Wi-Fi語音（VoWi-Fi）測試中的挑戰（二）

思博倫通信

思博倫技術專欄

Wi-Fi語音（VoWi-Fi）測試中的挑戰（二）

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5 在實驗室中實現有效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，需要一個能夠實施真實現場精確復制的受控環境。本節將提供使用思博倫VoWi-Fi測試解決方案的實驗室場景的大量細節，而這些場景的最終目標是對VoWi-Fi性能做出準確的評價。另外，還將提供測試條件、測試設置和可評價關鍵性能指標的簡要描述，以及在每個測試場景中使用實驗室設置所帶來的優勢。

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）可仿真多種網絡組件，例如ePDG和LTE演進分組核心以及IMS核心等。WTS122是一種多用途的網絡仿真器，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，而這些端點經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音頻數據包和VoWi-Fi音頻數據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絡延遲、包丟失和抖動等。

●NomadHD音頻質量測量系統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量。

典型的Wi-Fi分流測試場景要涉及到啟動兩種設備之間，或被測設備（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，直至經過授權的設備使用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量

在測試兩臺設備間VoWi-Fi語音質量的過程中，由于沒有用作參考的固定點，低MOS的源頭可能很難追蹤。如果接收方設備下行鏈路的MOS低于預期，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絡延遲的情況。

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

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

●根據作為參考的IMS代理，對被叫設備的下行鏈路MOS進行測量。MOS的分布示例如圖6b所示。

●根據作為參考的IMS代理，對主叫設備的上行鏈路MOS進行測量。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進行對比，可以查明MOS較低的原因。在以下示例中，設備A和設備B之間較低MOS的源頭可以追溯至設備A上行鏈路的MOS較低，具體情況如圖6c所示。

需要測量的關鍵性能指標（KPI）：MOS、包丟失、網絡延遲。

圖6 使用基于軟件的IMS代理作為參考進行的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量。

●高百分比的包丟失可能意味著較低的語音質量和更差的體驗質量（QoE）。

●較大的網絡時延可能導致較大的口耳延遲和更差的體驗質量。

基于實驗室的解決方案帶來的優勢：

●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，而這在現場測試中是不可能做到的。

（2）測試場景2：在不同的設備上映射出不同的切換方式

在進行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準，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。以下是一個仿真前一種實施方式的簡單實例，其中由設備測量得到的Wi-FiRSSI已經足夠高，完全可以交接給Wi-Fi。Wi-FiRSSI要使用專有算法從設備上測得，而且該值會因芯片組實施的不同而有所差異。該測試場景還關注了不同切換實施的評價問題，繪出了發送Wi-Fi功率與同一網絡上不同設備的MOS之間的曲線關系。在理解不同的設備交接實施方式及其對體驗質量的最終影響時，這些信息具有非常重要的價值。

測試設置：首先要在被測設備與ProLabIMS代理之間啟動一個VoLTE呼叫。NomadHD音頻質量測量系統會連接至被測設備和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，剛夠為設備提供一個穩定的連接并確保它能夠保持與LTE網絡的注冊。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，預計將發生時的數值低約2dB的水平。從WTS122得到的Wi-Fi功率會以更小的步進（0.1/0.2/0.3dB步進）逐漸增大，直至找出設備將語音呼叫切換給Wi-Fi網絡的實際點。此時，對應的MOS值會與發送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。從交接點開始以1、2、3、4和5dB增幅提高并進行幾次測量后，針對該被測設備的測試即告完成。同樣的程序會在不同的被測設備上多次重復，確保所有設備上Wi-Fi接入點至被測設備的路徑損失保持在一個常數水平上。為了對比不同設備的交接實施，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備在低于可接受語音質量所需RSSI水平的情況下進行切換，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絡上的用戶感受到不同的語音質量和體驗質量。

