軟交換性能測試技術(shù)

　　軟交換作為NGN/VoIP網(wǎng)絡(luò)中的核心設(shè)備，具有接口豐富、協(xié)議復(fù)雜、性能要求高等特點，因此也成為設(shè)備制造商和運營商進行實驗室測試或網(wǎng)絡(luò)驗收測試的關(guān)注焦點。軟交換一般處于網(wǎng)絡(luò)的中心位置，與PSTN互通需要SIGTRAN接口，與中繼媒體網(wǎng)關(guān)互通需要H.248控制接口，與IP終端互通需要sip/H.323/mgcp/H.248接口，與其他軟交換互通需要sip/sip-I/sip-T/BICC接口。這其中的任何一個接口出現(xiàn)問題，都將成為制約系統(tǒng)性能的瓶頸，嚴重的時候甚至造成NGN/VoIP網(wǎng)絡(luò)癱瘓。因此，軟交換性能的高低，成為運營商考察NGN系統(tǒng)好壞與否的關(guān)鍵指標(biāo)。

　　基于上述原因，如何在一個復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，有效地驗證軟交換設(shè)備的各個接口功能的性能及穩(wěn)定性，成為NGN/VoIP測試領(lǐng)域一個重要的研究課題。思博倫通信長期關(guān)注于通信領(lǐng)域的測試技術(shù)，憑借強大的研發(fā)團隊和多年的現(xiàn)網(wǎng)測試經(jīng)驗，為客戶提供完善的軟交換系統(tǒng)測試方案，成為運營商和設(shè)備商NGN 領(lǐng)域測試的必然選擇。

　　2  軟交換常見測試方法

　　軟交換作為一個復(fù)雜的核心控制設(shè)備，可供選擇的測試方法也多種多樣。常見的測試方法按不同分類方式，有以下幾種：

●按組網(wǎng)方式分：單節(jié)點全包圍測試、多個網(wǎng)元互通測試、端到端系統(tǒng)測試
●按測試的功能分：C4匯接局功能測試，C5本地端局功能測試
●按測試指標(biāo)分：峰值壓力測試，最大同時會話能力測試，穩(wěn)定性測試，長時間通話測試，過載保護測試，CDR準(zhǔn)確性測試。

　　下面我們對這些不同的測試方法進行詳細介紹。

　　2.1  單節(jié)點全包圍測試

　　單節(jié)點全包圍測試一般用于驗證單個設(shè)備是否存在性能瓶頸。通過測試儀表仿真該節(jié)點周圍的所有接口，模擬出該設(shè)備周圍的所有網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，從而杜絕其他設(shè)備對測試環(huán)境造成的影響，精確驗證被測設(shè)備的性能。

　　圖1所示是一個對軟交換做全包圍測試的例子。儀表通過Sigtran(M2UA或者M3UA)協(xié)議仿真信令網(wǎng)關(guān)，通過H.248協(xié)議仿真中繼網(wǎng)關(guān)，通過sip/H3.23/H.248/MGCP等協(xié)議仿真IP Phone，然后模擬從PSTN往IP網(wǎng)絡(luò)側(cè)的大量語音呼叫，實現(xiàn)對中間軟交換設(shè)備的性能測試。

圖1  軟交換全包圍示意圖

　　2.2  多個網(wǎng)元互通測試

　　這種測試一般用于在一定的、可控的環(huán)境內(nèi)，對由多個節(jié)點組成的有限系統(tǒng)做性能測試，用于發(fā)現(xiàn)各個網(wǎng)元之間的互通問題，確定在互操作過程中是否有新的性能問題引入。

