思博倫通信

思博倫技術(shù)專欄

Wi-Fi語音（VoWi-Fi）測試中的挑戰(zhàn)（二）

思博倫通信

5 在實驗室中實現(xiàn)有效VoWi-Fi性能評價的測試場景

要想對VoWi-Fi的性能做出可靠的評價，需要一個能夠?qū)嵤┱鎸崿F(xiàn)場精確復(fù)制的受控環(huán)境。本節(jié)將提供使用思博倫VoWi-Fi測試解決方案的實驗室場景的大量細(xì)節(jié)，而這些場景的最終目標(biāo)是對VoWi-Fi性能做出準(zhǔn)確的評價。另外，還將提供測試條件、測試設(shè)置和可評價關(guān)鍵性能指標(biāo)的簡要描述，以及在每個測試場景中使用實驗室設(shè)置所帶來的優(yōu)勢。

圖5所示的思博倫VoWi-Fi測試解決方案可用于多種測試場景中，并對VoWi-Fi性能的各個方面做出評價。具體情況如測試場景1～4所示。

●無線測試站（WTS122）可仿真多種網(wǎng)絡(luò)組件，例如ePDG和LTE演進(jìn)分組核心以及IMS核心等。WTS122是一種多用途的網(wǎng)絡(luò)仿真器，能夠支持LTE和Wi-Fi無線接口，并可對每種接口的輻射功率加以控制。

圖5 思博倫VoWi-Fi測試配置

●思博倫ProlabTestingSuiteTM提供的是可配置的IMS核心，且該核心已經(jīng)緊密集成到WTS122中。它還能夠以基于軟件的IMS代理的方式仿真出IMS端點(diǎn)，而這些端點(diǎn)經(jīng)過簡單的配置后可以支持多種測試配置。ProLab具備極高的靈活性，可以使用VoLTE音頻數(shù)據(jù)包和VoWi-Fi音頻數(shù)據(jù)包語音解碼時用到的多種音頻編碼解碼器，并可在IP層引入各種損傷，而這些損傷又可用于仿真網(wǎng)絡(luò)延遲、包丟失和抖動等。

●NomadHD音頻質(zhì)量測量系統(tǒng)可注入一個參考音頻信號，并測量VoLTE和VoWi-Fi上行鏈路和下行鏈路音頻流的音頻質(zhì)量。

典型的Wi-Fi分流測試場景要涉及到啟動兩種設(shè)備之間，或被測設(shè)備（DUT）與基于軟件的IMS代理之間的的VoLTE呼叫。Wi-Fi功率會被逐漸增大，直至經(jīng)過授權(quán)的設(shè)備使用ePDG和IPSec隧道完成向Wi-Fi的交接。

（1）測試場景1：使用基于軟件的IMS代理作為參考來測量語音的質(zhì)量

在測試兩臺設(shè)備間VoWi-Fi語音質(zhì)量的過程中，由于沒有用作參考的固定點(diǎn)，低MOS的源頭可能很難追蹤。如果接收方設(shè)備下行鏈路的MOS低于預(yù)期，其原因可能是自己一方下行MOS性能較差，也可能是主叫設(shè)備上行MOS的性能較差。使用基于軟件的IMS代理作為參考時，將有助于隔離出問題的源頭。還有助于對比不同設(shè)備間音頻編碼解碼器的實施，例如EVS編碼解碼器和AMR-WB編碼解碼器等。同樣的過程還可以用于查明包丟失和網(wǎng)絡(luò)延遲的情況。

測試設(shè)置：在被測設(shè)備之間啟動一個語音呼叫，然后使用NomadHD音頻質(zhì)量測量系統(tǒng)對音頻質(zhì)量加以測量。MOS的分布示例如圖6a所示。

●首先要使用IMS參考代理的回環(huán)模式，對該系統(tǒng)加以校準(zhǔn)。它代表的是系統(tǒng)能夠測量的絕對最佳MOS水平。

●根據(jù)作為參考的IMS代理，對被叫設(shè)備的下行鏈路MOS進(jìn)行測量。MOS的分布示例如圖6b所示。

●根據(jù)作為參考的IMS代理，對主叫設(shè)備的上行鏈路MOS進(jìn)行測量。MOS的分布示例如圖6c所示。

●通過將作為參考的IMS代理與上行鏈路和下行鏈路MOS進(jìn)行對比，可以查明MOS較低的原因。在以下示例中，設(shè)備A和設(shè)備B之間較低MOS的源頭可以追溯至設(shè)備A上行鏈路的MOS較低，具體情況如圖6c所示。

