流通訊下載(Real-Time Streaming Protocol，RTSP)
" i5 a) T1 V2 s0 O6 z$ e. M
) k5 D3 s0 o! Z( CRTSP 是一種診斷協議，遠端客戶借此設置和配置一個或更多診斷流程，這些流程可包含選擇性收集的所有可用系統的統計和診斷。診斷流程一旦設置後，診斷流被送至客戶端並被收集、處理和前傳資料。利用諸如SETUP、PLAY、PAUSE、TEARDOWN、GET_PARAMETER和SET_PARAMETER 等標準RTSP方法來設置並配置診斷流。

其他相關標準
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訊號傳送基準報告：

" n  S# w. F+ B6 f: `H.248.30--Megaco擴展

# }) x! a0 m' X. ~3 \H.460.9 Annex B--H.323擴展
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4 t2 Z5 I: k! c; \5 i3 A) X8 i要求RTCP XR的標準：

G.799.1--VoIP 中繼閘道規格
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PacketCable 1.5--美國電纜產業規格

. ]; k# V7 a7 v3 I. ^! `* H0 L9 |9 Q作者：
& i. c) B, O5 {  u. n7 ?, u, {
! Z7 D! p; X: K: L1 A) H" gAlan Clark
4 z, V: e- f( d9 w- I4 G
1 J7 x1 v& F, q6 g7 W4 J$ S# Z4 L# V創辦人及CEO
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' _! y' |, C% KTelchemy公司

Frank Fruth

1 x2 K4 G. C; p- Q7 a# ~5 I多媒體應用軟體發展總監

& E  _% A3 c: l4 ~# ~$ @0 _DSP系統部門
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8 [" x& }$ A4 j3 q+ t3 @( M3 IJohn Warner
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" W5 ?, _, h6 d' d0 T高密度產品經理
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; Q6 w! v3 v" O! P3 w+ N/ B德州儀器