需要測量的關鍵性能指標（KPI）：MOS。

用戶體驗所受的影響：

●不同設備上不同的Wi-Fi切換功率水平可能意味著不同的用戶體驗質量，而且這些全都發生在相同的網絡上。

●在不正確的Wi-Fi水平上進行切換可能會降低語音質量，并使體驗質量下降。

基于實驗室的解決方案帶來的優勢：

以可重復的方式控制設備所接收Wi-Fi功率的能力，以及創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功率水平的設備切換實施。

（3）測試場景3：測試ePDG發送不利響應時的呼叫連續性

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

測試設置：在執行最初設置的步驟后，要在被測設備之間建立語音呼叫，并使用NomadHD音頻質量測量系統對音頻質量進行測量。經配置后，ePDG將發出錯誤代碼，例如阻止被測設備驗證和導致IPSec隧道故障的代碼。被測設備應在一定等待期后重新嘗試驗證

時保持音頻呼叫的連續性。在該條件下可以評價的兩個關鍵方面分別是：

圖7 該測試例能以連續循環的方式運行，考察多次運行中的行為，對交接的性能做出定性

●遭遇不利場景時的呼叫連續性和數據重試能力。

●當通向ePDG的IPSec隧道被拒絕時被測設備保持音頻呼叫連續性的能力。

需要測量的關鍵性能指標（KPI）：遭遇ePDG不利條件時呼叫丟失的百分比、語音質量（MOS）測量以及網絡時延。

用戶體驗所受的影響：

●當設備嘗試通過ePDG驗證切換至Wi-Fi時，如果出現較高百分比的呼叫丟失，則可能導致體驗質量的下降。

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

基于實驗室的解決方案帶來的優勢：

●配置ePDG不利響應，為不同運營商的ePDG實施建立模型的能力。

●受控的環境可測試多種數據重試場景下的呼叫連續性。

（4）測試場景4：測量Wi-Fi接入點在負載條件下的語音質量

Wi-Fi采用的是一種時分復用的結構，并允許設備在無線電鏈路上發送數據。與LTE不同的是，Wi-Fi數據包的傳輸并不同步并可能導致沖突，而這就要求對數據包進行重傳。當Wi-Fi接入點處于負載條件下時，就表示Wi-Fi接入點上有多臺設備競爭同一無線電信道上的訪問權，導致每臺發送數據的設備面臨更長的等待期，并且會造成網絡時延。對于語音等時延敏感型的應用而言，這可能對體驗質量造成巨大的沖擊。

測試設置：在執行最初設置的步驟后，Nomad會被連接至設備，并對MOS下的語音質量、包丟失和網絡時延進行測量。通過向同一AP連接多臺額外的設備，并在設備上運行思博倫Datum數據服務用戶體驗分析系統等數據性能應用，可以向Wi-Fi添加負載，讓Wi-Fi接入點在大量數據下運行。接下來，要在被測設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。

需要測量的關鍵性能指標（KPI）：網絡時延、MOS、包丟失和抖動。

用戶體驗所受的影響：

●更大的網絡時延意味著更大的口耳延遲。當這些延遲越變越大時，要想進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量會變得很低。當低于某個點后，音頻質量將變得讓人無法接受。

●抖動會導致音頻數據包中的可變延遲，使話音變得含混不清，斷斷續續。

基于實驗室的解決方案帶來的優勢：

●在Wi-Fi接入點上控制流量，并在所需的測試時間段內保持該流量負載的能力。

6 評價VoWi-Fi性能過程中所需的基于實驗室的能力

本節將詳細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VoWi-Fi的成功部署。

目前，業界中的不同團體都在努力應對與VoWi-Fi成功部署相關的各項挑戰。圖8中重點顯示的幾個團體已經為評價不同部署階段的VoWi-Fi性能制訂出以下關鍵目標：

●設備研發將側重于協議棧開發，而這就需要驗證其芯片組中的協議棧是否符合行業標準和運營商的規格。

●運營商側重于開發設備要求和VoWi-Fi測試計劃，目的是確保在其網絡上部署的設備能夠為終端用戶帶來最佳的體驗質量。

●OEM廠商則側重于使用不同的測試能力，滿足不同運營商的強制性測試要求。

這些不同的團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和設置的能力，能夠讓測試例開發都具備為網絡行為建模的靈活能力，可以在各種場景中實現盡可能高的精確度，同時還具備了開發全面測試計劃的能力。