需要測量的關(guān)鍵性能指標(biāo)（KPI）：MOS、包丟失、網(wǎng)絡(luò)延遲。

圖6 使用基于軟件的IMS代理作為參考進(jìn)行的MOS得分對比

用戶體驗所受的影響：

●較低的MOS代表著較低的語音質(zhì)量。

●高百分比的包丟失可能意味著較低的語音質(zhì)量和更差的體驗質(zhì)量（QoE）。

●較大的網(wǎng)絡(luò)時延可能導(dǎo)致較大的口耳延遲和更差的體驗質(zhì)量。

基于實驗室的解決方案帶來的優(yōu)勢：

●將IMS代理固定為參考幀，并以此隔離出低MOS問題根源的能力。

●對話音解碼可能用到的編碼解碼器加以控制，而這在現(xiàn)場測試中是不可能做到的。

（2）測試場景2：在不同的設(shè)備上映射出不同的切換方式

在進(jìn)行LTE與Wi-Fi之間的切換時，切換算法有多種實施方式，而且全都實施在設(shè)備上。某些實施只考慮到了Wi-Fi信號的可用性，并以此作為切換的標(biāo)準(zhǔn)，而另外一些實施方式還在切換前將LTE和Wi-Fi的功率水平均考慮在內(nèi)。以下是一個仿真前一種實施方式的簡單實例，其中由設(shè)備測量得到的Wi-FiRSSI已經(jīng)足夠高，完全可以交接給Wi-Fi。Wi-FiRSSI要使用專有算法從設(shè)備上測得，而且該值會因芯片組實施的不同而有所差異。該測試場景還關(guān)注了不同切換實施的評價問題，繪出了發(fā)送Wi-Fi功率與同一網(wǎng)絡(luò)上不同設(shè)備的MOS之間的曲線關(guān)系。在理解不同的設(shè)備交接實施方式及其對體驗質(zhì)量的最終影響時，這些信息具有非常重要的價值。

測試設(shè)置：首先要在被測設(shè)備與ProLabIMS代理之間啟動一個VoLTE呼叫。NomadHD音頻質(zhì)量測量系統(tǒng)會連接至被測設(shè)備和IMS代理之間的音頻路徑上。從WTS122得到的LTE功率將被保持在最低值，剛夠為設(shè)備提供一個穩(wěn)定的連接并確保它能夠保持與LTE網(wǎng)絡(luò)的注冊。從WTS122得到的Wi-Fi功率會從一個較低的水平（＜-110dBm）逐步加大至向Wi-Fi切換，預(yù)計將發(fā)生時的數(shù)值低約2dB的水平。從WTS122得到的Wi-Fi功率會以更小的步進(jìn)（0.1/0.2/0.3dB步進(jìn)）逐漸增大，直至找出設(shè)備將語音呼叫切換給Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)的實際點(diǎn)。此時，對應(yīng)的MOS值會與發(fā)送Wi-Fi功率水平一同繪制在圖表中，并以0.1/0.2/0.3dB的幅度遞增。從交接點(diǎn)開始以1、2、3、4和5dB增幅提高并進(jìn)行幾次測量后，針對該被測設(shè)備的測試即告完成。同樣的程序會在不同的被測設(shè)備上多次重復(fù)，確保所有設(shè)備上Wi-Fi接入點(diǎn)至被測設(shè)備的路徑損失保持在一個常數(shù)水平上。為了對比不同設(shè)備的交接實施，還需要繪制類似的曲線，同時突出顯示其中在MOS上的差異。例如，如果某項實施允許設(shè)備在低于可接受語音質(zhì)量所需RSSI水平的情況下進(jìn)行切換，則可能會得出較低的MOS。所得的圖表可以顯示出，不同的交接實施會讓同一網(wǎng)絡(luò)上的用戶感受到不同的語音質(zhì)量和體驗質(zhì)量。

需要測量的關(guān)鍵性能指標(biāo)（KPI）：MOS。

用戶體驗所受的影響：

●不同設(shè)備上不同的Wi-Fi切換功率水平可能意味著不同的用戶體驗質(zhì)量，而且這些全都發(fā)生在相同的網(wǎng)絡(luò)上。

●在不正確的Wi-Fi水平上進(jìn)行切換可能會降低語音質(zhì)量，并使體驗質(zhì)量下降。

基于實驗室的解決方案帶來的優(yōu)勢：

以可重復(fù)的方式控制設(shè)備所接收Wi-Fi功率的能力，以及創(chuàng)建切換邊界條件的能力。

說明：相同的場景還可用于測試Wi-Fi至LTE方向的切換，將LTE功率保持在設(shè)備注冊所需的水平上，同時逐漸減小Wi-Fi的功率。這一測試設(shè)置還能夠控制LTE的功率水平，并可用于評價其它需要同時考慮LTE和Wi-Fi功率水平的設(shè)備切換實施。

