移动业务拨打测试自动控制协议设计*

柯小婉 李文璟 芮兰兰

（北京邮电大学网络与交换技术国家重点实验室 北京 100876）

1 引言

随着无线通信的演进，特别是第三代移动通信的商用发展和开放式接入平台(OSA)的标准化，越来越多的服务提供商、内容提供商可以接入移动网络承载为移动用户提供业务。运营商增值业务不断推陈出新，适合不同类型用户的定制套餐丰富多样，多媒体实时业务更是成为3G业务运维重点，市场竞争空前白热化。在2G用户增长趋缓、3G网络刚刚开始部署商用的形势下，如何从用户体验感知角度对业务QoS进行评价正成为一个研究的热点。运营商需要采用客观公正的测量工具量化用户使用业务的主观感知满意度，以决策合适的业务配置策略，提高市场竞争力。拨打测试（CQT，Calling Quality Test）是以网络接入的终端设备模拟用户访问网络、使用业务，从用户角度感受业务服务质量、间接体会用户满意度的测量手段，是主动性QoS（Quality of Service，服务质量）测量的代表性方法，特别适用于端到端的业务质量测量。随着基于用户感知的业务QoS评价成为研究热点，业务拨测作为感受用户满意度的重要数据源，日益受到业界的重视。

虽然拨打测试积累了许多应用经验，但发展到自动控制阶段的时间并不长，在自动控制机制方面还存在许多待研究的内容。目前，各个拨测终端产品厂商都相应研制了配套的自动控制系统和自动控制策略。但是，一方面，测试终端与自动控制系统之间控制协议多为私有化，测试终端和自动控制系统产品捆绑严重，另一方面，测试流程往往固化在测试终端上，扩展性和兼容性受限。随着市场上的组合业务不断推陈出现，测试产品总是不能完全满足复杂的测试需求，现有的工程解决方案多为：（1）在定制终端上不断开发新业务组合的测量流程，明显，开发的速度总是赶不上需求的增长；（2）购买符合需求的新设备，但需要额外购买绑定的自动控制系统，不但造成重复部署、资源浪费，还引入多个异构系统，不利于系统融合和系统间数据共享。

因此，本文针对现有自动控制机制在灵活性、扩展性方面的不足，从支撑QoS评价需求出发，提出了一种全新的具有较好灵活性和扩展性拨打测试自动控制协议设计方法，该方法基于最小可重用测试动作和测试同步机制，能够灵活适应丰富的业务组合质量测量需求。

2 自动拨测控制管理框架

如图1所示，是自动拨测控制的管理框架包括两个主要实体：自动拨测终端（ACT，Auto CQT Terminal）和自动拨测控制系统（ACCS，Auto CQT Control System）。ACT是执行业务QoS测量的网络接入终端设备，可以是定制的拨测终端和普通的用户终端，需满足两个条件：（1）至少支持一种网络的接入协议（如GSM，CDMA，GPRS，TD-SCDMA等）和多个业务协议（如语音，短信，彩信，WAP，HTTP等）；（2）支持自动控制协议，能够在ACCS的控制下触发业务QoS测量。ACCS则是实现对ACT的测试任务调度、自动控制、设备管理等集中控制和管理功能。在不受限于ACT物理接口能力前提下，ACT可以充分利用运营商的网络资源，通过GPRS、SMS、WLAN等多种网络协议承载灵活接入ACCS。接口协议栈结构如图1所示。

本文提出的自动拨测控制协议（ACCP，Auto-CQT Control Protocol）实现ACCS和ACT二者之间的信息交互，可以支持测试任务在ACT间同步和自动执行控制。

图1 自动拨测控制管理框架

3 自动拨测控制协议设计

3.1 设计原则

图2 自动拨测控制任务划分

相比传统测试控制机制中，ACT一次性下载测试任务的所有指令，各自独立完成测试的调度执行，多个ACT在测试过程中完全由网络信令触发，缺乏同步以及灵活性、扩展性方面的不足，ACCP的设计原则如下：（1）针对业务建立、使用、释放过程，将终端设备与业务平台之间的交互信令流程提炼，拆分出关键的测试控制点，并根据不同的测试要求进行触发。这是ACCP的设计核心。（2）在测试过程中，ACCS根据测试需求向ACT逐个下发测试指令，而不是由ACT一次性下载，从而增强ACCP的扩展性和灵活性。（3）在ACT之间引入同步机制，以满足需要多个ACT协作完成的复杂测试任务，提高测量的精度。（4）基于最小可重用测试动作“TestAction”设计ACCP，进一步增强ACCP的灵活性和扩展性。另外，应用TestAction的低耦合高内聚特征，可以灵活地扩展而不影响原有的测试单元集合。

