移動業務撥打測試自動控制協議設計*

柯小婉 李文璟 芮蘭蘭

（北京郵電大學網絡與交換技術國家重點實驗室 北京 100876）

1 引言

隨著無線通信的演進，特別是第三代移動通信的商用發展和開放式接入平臺(OSA)的標準化，越來越多的服務提供商、內容提供商可以接入移動網絡承載為移動用戶提供業務。運營商增值業務不斷推陳出新，適合不同類型用戶的定制套餐豐富多樣，多媒體實時業務更是成為3G業務運維重點，市場競爭空前白熱化。在2G用戶增長趨緩、3G網絡剛剛開始部署商用的形勢下，如何從用戶體驗感知角度對業務QoS進行評價正成為一個研究的熱點。運營商需要采用客觀公正的測量工具量化用戶使用業務的主觀感知滿意度，以決策合適的業務配置策略，提高市場競爭力。撥打測試（CQT，Calling Quality Test）是以網絡接入的終端設備模擬用戶訪問網絡、使用業務，從用戶角度感受業務服務質量、間接體會用戶滿意度的測量手段，是主動性QoS（Quality of Service，服務質量）測量的代表性方法，特別適用于端到端的業務質量測量。隨著基于用戶感知的業務QoS評價成為研究熱點，業務撥測作為感受用戶滿意度的重要數據源，日益受到業界的重視。

雖然撥打測試積累了許多應用經驗，但發展到自動控制階段的時間并不長，在自動控制機制方面還存在許多待研究的內容。目前，各個撥測終端產品廠商都相應研制了配套的自動控制系統和自動控制策略。但是，一方面，測試終端與自動控制系統之間控制協議多為私有化，測試終端和自動控制系統產品捆綁嚴重，另一方面，測試流程往往固化在測試終端上，擴展性和兼容性受限。隨著市場上的組合業務不斷推陳出現，測試產品總是不能完全滿足復雜的測試需求，現有的工程解決方案多為：（1）在定制終端上不斷開發新業務組合的測量流程，明顯，開發的速度總是趕不上需求的增長；（2）購買符合需求的新設備，但需要額外購買綁定的自動控制系統，不但造成重復部署、資源浪費，還引入多個異構系統，不利于系統融合和系統間數據共享。

因此，本文針對現有自動控制機制在靈活性、擴展性方面的不足，從支撐QoS評價需求出發，提出了一種全新的具有較好靈活性和擴展性撥打測試自動控制協議設計方法，該方法基于最小可重用測試動作和測試同步機制，能夠靈活適應豐富的業務組合質量測量需求。

2 自動撥測控制管理框架

如圖1所示，是自動撥測控制的管理框架包括兩個主要實體：自動撥測終端（ACT，Auto CQT Terminal）和自動撥測控制系統（ACCS，Auto CQT Control System）。ACT是執行業務QoS測量的網絡接入終端設備，可以是定制的撥測終端和普通的用戶終端，需滿足兩個條件：（1）至少支持一種網絡的接入協議（如GSM，CDMA，GPRS，TD-SCDMA等）和多個業務協議（如語音，短信，彩信，WAP，HTTP等）；（2）支持自動控制協議，能夠在ACCS的控制下觸發業務QoS測量。ACCS則是實現對ACT的測試任務調度、自動控制、設備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可以充分利用運營商的網絡資源，通過GPRS、SMS、WLAN等多種網絡協議承載靈活接入ACCS。接口協議棧結構如圖1所示。

本文提出的自動撥測控制協議（ACCP，Auto-CQT Control Protocol）實現ACCS和ACT二者之間的信息交互，可以支持測試任務在ACT間同步和自動執行控制。

圖1 自動撥測控制管理框架

3 自動撥測控制協議設計

3.1 設計原則

圖2 自動撥測控制任務劃分

相比傳統測試控制機制中，ACT一次性下載測試任務的所有指令，各自獨立完成測試的調度執行，多個ACT在測試過程中完全由網絡信令觸發，缺乏同步以及靈活性、擴展性方面的不足，ACCP的設計原則如下：（1）針對業務建立、使用、釋放過程，將終端設備與業務平臺之間的交互信令流程提煉，拆分出關鍵的測試控制點，并根據不同的測試要求進行觸發。這是ACCP的設計核心。（2）在測試過程中，ACCS根據測試需求向ACT逐個下發測試指令，而不是由ACT一次性下載，從而增強ACCP的擴展性和靈活性。（3）在ACT之間引入同步機制，以滿足需要多個ACT協作完成的復雜測試任務，提高測量的精度。（4）基于最小可重用測試動作“TestAction”設計ACCP，進一步增強ACCP的靈活性和擴展性。另外，應用TestAction的低耦合高內聚特征，可以靈活地擴展而不影響原有的測試單元集合。