（3）測試場景3：測試ePDG發(fā)送不利響應(yīng)時的呼叫連續(xù)性

鑒于不安全的Wi-Fi接入很可能會是多數(shù)支持VoWi-Fi的設(shè)備所用的分流模式，ePDG驗證將會是這些設(shè)備必然經(jīng)歷的一步。有些運(yùn)營商的實施會強(qiáng)制要求進(jìn)行此類驗證，如果未通過ePDG驗證，則設(shè)備等待一定的時間后應(yīng)重新嘗試驗證。根據(jù)設(shè)備行為的不同，這將導(dǎo)致向設(shè)備順序發(fā)送一個或多個負(fù)面響應(yīng)。該測試場景側(cè)重的便是這種實施，并會評價設(shè)備在整個重試期間保持呼叫連續(xù)性的能力，同時還要測量MOS和網(wǎng)絡(luò)時延等關(guān)鍵性能指標(biāo)（見圖7）。

測試設(shè)置：在執(zhí)行最初設(shè)置的步驟后，要在被測設(shè)備之間建立語音呼叫，并使用NomadHD音頻質(zhì)量測量系統(tǒng)對音頻質(zhì)量進(jìn)行測量。經(jīng)配置后，ePDG將發(fā)出錯誤代碼，例如阻止被測設(shè)備驗證和導(dǎo)致IPSec隧道故障的代碼。被測設(shè)備應(yīng)在一定等待期后重新嘗試驗證

時保持音頻呼叫的連續(xù)性。在該條件下可以評價的兩個關(guān)鍵方面分別是：

圖7 該測試?yán)芤赃B續(xù)循環(huán)的方式運(yùn)行，考察多次運(yùn)行中的行為，對交接的性能做出定性

●遭遇不利場景時的呼叫連續(xù)性和數(shù)據(jù)重試能力。

●當(dāng)通向ePDG的IPSec隧道被拒絕時被測設(shè)備保持音頻呼叫連續(xù)性的能力。

需要測量的關(guān)鍵性能指標(biāo)（KPI）：遭遇ePDG不利條件時呼叫丟失的百分比、語音質(zhì)量（MOS）測量以及網(wǎng)絡(luò)時延。

用戶體驗所受的影響：

●當(dāng)設(shè)備嘗試通過ePDG驗證切換至Wi-Fi時，如果出現(xiàn)較高百分比的呼叫丟失，則可能導(dǎo)致體驗質(zhì)量的下降。

●相對較長時間的音頻包丟失期可能導(dǎo)致無法接受的口耳延遲，以入含混不清的話音，使整體體驗質(zhì)量大幅下降。

基于實驗室的解決方案帶來的優(yōu)勢：

●配置ePDG不利響應(yīng)，為不同運(yùn)營商的ePDG實施建立模型的能力。

●受控的環(huán)境可測試多種數(shù)據(jù)重試場景下的呼叫連續(xù)性。

（4）測試場景4：測量Wi-Fi接入點(diǎn)在負(fù)載條件下的語音質(zhì)量

Wi-Fi采用的是一種時分復(fù)用的結(jié)構(gòu)，并允許設(shè)備在無線電鏈路上發(fā)送數(shù)據(jù)。與LTE不同的是，Wi-Fi數(shù)據(jù)包的傳輸并不同步并可能導(dǎo)致沖突，而這就要求對數(shù)據(jù)包進(jìn)行重傳。當(dāng)Wi-Fi接入點(diǎn)處于負(fù)載條件下時，就表示W(wǎng)i-Fi接入點(diǎn)上有多臺設(shè)備競爭同一無線電信道上的訪問權(quán)，導(dǎo)致每臺發(fā)送數(shù)據(jù)的設(shè)備面臨更長的等待期，并且會造成網(wǎng)絡(luò)時延。對于語音等時延敏感型的應(yīng)用而言，這可能對體驗質(zhì)量造成巨大的沖擊。

