Wi-Fi语音（VoWi-Fi）测试中的挑战（二）

思博伦通信

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Wi-Fi语音（VoWi-Fi）测试中的挑战（二）

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5 在实验室中实现有效VoWi-Fi性能评价的测试场景

要想对VoWi-Fi的性能做出可靠的评价，需要一个能够实施真实现场精确复制的受控环境。本节将提供使用思博伦VoWi-Fi测试解决方案的实验室场景的大量细节，而这些场景的最终目标是对VoWi-Fi性能做出准确的评价。另外，还将提供测试条件、测试设置和可评价关键性能指标的简要描述，以及在每个测试场景中使用实验室设置所带来的优势。

图5所示的思博伦VoWi-Fi测试解决方案可用于多种测试场景中，并对VoWi-Fi性能的各个方面做出评价。具体情况如测试场景1～4所示。

●无线测试站（WTS122）可仿真多种网络组件，例如ePDG和LTE演进分组核心以及IMS核心等。WTS122是一种多用途的网络仿真器，能够支持LTE和Wi-Fi无线接口，并可对每种接口的辐射功率加以控制。

图5 思博伦VoWi-Fi测试配置

●思博伦ProlabTestingSuiteTM提供的是可配置的IMS核心，且该核心已经紧密集成到WTS122中。它还能够以基于软件的IMS代理的方式仿真出IMS端点，而这些端点经过简单的配置后可以支持多种测试配置。ProLab具备极高的灵活性，可以使用VoLTE音频数据包和VoWi-Fi音频数据包语音解码时用到的多种音频编码解码器，并可在IP层引入各种损伤，而这些损伤又可用于仿真网络延迟、包丢失和抖动等。

●NomadHD音频质量测量系统可注入一个参考音频信号，并测量VoLTE和VoWi-Fi上行链路和下行链路音频流的音频质量。

典型的Wi-Fi分流测试场景要涉及到启动两种设备之间，或被测设备（DUT）与基于软件的IMS代理之间的的VoLTE呼叫。Wi-Fi功率会被逐渐增大，直至经过授权的设备使用ePDG和IPSec隧道完成向Wi-Fi的交接。

（1）测试场景1：使用基于软件的IMS代理作为参考来测量语音的质量

在测试两台设备间VoWi-Fi语音质量的过程中，由于没有用作参考的固定点，低MOS的源头可能很难追踪。如果接收方设备下行链路的MOS低于预期，其原因可能是自己一方下行MOS性能较差，也可能是主叫设备上行MOS的性能较差。使用基于软件的IMS代理作为参考时，将有助于隔离出问题的源头。还有助于对比不同设备间音频编码解码器的实施，例如EVS编码解码器和AMR-WB编码解码器等。同样的过程还可以用于查明包丢失和网络延迟的情况。

测试设置：在被测设备之间启动一个语音呼叫，然后使用NomadHD音频质量测量系统对音频质量加以测量。MOS的分布示例如图6a所示。

●首先要使用IMS参考代理的回环模式，对该系统加以校准。它代表的是系统能够测量的绝对最佳MOS水平。

●根据作为参考的IMS代理，对被叫设备的下行链路MOS进行测量。MOS的分布示例如图6b所示。

●根据作为参考的IMS代理，对主叫设备的上行链路MOS进行测量。MOS的分布示例如图6c所示。

●通过将作为参考的IMS代理与上行链路和下行链路MOS进行对比，可以查明MOS较低的原因。在以下示例中，设备A和设备B之间较低MOS的源头可以追溯至设备A上行链路的MOS较低，具体情况如图6c所示。