　　例如，運營商在部署VoIP網(wǎng)絡(luò)時，有可能會采用A廠家的軟交換和B廠家的接入網(wǎng)關(guān)設(shè)備，如何確認這兩家的設(shè)備在一起互通時沒有性能上的問題？這時可以采用儀表仿真接入網(wǎng)關(guān)下面的模擬線終端，往網(wǎng)關(guān)和軟交換側(cè)發(fā)起呼叫，再由軟交換將呼叫路由回網(wǎng)關(guān)再到終端。通過這種方式，由儀表發(fā)起成千上萬的呼叫經(jīng)過接入網(wǎng)關(guān)和軟交換，可以有效地驗證這兩種設(shè)備在互通的時候有沒有性能和穩(wěn)定性問題。

　　2.3  端到端系統(tǒng)測試

　　端到端系統(tǒng)測試一般用于對一個完整的系統(tǒng)進行功能及性能驗證，或針對運營網(wǎng)絡(luò)的分布式測試。如圖2所示，一般將儀表部署于系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)中的不同分支節(jié)點，仿真系統(tǒng)中涉及的各種不同終端，然后不同終端之間發(fā)起大量的呼叫進行測試。通過這種方式，不僅可以驗證系統(tǒng)性能，甚至可以對網(wǎng)絡(luò)端到端的時延、網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量進行測試。

圖2  端到端系統(tǒng)測試示意圖

　　2.4  C4匯接局功能測試

　　軟交換作為NGN網(wǎng)絡(luò)中的控制設(shè)備，既有匯接局的功能，也有做本地端局的功能。當(dāng)軟交換作為匯接局使用時，一般是用于匯接PSTN或者長途過來的語音話務(wù)，或者用于匯接其他局過來的話務(wù)，因此測試匯接局功能時，有以下幾種組網(wǎng)方式：

　　●通過儀表的E1/STM-1接口仿真PSTN端局，通過傳統(tǒng)的No.7信令發(fā)起從PSTN往VoIP側(cè)的語音呼叫（見圖3）。

圖3  仿真PSTN端局測試軟交換C4功能

　　●通過儀表的IP接口仿真信令網(wǎng)關(guān)+中繼媒體網(wǎng)關(guān)，通過Sigtran協(xié)議發(fā)起從PSTN往VoIP網(wǎng)絡(luò)的語音呼叫（見圖4）。

圖4  仿真SG+TG測試軟交換C4功能

　　●通過儀表仿真另外一個軟交換實現(xiàn)的匯接局，通過sip-T/BICC協(xié)議發(fā)起從一個匯接局到另外一個匯接局的語音呼叫。

　　這3種方案中，第1種方案在測試軟交換的同時，可以驗證SG和TG的性能。而第2和第3種方案，因為直接通過IP接口仿真流量，可以實現(xiàn)非常高的性能，另外可以省去大量的E1或者STM-1線路連接的麻煩。

2.5  C5本地端局功能測試

　　當(dāng)軟交換作為NGN網(wǎng)絡(luò)中的本地端局使用時，一般用于控制終端用戶的話務(wù)接續(xù)，并提供各種補充業(yè)務(wù)。因此，測試端局功能時，需要儀表通過模擬接入網(wǎng)關(guān)下的用戶或者IP終端用戶，實現(xiàn)本地話務(wù)的仿真。圖5所示，在實際測試時，可以根據(jù)情況，配置基于sip，H.323，Megaco或者MGCP各種協(xié)議的終端設(shè)備，實現(xiàn)同種協(xié)議終端之間或者不同協(xié)議之間大話務(wù)量的呼叫測試。

圖5  仿真IP終端測試軟交換C5功能

　　2.6  峰值壓力測試

　　峰值壓力測試一般用于驗證被測設(shè)備在系統(tǒng)最高負荷的時候每秒能夠處理呼叫的能力，往往通過BHCA或CPS兩種指標(biāo)來考察被測設(shè)備，即系統(tǒng)每小時或每秒處理呼叫的個數(shù)。實際測試時，一般通過儀表每秒鐘產(chǎn)生一定的呼叫量來精確驗證系統(tǒng)能力，通過更改呼叫保持時間和呼叫間隔時間來調(diào)整壓力，測試時間一般超過1h，甚至達到24h或48h；呼損不能超過萬分之一。