測試設(shè)置：在執(zhí)行最初設(shè)置的步驟后，Nomad會被連接至設(shè)備，并對MOS下的語音質(zhì)量、包丟失和網(wǎng)絡(luò)時延進(jìn)行測量。通過向同一AP連接多臺額外的設(shè)備，并在設(shè)備上運(yùn)行思博倫Datum數(shù)據(jù)服務(wù)用戶體驗分析系統(tǒng)等數(shù)據(jù)性能應(yīng)用，可以向Wi-Fi添加負(fù)載，讓W(xué)i-Fi接入點(diǎn)在大量數(shù)據(jù)下運(yùn)行。接下來，要在被測設(shè)備之間建立起一個語音呼叫，然后繪出上行鏈路和下行鏈路的MOS。在無線電鏈路上引入流量所產(chǎn)生的影響會被記錄下來，同時記錄下來的還有包丟失百分比和抖動的情況。

需要測量的關(guān)鍵性能指標(biāo)（KPI）：網(wǎng)絡(luò)時延、MOS、包丟失和抖動。

用戶體驗所受的影響：

●更大的網(wǎng)絡(luò)時延意味著更大的口耳延遲。當(dāng)這些延遲越變越大時，要想進(jìn)行順暢的對話就會變得更加困難。

●更低的MOS意味著感受到的音頻質(zhì)量會變得很低。當(dāng)?shù)陀谀硞€點(diǎn)后，音頻質(zhì)量將變得讓人無法接受。

●抖動會導(dǎo)致音頻數(shù)據(jù)包中的可變延遲，使話音變得含混不清，斷斷續(xù)續(xù)。

基于實驗室的解決方案帶來的優(yōu)勢：

●在Wi-Fi接入點(diǎn)上控制流量，并在所需的測試時間段內(nèi)保持該流量負(fù)載的能力。

6 評價VoWi-Fi性能過程中所需的基于實驗室的能力

本節(jié)將詳細(xì)說明一系列重要的基于實驗室的測試能力，而這些能力將用于查明和鎖定各類問題，最終實現(xiàn)VoWi-Fi的成功部署。

目前，業(yè)界中的不同團(tuán)體都在努力應(yīng)對與VoWi-Fi成功部署相關(guān)的各項挑戰(zhàn)。圖8中重點(diǎn)顯示的幾個團(tuán)體已經(jīng)為評價不同部署階段的VoWi-Fi性能制訂出以下關(guān)鍵目標(biāo)：

●設(shè)備研發(fā)將側(cè)重于協(xié)議棧開發(fā)，而這就需要驗證其芯片組中的協(xié)議棧是否符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和運(yùn)營商的規(guī)格。

●運(yùn)營商側(cè)重于開發(fā)設(shè)備要求和VoWi-Fi測試計劃，目的是確保在其網(wǎng)絡(luò)上部署的設(shè)備能夠為終端用戶帶來最佳的體驗質(zhì)量。

●OEM廠商則側(cè)重于使用不同的測試能力，滿足不同運(yùn)營商的強(qiáng)制性測試要求。

這些不同的團(tuán)體都需要一些基于實驗室的重要測試能力，具體描述如下：

●交互式測試：以交互方式修改測試參數(shù)和設(shè)置的能力，能夠讓測試?yán)_發(fā)都具備為網(wǎng)絡(luò)行為建模的靈活能力，可以在各種場景中實現(xiàn)盡可能高的精確度，同時還具備了開發(fā)全面測試計劃的能力。

●定制測試腳本開發(fā)：要想實現(xiàn)穩(wěn)定的VoWi-Fi性能，基于狀態(tài)機(jī)的ePDG和IMS核心實施必不可少。通過為網(wǎng)絡(luò)組件編程可自動切換的不同狀態(tài)，可以很輕松地實施定制測試腳本開發(fā)能力。此外，還可用于實現(xiàn)不同測試場景的自動化。

●ePDG建模能力：實驗室中的ePDG建模能力可為不同運(yùn)營商的ePDG建模。精確的ePDG建模對于評價設(shè)備對不利條件的響應(yīng)也是至關(guān)重要的。

●使用基于軟件的IMS代理作為參考來進(jìn)行測試：測試團(tuán)隊可以輕松創(chuàng)建一個IMS代理，并使用該代理作為參考模型，對需要進(jìn)行音頻質(zhì)量性能測試的其

它設(shè)備加以對比。此外，由于該代理的行為方式與一臺設(shè)備無異，因此利用該代理進(jìn)行測試時，就無需總是使用兩臺兼容的設(shè)備來執(zhí)行端對端測試。

圖8 VoWi-Fi測試能力和要求

●測試?yán)詣踊篛EM廠商、運(yùn)營商的生產(chǎn)實驗室，以及第三方實驗室都需要執(zhí)行與一致性要求或運(yùn)營商測試計劃相關(guān)的測試行動，只有完成了這些測試內(nèi)容才能對被測設(shè)備的性能做出全面的評價。這些測試典型周期可長達(dá)數(shù)天，具體情況依測試行動的長度而定。具備自動化能力的整包式測試解決方案可以實現(xiàn)人力資源的更高效使用。