需要测量的关键性能指标（KPI）：MOS、包丢失、网络延迟。

图6 使用基于软件的IMS代理作为参考进行的MOS得分对比

用户体验所受的影响：

●较低的MOS代表着较低的语音质量。

●高百分比的包丢失可能意味着较低的语音质量和更差的体验质量（QoE）。

●较大的网络时延可能导致较大的口耳延迟和更差的体验质量。

基于实验室的解决方案带来的优势：

●将IMS代理固定为参考帧，并以此隔离出低MOS问题根源的能力。

●对话音解码可能用到的编码解码器加以控制，而这在现场测试中是不可能做到的。

（2）测试场景2：在不同的设备上映射出不同的切换方式

在进行LTE与Wi-Fi之间的切换时，切换算法有多种实施方式，而且全都实施在设备上。某些实施只考虑到了Wi-Fi信号的可用性，并以此作为切换的标准，而另外一些实施方式还在切换前将LTE和Wi-Fi的功率水平均考虑在内。以下是一个仿真前一种实施方式的简单实例，其中由设备测量得到的Wi-FiRSSI已经足够高，完全可以交接给Wi-Fi。Wi-FiRSSI要使用专有算法从设备上测得，而且该值会因芯片组实施的不同而有所差异。该测试场景还关注了不同切换实施的评价问题，绘出了发送Wi-Fi功率与同一网络上不同设备的MOS之间的曲线关系。在理解不同的设备交接实施方式及其对体验质量的最终影响时，这些信息具有非常重要的价值。

测试设置：首先要在被测设备与ProLabIMS代理之间启动一个VoLTE呼叫。NomadHD音频质量测量系统会连接至被测设备和IMS代理之间的音频路径上。从WTS122得到的LTE功率将被保持在最低值，刚够为设备提供一个稳定的连接并确保它能够保持与LTE网络的注册。从WTS122得到的Wi-Fi功率会从一个较低的水平（＜-110dBm）逐步加大至向Wi-Fi切换，预计将发生时的数值低约2dB的水平。从WTS122得到的Wi-Fi功率会以更小的步进（0.1/0.2/0.3dB步进）逐渐增大，直至找出设备将语音呼叫切换给Wi-Fi网络的实际点。此时，对应的MOS值会与发送Wi-Fi功率水平一同绘制在图表中，并以0.1/0.2/0.3dB的幅度递增。从交接点开始以1、2、3、4和5dB增幅提高并进行几次测量后，针对该被测设备的测试即告完成。同样的程序会在不同的被测设备上多次重复，确保所有设备上Wi-Fi接入点至被测设备的路径损失保持在一个常数水平上。为了对比不同设备的交接实施，还需要绘制类似的曲线，同时突出显示其中在MOS上的差异。例如，如果某项实施允许设备在低于可接受语音质量所需RSSI水平的情况下进行切换，则可能会得出较低的MOS。所得的图表可以显示出，不同的交接实施会让同一网络上的用户感受到不同的语音质量和体验质量。

需要测量的关键性能指标（KPI）：MOS。

用户体验所受的影响：

●不同设备上不同的Wi-Fi切换功率水平可能意味着不同的用户体验质量，而且这些全都发生在相同的网络上。

●在不正确的Wi-Fi水平上进行切换可能会降低语音质量，并使体验质量下降。

基于实验室的解决方案带来的优势：

以可重复的方式控制设备所接收Wi-Fi功率的能力，以及创建切换边界条件的能力。

说明：相同的场景还可用于测试Wi-Fi至LTE方向的切换，将LTE功率保持在设备注册所需的水平上，同时逐渐减小Wi-Fi的功率。这一测试设置还能够控制LTE的功率水平，并可用于评价其它需要同时考虑LTE和Wi-Fi功率水平的设备切换实施。

（3）测试场景3：测试ePDG发送不利响应时的呼叫连续性

鉴于不安全的Wi-Fi接入很可能会是多数支持VoWi-Fi的设备所用的分流模式，ePDG验证将会是这些设备必然经历的一步。有些运营商的实施会强制要求进行此类验证，如果未通过ePDG验证，则设备等待一定的时间后应重新尝试验证。根据设备行为的不同，这将导致向设备顺序发送一个或多个负面响应。该测试场景侧重的便是这种实施，并会评价设备在整个重试期间保持呼叫连续性的能力，同时还要测量MOS和网络时延等关键性能指标（见图7）。

测试设置：在执行最初设置的步骤后，要在被测设备之间建立语音呼叫，并使用NomadHD音频质量测量系统对音频质量进行测量。经配置后，ePDG将发出错误代码，例如阻止被测设备验证和导致IPSec隧道故障的代码。被测设备应在一定等待期后重新尝试验证