以下，結合ACCS的工作流程進一步說明ACCP的設計實現。

如圖2所示，周期性測試任務或連續多次的測試任務“Task”可以拆分m個一次性測試單元“TaskUnit”。公式1如下：

a標識循環執行的次數，b表示執行任務的ACT個數。

每個測試單元由一套有序的測試動作序列構成。對于需要多個ACT協作執行的測試任務，ACT執行的動作序列之間往往存在同步要求。因此，需要在原有的測試動作序列中插入同步請求動作。如圖2所示，每個ACT下的測試單元都形成一組動作序列“T[i]”（如圖2T[1]～T[Xk]，T[1]～ T[Yk]，T[1]～ T[Zk]等）。最后，將動作序列進行分段即形成有序的測試命令序列“Command”，劃分原則遵循以下要求：

（1）測試命令Command中的首個測試動作T[1]可以獨立完成最基本的測試，稱為核心動作，是測試命令的必選測試動作。

（2）測試命令Command中其他動作不能夠獨立完成測試，必須搭配T[1]才可以執行，稱為輔助動作，是測試命令的可選測試動作。

根據以上的設計思想，組合業務測試流程可以劃分為由各種核心動作和輔助動作構成的測試命令的靈活組合，方便靈活地滿足各種復雜的測試要求。

目前，現有的電信業務主要包括語音[1，2]，短信[3]，彩信[4]，三方通話[5]、HTTP、WAP、FTP等，不同業務可以提煉出各種共有或特有的測試動作。如表1所示，語音業務測試命令“呼叫”常見的動作序列組合有：（1）端到端語音：呼叫、同步、播音并錄音；（2）三方通話：呼叫、加入通話、同步、播音并錄音；（3）特服語音：呼叫、播音并錄音、發送DTMF；（4）緊急呼叫：呼叫、播音并錄音。

3.2 協議幀結構

采用本文協議設計思想定義的ACCP主體幀結構如圖3所示，包括消息頭和消息體兩個部分。

消息頭主要反映了任務和測試命令、測試動作、ACT之間的關系。具體參數含義為：（1）MessageLength表示包括此字段消息包的總長度；（2）MessageId表示消息流水號；（3）OTID/DTID表示消息來源地/目的地編碼；（4）CommandId標識命令類型，如呼叫命令、接聽命令等；（5）CommandStatus表示一個命令的成功與失敗；（6）TaskId表示該測試命令從屬的任務ID；（7）MN表示測試模塊編號；（8）ON表示該測試命令包含動作個數；（9）OperationSequence標識測試命令的在任務單元中的動作序號；（10）LineLength表示主動作及其副動作構成的序列的長度；（11）OperationLine表示主動作及其副動作構成的序列。測試命令消息頭和測試結果消息頭唯一區別在于測試結果消息頭增加了EC錯誤代碼[1]，以支持異常情況的返回。

測試命令消息體為具體被測業務的接入、使用、釋放過程的相關參數。如語音業務的呼叫命令，必須提供被叫號碼，撥號時間，播音文件、錄音時間等信息。測試結果消息體為具體被測業務的各種測試動作的事件記錄，主要為測試動作執行時間點記錄。如語音業務的呼叫結果一般包括：撥號時間，呼叫建立時間，開始振鈴時間，錄音文件名稱等信息。

表1 語音測試業務測試動作與測試結果示例

圖3 自動撥測控制任務劃分

4 基于自動撥測控制協議的語音業務測試流程

為了進一步說明ACCP的控制過程，以下以TDSCDMA局內普通語音業務的一次撥測任務為例進行分析。（1）假定該任務為日粒度的周期性測試任務，在早忙時9：00～10：00觸發連續10次的循環測試。（2）ACCS基于公式1對測試任務進行測試單元拆分，并將任務單位加入調度隊列，排隊的先后順序基于測試開始時間、任務優先級、ACT負荷等進行決策。（3）ACCS將排在隊頭的測試單元相關測試命令序列逐個分發給主叫ACT和被叫ACT。（4）主叫ACT和被叫ACT在ACCS的控制下自動協作地開展測試，具體的測試流程如圖4所示。