　　2.7  最大同時會話能力測試

　　最大同時會話能力測試一般用于測試被測設(shè)備在某一個特定時間能夠同時保持的會話數(shù)目。相對于BHCA和CPS，最大會話保持數(shù)也是一項重要的指標(biāo)。這種測試一般通過儀表仿真一定數(shù)目的呼叫，然后將呼叫保持時間設(shè)置的足夠長，觀察在一定的時間段內(nèi)，這些同時保持的話務(wù)有沒有掉話、異常中斷等各種情況。體現(xiàn)在呼損數(shù)值上，不能超過萬分之一。

　　2.8  穩(wěn)定性測試

　　穩(wěn)定性測試一般用于驗證系統(tǒng)長時間穩(wěn)定運行，無故障處理話務(wù)的能力。一般通過儀表仿真占系統(tǒng)一定負荷的話務(wù)量(如系統(tǒng)最大能處理CPS的80%)，然后將每個呼叫的保持時間設(shè)置為現(xiàn)網(wǎng)平均呼叫保持時間（如2~3min），要求系統(tǒng)穩(wěn)定運行至少24h，有時甚至超過48h以上，呼損率不能超過萬分之一。

　　2.9  長時間通話測試

　　長時間通話測試一般用于驗證系統(tǒng)處理超長時間通話的能力。這類測試一般不要求很高的性能，往往使用儀表仿真幾十路的語音呼叫，將每一路的呼叫保持時間設(shè)置為至少24h以上，觀察測試過程中有無掉話、異常中斷、語音異常等現(xiàn)象。另外，還會觀察軟交換對于這種超長話單產(chǎn)生的精確程度、有無話單丟失、時長計費是否準(zhǔn)確等現(xiàn)象。

　　2.10  過載保護測試

　　軟交換一般都具有過載保護功能，當(dāng)話務(wù)量超過最大負荷或者系統(tǒng)CPU負荷已經(jīng)到達100％時，主動拒絕后續(xù)的呼叫，避免過量的呼叫占用系統(tǒng)資源造成系統(tǒng)癱瘓。過載保護測試用于驗證軟交換系統(tǒng)遇到突發(fā)話務(wù)流量超過系統(tǒng)最大負荷時，有效控制話務(wù)，避免系統(tǒng)癱瘓的能力。這類測試一般通過儀表逐級、逐量地仿真系統(tǒng)話務(wù)負荷，例如分別仿真占系統(tǒng)80%，100%，120%的話務(wù)量，要求系統(tǒng)在80%，100%負荷的時候呼損率不應(yīng)超過萬分之一，在120％話務(wù)量的時候，可以允許有大量的呼損，但是每秒鐘成功接續(xù)的呼叫數(shù)應(yīng)該維持在系統(tǒng)可以處理的最大CPS左右，另外不能有系統(tǒng)癱瘓、板卡重啟、消息沒有響應(yīng)等現(xiàn)象發(fā)生。

　　2.11  CDR準(zhǔn)確性測試

　　CDR準(zhǔn)確性測試用于驗證軟交換系統(tǒng)在處理大量呼叫的同時，生成的話單的準(zhǔn)確性。一般通過儀表仿真大量的呼叫，維持一段時間（例如幾個小時以上）。然后在測試結(jié)束后，對比儀表統(tǒng)計給出的話單總數(shù)和軟交換系統(tǒng)給出的話單總數(shù)，檢查軟交換有無掉話單的現(xiàn)象。一般要求話單差錯率不能超過萬分之一。

　　3  關(guān)鍵參數(shù)統(tǒng)計及性能測試結(jié)果分析

　　軟交換設(shè)備因為其接口多、協(xié)議豐富、性能高等原因，成為NGN測試領(lǐng)域中最為復(fù)雜的一個被測設(shè)備，因此測試涉及的統(tǒng)計指標(biāo)也多種多樣。如何從復(fù)雜的測試數(shù)據(jù)中，過濾觀察關(guān)鍵的測試參數(shù)、有效地分析性能測試結(jié)果的好壞、檢查出系統(tǒng)存在的性能瓶頸等，將是本節(jié)中我們將要探討的內(nèi)容。