时保持音频呼叫的连续性。在该条件下可以评价的两个关键方面分别是：

图7 该测试例能以连续循环的方式运行，考察多次运行中的行为，对交接的性能做出定性

●遭遇不利场景时的呼叫连续性和数据重试能力。

●当通向ePDG的IPSec隧道被拒绝时被测设备保持音频呼叫连续性的能力。

需要测量的关键性能指标（KPI）：遭遇ePDG不利条件时呼叫丢失的百分比、语音质量（MOS）测量以及网络时延。

用户体验所受的影响：

●当设备尝试通过ePDG验证切换至Wi-Fi时，如果出现较高百分比的呼叫丢失，则可能导致体验质量的下降。

●相对较长时间的音频包丢失期可能导致无法接受的口耳延迟，以入含混不清的话音，使整体体验质量大幅下降。

基于实验室的解决方案带来的优势：

●配置ePDG不利响应，为不同运营商的ePDG实施建立模型的能力。

●受控的环境可测试多种数据重试场景下的呼叫连续性。

（4）测试场景4：测量Wi-Fi接入点在负载条件下的语音质量

Wi-Fi采用的是一种时分复用的结构，并允许设备在无线电链路上发送数据。与LTE不同的是，Wi-Fi数据包的传输并不同步并可能导致冲突，而这就要求对数据包进行重传。当Wi-Fi接入点处于负载条件下时，就表示Wi-Fi接入点上有多台设备竞争同一无线电信道上的访问权，导致每台发送数据的设备面临更长的等待期，并且会造成网络时延。对于语音等时延敏感型的应用而言，这可能对体验质量造成巨大的冲击。

测试设置：在执行最初设置的步骤后，Nomad会被连接至设备，并对MOS下的语音质量、包丢失和网络时延进行测量。通过向同一AP连接多台额外的设备，并在设备上运行思博伦Datum数据服务用户体验分析系统等数据性能应用，可以向Wi-Fi添加负载，让Wi-Fi接入点在大量数据下运行。接下来，要在被测设备之间建立起一个语音呼叫，然后绘出上行链路和下行链路的MOS。在无线电链路上引入流量所产生的影响会被记录下来，同时记录下来的还有包丢失百分比和抖动的情况。

需要测量的关键性能指标（KPI）：网络时延、MOS、包丢失和抖动。

用户体验所受的影响：

●更大的网络时延意味着更大的口耳延迟。当这些延迟越变越大时，要想进行顺畅的对话就会变得更加困难。

●更低的MOS意味着感受到的音频质量会变得很低。当低于某个点后，音频质量将变得让人无法接受。

●抖动会导致音频数据包中的可变延迟，使话音变得含混不清，断断续续。

基于实验室的解决方案带来的优势：

●在Wi-Fi接入点上控制流量，并在所需的测试时间段内保持该流量负载的能力。

6 评价VoWi-Fi性能过程中所需的基于实验室的能力

本节将详细说明一系列重要的基于实验室的测试能力，而这些能力将用于查明和锁定各类问题，最终实现VoWi-Fi的成功部署。

目前，业界中的不同团体都在努力应对与VoWi-Fi成功部署相关的各项挑战。图8中重点显示的几个团体已经为评价不同部署阶段的VoWi-Fi性能制订出以下关键目标：

●设备研发将侧重于协议栈开发，而这就需要验证其芯片组中的协议栈是否符合行业标准和运营商的规格。

●运营商侧重于开发设备要求和VoWi-Fi测试计划，目的是确保在其网络上部署的设备能够为终端用户带来最佳的体验质量。

●OEM厂商则侧重于使用不同的测试能力，满足不同运营商的强制性测试要求。

这些不同的团体都需要一些基于实验室的重要测试能力，具体描述如下：

●交互式测试：以交互方式修改测试参数和设置的能力，能够让测试例开发都具备为网络行为建模的灵活能力，可以在各种场景中实现尽可能高的精确度，同时还具备了开发全面测试计划的能力。

●定制测试脚本开发：要想实现稳定的VoWi-Fi性能，基于状态机的ePDG和IMS核心实施必不可少。通过为网络组件编程可自动切换的不同状态，可以很轻松地实施定制测试脚本开发能力。此外，还可用于实现不同测试场景的自动化。