如圖4所示，一次端到端語音業務的自動撥測控制管理流程如下所示。

Step1.1：ACCS向主叫ACT發送呼叫命令，測試動作序列為：呼叫-同步-播音/錄音；主叫ACT檢查設備開機情況，并向指定位置語音服務器獲取播音文件，準備就緒后開始摘機撥號，記錄開始撥號時間。

Step1.2：收到主叫的業務請求后，無線接入網絡為主叫建立RRC（Radio Resource Control，無線資源控制）連接[8]，經過鑒權加密后，建立ACT與核心網的直傳通路。此時，主叫發送Setup消息[1]，記錄為呼叫建立時間。

Step1.3：MSC受理主叫的業務請求，尋呼被叫并建立被叫的RRC連接。收到被叫的呼叫確認后，MSC為主叫和被叫建立RAB（Radio Access Bearer，無線接入承載）連接[9]。

Step1.4：主叫記錄收到Alerting消息[1]時間為開始振鈴時間。主叫記錄收到Connect消息時間為記錄呼叫接通時間。之后，主叫進入Step3。

Step2.1：ACCS向被叫發送接聽命令，測試動作序列為：接聽-同步-播音/錄音；被叫ACT根據檢查設備開機情況，并向指定位置語音服務器獲取播音文件，準備就緒后等待被叫振鈴。

Step2.2：被叫ACT記錄收到Alerting消息時間為開始振鈴時間，等待接聽命令要求的振鈴次數后向網絡發送Connect消息，并記錄發送時間為接聽時間。之后，被叫進入Step4。

Step3：主叫ACT向ACCS發送同步測試動作請求。

Step4：被叫ACT向ACCS發送同步測試動作請求。

Step5：ACCS收到主叫和被叫的同步測試動作請求后，向主叫ACT、被叫ACT下發繼續下個測試動作的同步命令。

Step6：收到同步命令的主被叫ACT雙方開始去話播音和來話錄音，生成錄音文件。

Step7：主叫ACT返回呼叫結果，包括：開始撥號時間、呼叫建立時間、呼叫接通時間、開始振鈴時間、錄音文件名、錄音文件地址。

Step8：被叫ACT返回接聽結果，包括：振鈴時間、接聽時間、錄音文件名、錄音文件地址。

Step9：ACCS收到主被叫的呼叫結果后，下主叫ACT下發掛機命令。

圖4 自動撥測控制管理接口控制活動圖

Step10：主叫向網絡發送Disconnect消息[1]，記錄為掛機時間，并作為掛機結果向ACCS返回。

Step11：被叫收到Disconnect消息，返回Release消息[1]，記錄為掛機時間，并向ACCS返回。隨后，網絡釋放主被叫的RAB連接、RRC連接，回收資源，測試結束。

該任務測試結果可用于支撐業務質量指標的聚合以評價基于用戶感知的語音業務QoS，常見的評價的指標如下：

其中，開始振鈴時間和呼叫建立時間均為為呼叫命令結果參數（見表1）。撥號后時延平均值≤2.3s，最大值為7.2s[10]，否則超出用戶忍耐時間而被用戶中止。

其中，呼叫接通表示呼叫測試命令的執行狀態是成功的。呼叫接通率指示了用戶通過移動網成功發起語音業務的概率，是用戶感知中最基礎的業務質量指標。本地端到端接通率不低于95%，國內長途端到端接通率不低于90%[10]。

其中，掉話率標識在測試過程中主叫或被叫RAB連接的異常釋放。掉話率是影響用戶滿意度最為重要的業務質量指標，取值應不大于5%[10]。

另外，錄音樣本還可用于評價話音質量，如單通、回聲等。普遍采用的評價方法已經在ITU-T得到標準化，主要有MOS（Mean Opinion Score，平均意見得分)[11]，PAMS （Perceptual Analysis/Measurement System，感知分析/測量系統)[12]，PSQM （Perceptual Speech Quality Measurement，感知語音質量測量)[13]， PESQ（Perceptual Evaluation of Speech Quality，感知語音質量評價)[14]。

4 總結

本文提出了撥測自動控制協議設計方法，是基于對現有自動控制機制和通信業務提供流程充分調研的基礎之上。該方法基于最小可重用測試動作和測試同步機制，不但能夠靈活適應豐富的業務組合質量測量需求，還可以方便擴展而不影響原有的測試組合。目前，本文提出的協議設計方法已經應用到部分產品的協議設計，并且推動了行業標準化的工作，有利于對撥測產品建立入網準入機制，促進撥測產品的融合。

[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]中華人民共和國信息產業部令，第36號電信服務規范

[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