以下，结合ACCS的工作流程进一步说明ACCP的设计实现。

如图2所示，周期性测试任务或连续多次的测试任务“Task”可以拆分m个一次性测试单元“TaskUnit”。公式1如下：

a标识循环执行的次数，b表示执行任务的ACT个数。

每个测试单元由一套有序的测试动作序列构成。对于需要多个ACT协作执行的测试任务，ACT执行的动作序列之间往往存在同步要求。因此，需要在原有的测试动作序列中插入同步请求动作。如图2所示，每个ACT下的测试单元都形成一组动作序列“T[i]”（如图2T[1]～T[Xk]，T[1]～ T[Yk]，T[1]～ T[Zk]等）。最后，将动作序列进行分段即形成有序的测试命令序列“Command”，划分原则遵循以下要求：

（1）测试命令Command中的首个测试动作T[1]可以独立完成最基本的测试，称为核心动作，是测试命令的必选测试动作。

（2）测试命令Command中其他动作不能够独立完成测试，必须搭配T[1]才可以执行，称为辅助动作，是测试命令的可选测试动作。

根据以上的设计思想，组合业务测试流程可以划分为由各种核心动作和辅助动作构成的测试命令的灵活组合，方便灵活地满足各种复杂的测试要求。

目前，现有的电信业务主要包括语音[1，2]，短信[3]，彩信[4]，三方通话[5]、HTTP、WAP、FTP等，不同业务可以提炼出各种共有或特有的测试动作。如表1所示，语音业务测试命令“呼叫”常见的动作序列组合有：（1）端到端语音：呼叫、同步、播音并录音；（2）三方通话：呼叫、加入通话、同步、播音并录音；（3）特服语音：呼叫、播音并录音、发送DTMF；（4）紧急呼叫：呼叫、播音并录音。

3.2 协议帧结构

采用本文协议设计思想定义的ACCP主体帧结构如图3所示，包括消息头和消息体两个部分。

消息头主要反映了任务和测试命令、测试动作、ACT之间的关系。具体参数含义为：（1）MessageLength表示包括此字段消息包的总长度；（2）MessageId表示消息流水号；（3）OTID/DTID表示消息来源地/目的地编码；（4）CommandId标识命令类型，如呼叫命令、接听命令等；（5）CommandStatus表示一个命令的成功与失败；（6）TaskId表示该测试命令从属的任务ID；（7）MN表示测试模块编号；（8）ON表示该测试命令包含动作个数；（9）OperationSequence标识测试命令的在任务单元中的动作序号；（10）LineLength表示主动作及其副动作构成的序列的长度；（11）OperationLine表示主动作及其副动作构成的序列。测试命令消息头和测试结果消息头唯一区别在于测试结果消息头增加了EC错误代码[1]，以支持异常情况的返回。

测试命令消息体为具体被测业务的接入、使用、释放过程的相关参数。如语音业务的呼叫命令，必须提供被叫号码，拨号时间，播音文件、录音时间等信息。测试结果消息体为具体被测业务的各种测试动作的事件记录，主要为测试动作执行时间点记录。如语音业务的呼叫结果一般包括：拨号时间，呼叫建立时间，开始振铃时间，录音文件名称等信息。

表1 语音测试业务测试动作与测试结果示例

图3 自动拨测控制任务划分

4 基于自动拨测控制协议的语音业务测试流程

为了进一步说明ACCP的控制过程，以下以TDSCDMA局内普通语音业务的一次拨测任务为例进行分析。（1）假定该任务为日粒度的周期性测试任务，在早忙时9：00～10：00触发连续10次的循环测试。（2）ACCS基于公式1对测试任务进行测试单元拆分，并将任务单位加入调度队列，排队的先后顺序基于测试开始时间、任务优先级、ACT负荷等进行决策。（3）ACCS将排在队头的测试单元相关测试命令序列逐个分发给主叫ACT和被叫ACT。（4）主叫ACT和被叫ACT在ACCS的控制下自动协作地开展测试，具体的测试流程如图4所示。

如图4所示，一次端到端语音业务的自动拨测控制管理流程如下所示。

Step1.1：ACCS向主叫ACT发送呼叫命令，测试动作序列为：呼叫-同步-播音/录音；主叫ACT检查设备开机情况，并向指定位置语音服务器获取播音文件，准备就绪后开始摘机拨号，记录开始拨号时间。

Step1.2：收到主叫的业务请求后，无线接入网络为主叫建立RRC（Radio Resource Control，无线资源控制）连接[8]，经过鉴权加密后，建立ACT与核心网的直传通路。此时，主叫发送Setup消息[1]，记录为呼叫建立时间。

Step1.3：MSC受理主叫的业务请求，寻呼被叫并建立被叫的RRC连接。收到被叫的呼叫确认后，MSC为主叫和被叫建立RAB（Radio Access Bearer，无线接入承载）连接[9]。