●ePDG建模能力：实验室中的ePDG建模能力可为不同运营商的ePDG建模。精确的ePDG建模对于评价设备对不利条件的响应也是至关重要的。

●使用基于软件的IMS代理作为参考来进行测试：测试团队可以轻松创建一个IMS代理，并使用该代理作为参考模型，对需要进行音频质量性能测试的其

它设备加以对比。此外，由于该代理的行为方式与一台设备无异，因此利用该代理进行测试时，就无需总是使用两台兼容的设备来执行端对端测试。

图8 VoWi-Fi测试能力和要求

●测试例自动化：OEM厂商、运营商的生产实验室，以及第三方实验室都需要执行与一致性要求或运营商测试计划相关的测试行动，只有完成了这些测试内容才能对被测设备的性能做出全面的评价。这些测试典型周期可长达数天，具体情况依测试行动的长度而定。具备自动化能力的整包式测试解决方案可以实现人力资源的更高效使用。

●设备间的互操作性测试：为确保编码解码器之间的兼容性，以及更好的整体语音质量，必须在设备上执行端对端测试，并以此来测试设备间的互操作性。这种模拟所提供的能力可测试同OEM厂商所提供的不同的手机固件版本，或是不同OEM厂商提供的不同编码解码器实施，再或者是同一厂商提供的不同型号。在实验室中进行的进一步互操作性测试可以探测和解决SIP消息中的不兼容问题，而当设备尝试在Wi-Fi上建立一个语音呼叫，或将VoLTE呼叫分流至Wi-Fi时，会经常遇到此类兼容性问题。

7 结束语

要应对VoWi-Fi服务在部署中遇到的挑战，需要一套全面的设备性能评价方法，其中既要包含真实网络，也要包括基于实验室的测试环境。尽管现场测试在提供真实的性能数据方面具备极强的洞察能力，但只有实验室环境才能实现可复制、可控制，且十分精确的各项条件。

语音质量和呼叫可靠性是两个非常关键的测试领域，需要对设备性能的多个方面做出深入的评价，其中包括VoLTE、Wi-Fi和3G技术之间的移动性，以及流量负载和IP回传质量对VoWi-Fi体验质量造成的影响。基于实验室的测试还是现场测试的一种重要补充，可以通过一个可控的环境更深入地挖出根本原因并加以分析。一些基于实验室的具体特性，例如配置ePDG并发送不利响应、从接入点控制Wi-Fi功率，以及利用基于软件的参考IMS代理来对比设备的语音质量，都是非常有价值的实验室能力，能够进一步协助实现VoWi-Fi设备性能和对应用户体验的评价工作。

随着VoWi-Fi的部署越来越广泛，需要通过更多的关键测试领域来做进一步的调查，例如评估噪音和衰退对无线电链路的影响，以及网络延迟、抖动和包丢失加剧对流量的影响等。另外一项需要在部署中应对的挑战，就是当设备与不同容量的接入点互动时，体验质量所发生的变化，例如家用Wi-Fi接入点与企业接入点。

要想为网络和设备间的各种互动测试建立精确的模型，对VoWi-Fi设备的性能做出准确的评价，测试解决方案必须具备灵活、强健和可配置的特点。思博伦一直致力于为真实网络和实验室环境提供全面的测试能力，在VoWi-Fi部署的各个阶段为业界提供有力的协助，确保提供预期的体验质量，并使VoWi-Fi服务得到广泛的认可与接受。

思博伦通信正在为众多高技术设备制造商和服务商提供众多软件解决方案，用于简化和加快设备及系统测试进程。开发者和测试人员可以创建并共享自动化的测试，对来自多个设备、流量生成器和应用的结果加以控制和分析，同时还可利用通过/未通过标准进行，将每一项测试详尽记录在案。利用思博伦的解决方案，企业可以在迈向自动化的同时加快质量保障（QA）周期，缩短入市时间，并且提高已发布产品的质量。通信、航空航天及国防、消费电子、汽车、工业和医疗设备等行业都从思博伦的产品中受益匪浅。

（续完）