●定制測試腳本開發：要想實現穩定的VoWi-Fi性能，基于狀態機的ePDG和IMS核心實施必不可少。通過為網絡組件編程可自動切換的不同狀態，可以很輕松地實施定制測試腳本開發能力。此外，還可用于實現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營商的ePDG建模。精確的ePDG建模對于評價設備對不利條件的響應也是至關重要的。

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

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

圖8 VoWi-Fi測試能力和要求

●測試例自動化：OEM廠商、運營商的生產實驗室，以及第三方實驗室都需要執行與一致性要求或運營商測試計劃相關的測試行動，只有完成了這些測試內容才能對被測設備的性能做出全面的評價。這些測試典型周期可長達數天，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人力資源的更高效使用。

●設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量，必須在設備上執行端對端測試，并以此來測試設備間的互操作性。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。在實驗室中進行的進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，而當設備嘗試在Wi-Fi上建立一個語音呼叫，或將VoLTE呼叫分流至Wi-Fi時，會經常遇到此類兼容性問題。

7 結束語

要應對VoWi-Fi服務在部署中遇到的挑戰，需要一套全面的設備性能評價方法，其中既要包含真實網絡，也要包括基于實驗室的測試環境。盡管現場測試在提供真實的性能數據方面具備極強的洞察能力，但只有實驗室環境才能實現可復制、可控制，且十分精確的各項條件。

語音質量和呼叫可靠性是兩個非常關鍵的測試領域，需要對設備性能的多個方面做出深入的評價，其中包括VoLTE、Wi-Fi和3G技術之間的移動性，以及流量負載和IP回傳質量對VoWi-Fi體驗質量造成的影響。基于實驗室的測試還是現場測試的一種重要補充，可以通過一個可控的環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并發送不利響應、從接入點控制Wi-Fi功率，以及利用基于軟件的參考IMS代理來對比設備的語音質量，都是非常有價值的實驗室能力，能夠進一步協助實現VoWi-Fi設備性能和對應用戶體驗的評價工作。

隨著VoWi-Fi的部署越來越廣泛，需要通過更多的關鍵測試領域來做進一步的調查，例如評估噪音和衰退對無線電鏈路的影響，以及網絡延遲、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對的挑戰，就是當設備與不同容量的接入點互動時，體驗質量所發生的變化，例如家用Wi-Fi接入點與企業接入點。

要想為網絡和設備間的各種互動測試建立精確的模型，對VoWi-Fi設備的性能做出準確的評價，測試解決方案必須具備靈活、強健和可配置的特點。思博倫一直致力于為真實網絡和實驗室環境提供全面的測試能力，在VoWi-Fi部署的各個階段為業界提供有力的協助，確保提供預期的體驗質量，并使VoWi-Fi服務得到廣泛的認可與接受。

思博倫通信正在為眾多高技術設備制造商和服務商提供眾多軟件解決方案，用于簡化和加快設備及系統測試進程。開發者和測試人員可以創建并共享自動化的測試，對來自多個設備、流量生成器和應用的結果加以控制和分析，同時還可利用通過/未通過標準進行，將每一項測試詳盡記錄在案。利用思博倫的解決方案，企業可以在邁向自動化的同時加快質量保障（QA）周期，縮短入市時間，并且提高已發布產品的質量。通信、航空航天及國防、消費電子、汽車、工業和醫療設備等行業都從思博倫的產品中受益匪淺。

（續完）