　?。?）BHCA/CPS/呼損率等關(guān)鍵指標(biāo)的統(tǒng)計與分析

　　在軟交換性能測試中，BHCA/CPS與呼損率是兩個很重要的相互關(guān)聯(lián)的指標(biāo)。我們進行大量的測試就是為了找出在沒有呼損或者呼損率小于規(guī)定值(如萬分之一)的時候系統(tǒng)最大能支持的BHCA/CPS。一般使用2分法去精確查找出系統(tǒng)的無故障平衡點。這時候如果加上軟交換系統(tǒng)的CPU和內(nèi)存占有率的觀察，則可以幫助測試人員更加方便地判斷系統(tǒng)負荷是否已經(jīng)到了瓶頸。一般隨著儀表產(chǎn)生的BHCA/CPS的逐漸增高，系統(tǒng)在接近性能瓶頸的時候，往往伴隨著 CPU占有率或者內(nèi)存占有率的突然陡增，并接近最大值；如果這個時候呼損大量增加，則可以很確定地判斷是由于系統(tǒng)負荷到了瓶頸造成大量呼損而并不是由于網(wǎng)絡(luò)等其他原因。

（2）信令時延統(tǒng)計對于性能測試的重要性

　　信令時延是考察軟交換系統(tǒng)對于信令消息處理快慢程度的一項指標(biāo)，在查找系統(tǒng)無故障平衡點的時候，該指標(biāo)的統(tǒng)計也是非常重要的一項考察內(nèi)容。對于VoIP信令來講，信令時延主要包括Response Time，Post Dial Delay，Call Setup Time，Tear Down Time幾項具體的指標(biāo)。

　　●Response Time

　　從終端發(fā)起呼叫建立請求消息到收到臨時響應(yīng)消息之間的時間間隔。以sip為例，一般是指Invite消息和100 Trying消息之間的時延。

　　●Post Dial Delay

　　從終端發(fā)起呼叫建立請求消息到收到振鈴響應(yīng)消息之間的間隔。如果是Sip信令，一般是指Invite消息和180 ringing消息之間的時延；如果是模擬線信令，一般是從摘機撥完號碼到收到回鈴音之間的時延。

　　●Call Setup Time

　　從終端發(fā)起呼叫建立請求消息到收到呼叫建立確認消息之間的間隔。Sip信令中一般是指Invite消息和200 OK消息之間的時延。

　　●Tear Down Time

　　從終端發(fā)起會話釋放請求消息到收到對端拆線確認消息之間的間隔。Sip信令中一般是指Bye消息和200 OK消息之間的時延。

　　信令時延統(tǒng)計是用于判斷和分析軟交換性能的一個重要輔助手段。因為這些時延的統(tǒng)計指標(biāo)往往代表著用戶實際通話過程中的切身感受。例如，Post Dial Delay代表著用戶撥完號碼之后需要等多久聽到回鈴音，如果這些指標(biāo)超過標(biāo)準(zhǔn)值，則意味著軟交換的服務(wù)質(zhì)量已經(jīng)下降，此時就算系統(tǒng)能夠正常建立呼叫，呼損率為零，但是其實當(dāng)前負荷下的軟交換性能已經(jīng)不能滿足實際運營的要求。

　　運營商和標(biāo)準(zhǔn)組織往往對于信令時延都有著相應(yīng)的規(guī)范要求，比如中國規(guī)范要求輕載情況下Post Dial Delay要小于1s，重載情況下要小于2s。因此，在確定軟交換系統(tǒng)無故障平衡點的同時，觀察信令時延統(tǒng)計非常重要。