●設(shè)備間的互操作性測試：為確保編碼解碼器之間的兼容性，以及更好的整體語音質(zhì)量，必須在設(shè)備上執(zhí)行端對端測試，并以此來測試設(shè)備間的互操作性。這種模擬所提供的能力可測試同OEM廠商所提供的不同的手機(jī)固件版本，或是不同OEM廠商提供的不同編碼解碼器實施，再或者是同一廠商提供的不同型號。在實驗室中進(jìn)行的進(jìn)一步互操作性測試可以探測和解決SIP消息中的不兼容問題，而當(dāng)設(shè)備嘗試在Wi-Fi上建立一個語音呼叫，或?qū)oLTE呼叫分流至Wi-Fi時，會經(jīng)常遇到此類兼容性問題。

7 結(jié)束語

要應(yīng)對VoWi-Fi服務(wù)在部署中遇到的挑戰(zhàn)，需要一套全面的設(shè)備性能評價方法，其中既要包含真實網(wǎng)絡(luò)，也要包括基于實驗室的測試環(huán)境。盡管現(xiàn)場測試在提供真實的性能數(shù)據(jù)方面具備極強(qiáng)的洞察能力，但只有實驗室環(huán)境才能實現(xiàn)可復(fù)制、可控制，且十分精確的各項條件。

語音質(zhì)量和呼叫可靠性是兩個非常關(guān)鍵的測試領(lǐng)域，需要對設(shè)備性能的多個方面做出深入的評價，其中包括VoLTE、Wi-Fi和3G技術(shù)之間的移動性，以及流量負(fù)載和IP回傳質(zhì)量對VoWi-Fi體驗質(zhì)量造成的影響?；趯嶒炇业臏y試還是現(xiàn)場測試的一種重要補(bǔ)充，可以通過一個可控的環(huán)境更深入地挖出根本原因并加以分析。一些基于實驗室的具體特性，例如配置ePDG并發(fā)送不利響應(yīng)、從接入點(diǎn)控制Wi-Fi功率，以及利用基于軟件的參考IMS代理來對比設(shè)備的語音質(zhì)量，都是非常有價值的實驗室能力，能夠進(jìn)一步協(xié)助實現(xiàn)VoWi-Fi設(shè)備性能和對應(yīng)用戶體驗的評價工作。

隨著VoWi-Fi的部署越來越廣泛，需要通過更多的關(guān)鍵測試領(lǐng)域來做進(jìn)一步的調(diào)查，例如評估噪音和衰退對無線電鏈路的影響，以及網(wǎng)絡(luò)延遲、抖動和包丟失加劇對流量的影響等。另外一項需要在部署中應(yīng)對的挑戰(zhàn)，就是當(dāng)設(shè)備與不同容量的接入點(diǎn)互動時，體驗質(zhì)量所發(fā)生的變化，例如家用Wi-Fi接入點(diǎn)與企業(yè)接入點(diǎn)。

要想為網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備間的各種互動測試建立精確的模型，對VoWi-Fi設(shè)備的性能做出準(zhǔn)確的評價，測試解決方案必須具備靈活、強(qiáng)健和可配置的特點(diǎn)。思博倫一直致力于為真實網(wǎng)絡(luò)和實驗室環(huán)境提供全面的測試能力，在VoWi-Fi部署的各個階段為業(yè)界提供有力的協(xié)助，確保提供預(yù)期的體驗質(zhì)量，并使VoWi-Fi服務(wù)得到廣泛的認(rèn)可與接受。

思博倫通信正在為眾多高技術(shù)設(shè)備制造商和服務(wù)商提供眾多軟件解決方案，用于簡化和加快設(shè)備及系統(tǒng)測試進(jìn)程。開發(fā)者和測試人員可以創(chuàng)建并共享自動化的測試，對來自多個設(shè)備、流量生成器和應(yīng)用的結(jié)果加以控制和分析，同時還可利用通過/未通過標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，將每一項測試詳盡記錄在案。利用思博倫的解決方案，企業(yè)可以在邁向自動化的同時加快質(zhì)量保障（QA）周期，縮短入市時間，并且提高已發(fā)布產(chǎn)品的質(zhì)量。通信、航空航天及國防、消費(fèi)電子、汽車、工業(yè)和醫(yī)療設(shè)備等行業(yè)都從思博倫的產(chǎn)品中受益匪淺。

（續(xù)完）