Step1.4：主叫记录收到Alerting消息[1]时间为开始振铃时间。主叫记录收到Connect消息时间为记录呼叫接通时间。之后，主叫进入Step3。

Step2.1：ACCS向被叫发送接听命令，测试动作序列为：接听-同步-播音/录音；被叫ACT根据检查设备开机情况，并向指定位置语音服务器获取播音文件，准备就绪后等待被叫振铃。

Step2.2：被叫ACT记录收到Alerting消息时间为开始振铃时间，等待接听命令要求的振铃次数后向网络发送Connect消息，并记录发送时间为接听时间。之后，被叫进入Step4。

Step3：主叫ACT向ACCS发送同步测试动作请求。

Step4：被叫ACT向ACCS发送同步测试动作请求。

Step5：ACCS收到主叫和被叫的同步测试动作请求后，向主叫ACT、被叫ACT下发继续下个测试动作的同步命令。

Step6：收到同步命令的主被叫ACT双方开始去话播音和来话录音，生成录音文件。

Step7：主叫ACT返回呼叫结果，包括：开始拨号时间、呼叫建立时间、呼叫接通时间、开始振铃时间、录音文件名、录音文件地址。

Step8：被叫ACT返回接听结果，包括：振铃时间、接听时间、录音文件名、录音文件地址。

Step9：ACCS收到主被叫的呼叫结果后，下主叫ACT下发挂机命令。

图4 自动拨测控制管理接口控制活动图

Step10：主叫向网络发送Disconnect消息[1]，记录为挂机时间，并作为挂机结果向ACCS返回。

Step11：被叫收到Disconnect消息，返回Release消息[1]，记录为挂机时间，并向ACCS返回。随后，网络释放主被叫的RAB连接、RRC连接，回收资源，测试结束。

该任务测试结果可用于支撑业务质量指标的聚合以评价基于用户感知的语音业务QoS，常见的评价的指标如下：

其中，开始振铃时间和呼叫建立时间均为为呼叫命令结果参数（见表1）。拨号后时延平均值≤2.3s，最大值为7.2s[10]，否则超出用户忍耐时间而被用户中止。

其中，呼叫接通表示呼叫测试命令的执行状态是成功的。呼叫接通率指示了用户通过移动网成功发起语音业务的概率，是用户感知中最基础的业务质量指标。本地端到端接通率不低于95%，国内长途端到端接通率不低于90%[10]。

其中，掉话率标识在测试过程中主叫或被叫RAB连接的异常释放。掉话率是影响用户满意度最为重要的业务质量指标，取值应不大于5%[10]。

另外，录音样本还可用于评价话音质量，如单通、回声等。普遍采用的评价方法已经在ITU-T得到标准化，主要有MOS（Mean Opinion Score，平均意见得分)[11]，PAMS （Perceptual Analysis/Measurement System，感知分析/测量系统)[12]，PSQM （Perceptual Speech Quality Measurement，感知语音质量测量)[13]， PESQ（Perceptual Evaluation of Speech Quality，感知语音质量评价)[14]。

4 总结

本文提出了拨测自动控制协议设计方法，是基于对现有自动控制机制和通信业务提供流程充分调研的基础之上。该方法基于最小可重用测试动作和测试同步机制，不但能够灵活适应丰富的业务组合质量测量需求，还可以方便扩展而不影响原有的测试组合。目前，本文提出的协议设计方法已经应用到部分产品的协议设计，并且推动了行业标准化的工作，有利于对拨测产品建立入网准入机制，促进拨测产品的融合。

[1]3GPP TS 24.008 Mobile Radio Interface Layer 3 Specification; Core Network Protocols

[2]3GPP TS 22.004 General on Supplementary Services

[3]3GPP TS 24.011 Point-to-Point (PP)Short Message Service (SMS)Support on Mobile Radio Interface

[4]3GPP TS 23.140 Multimedia Messaging Service (MMS); Functional Description;Stage 2

[5]3GPP TS 24.084 MultiParty (MPTY)Supplementary Service; Stage 3

[6]3GPP TS 24.082 Call Forwarding (CF)Supplementary Services; Stage 3

[7]3GPP TS 24.083 Call Waiting (CW)and Call Hold (HOLD)Supplementary Services; Stage 3

[8]3GPP TS 25.331 Radio Resource Control (RRC); Protocol Specification

[9]3GPP TS 25.413 UTRAN Iu interface Radio Access Network Application Part (RANAP)Signalling

[10]中华人民共和国信息产业部令，第36号电信服务规范

[11]ITU-T P.800.1 Mean Opinion Score (MOS)Terminology

[12]ITU-T P.800 Methods for Subjective Determination of Transmission Quality

[13]ITU-T P.861 Objective Quality Measurement of Telephone-band (300-3400Hz)Speech Codecs

[14]ITU-T P.862 Perceptual Evaluation of Speech Quality (PESQ), an Objective Method for End-to-End Speech Quality Assessment of Narrowband Telephone Networks and Speech Codecs