　　圖6是一個軟交換性能測試過程中CPS和PDD指標(biāo)的統(tǒng)計示意圖。我們可以看到，一開始在CPS比較小的時候，Post Dial Delay指標(biāo)比較穩(wěn)定。當(dāng)CPS數(shù)值爬升到一定階段時，Post Dial Delay開始明顯上升。當(dāng)CPS=200達到峰值時，PDD=3S。我們在測試的時候如果不綜合考察各項指標(biāo)，往往會簡單認為該系統(tǒng)的最大CPS指標(biāo)為 200。然而實際情況是，200 CPS時候的PDD指標(biāo)已經(jīng)達不到運營要求，因此實際、合理的系統(tǒng)最大CPS應(yīng)該為PDD<2s時候的CPS值，即180 CPS左右。

圖6  CPS和Post Dial Delay關(guān)系示意圖

　　從這個例子我們也可以看到，綜合考察各項重要指標(biāo)對于性能測試分析的重要性。

　?。?）故障定位分析

　　當(dāng)軟交換測試碰到故障（如大量異常呼損、消息沒有響應(yīng)等問題）時，我們需要有效的手段來定位分析原因，究竟是軟交換設(shè)備工作異常，還是承載網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定造成消息丟失？這種情況下，我們可以采取幾種輔助定位的手段來做進一步的分析。

　　●通過修改呼叫模型來分析故障原因

　　以上一節(jié)提到的CPS VS PDD的例子為例，當(dāng)系統(tǒng)負荷增加，Post Dial Delay大幅增長的時候，我們可以適當(dāng)降低話務(wù)量（例如減到原來的一半）, 再觀察Post Dial Delay的統(tǒng)計值是否隨之大幅降低。如果有明顯降低，說明消息響應(yīng)緩慢確實是跟軟交換設(shè)備的話務(wù)負荷有關(guān)系；如果該值沒有明顯降低，說明消息響應(yīng)緩慢可能是跟網(wǎng)絡(luò)有關(guān)系，例如網(wǎng)絡(luò)傳輸時延過大造成消息響應(yīng)緩慢。

　　●通過儀表提供的網(wǎng)絡(luò)層參數(shù)的統(tǒng)計來觀察網(wǎng)絡(luò)情況的好壞

　　在仿真呼叫發(fā)送信令及語音的同時，Abacus可以測試并統(tǒng)計如下參數(shù)：丟包、時延、抖動、亂序，并且可以輸出統(tǒng)計值對應(yīng)不同時間段的圖表。當(dāng)測試碰到問題時，可以通過上述這些參數(shù)的統(tǒng)計，判斷網(wǎng)絡(luò)是否出現(xiàn)問題。例如，圖7所示的One Way Delay的統(tǒng)計圖可以看到，儀表統(tǒng)計到14：10和14：30的時候，分別出現(xiàn)One Way Delay大幅增長的情況，如果這時出現(xiàn)系統(tǒng)呼損的情況，我們就有理由相信系統(tǒng)的呼損很大可能是由于網(wǎng)絡(luò)原因造成。還可以結(jié)合丟包、抖動、亂序等其他因素，綜合判斷是否問題是由于承載網(wǎng)性能不好引起的。

圖7  Abacus儀表提供的One Way Delay VS time統(tǒng)計圖

　　●利用儀表的抓包監(jiān)控功能分析信令流程判斷故障原因

　　Abacus儀表在仿真呼叫的同時，可以將有問題的呼叫過程中的信令全部記錄下來。另外，思博倫公司還提供一款名為Clearsight的監(jiān)控儀表，可以將流經(jīng)IP網(wǎng)絡(luò)的所有VoIP呼叫全部監(jiān)控并記錄下來。這樣，結(jié)合Abacus，Clearsight以及軟交換本身提供的信令日志功能，可以很方便地檢查并對比儀表輸出的消息日志和網(wǎng)絡(luò)上捕捉到的消息日志以及軟交換的消息日志，從而發(fā)現(xiàn)究竟錯誤消息或者消息丟失等故障是產(chǎn)生于哪一個節(jié)點。