1. 背景
1.1 VOIP升级背景
面对现代社会快速发展，空中流量传输业务需求与日俱增，现有传统网络无法避免频繁更新以支持该发展趋势。相较于传统网络 1.）VOIP网络扩容成本和运营成本更低廉；2.）VOIP增值业务的集成更容易且费用更低廉；3.）VOIP允许在相同网络承载语音，视频和数据，实现多媒体汇聚功能。
为此，国际组织EUROCAE提出了ED137/ED138标准用于定义各种基于VOIP的设备以及网络建设标准，简单来讲就是利用标准的SIP协议来建立，修改以及终止空管系统中通信终端间的语音通话。这些终端可以是基于SIP的塔台控制工作站（CWP），下一代的内化系统（VCS）以及电台(GRS)等设备。
1.2 升级VOIP网络面临的挑战
对设备厂家来讲，从传统网络迁移到IP网最主要的挑战就是不同设备厂家在传输过程中不同环节处理的差异化，比如抖动缓存器，封包处理，数字信号处理算法以及交换机从闲时到激活的处理等等。这些不同的处理机制会引起端到端的延时以及语音质量的影响。那么找到这些不同厂家设备间运行时的规律特征以使得系统运行最优化就显得尤为重要。
对ANSP（空中交通管理局）服务商来讲，则需要判断其VOIP网络是否具备了承载ED137业务的能力，如网络健康值是否符合ED138要求，是否能支持所有新增的基于ED137的业务，长时间运行的稳定性以及业务质量，如不同语音编解码下的MOS值，信令延时等，这都需要在前期通过专业的测试工具进行提前验证以保证网络的安全性和可靠性。
2. 方案简介
针对上述技术更迭的时代背景，GL针对VOIP ATM网络设计出了一套完整的测试解决方案，本方案主要提供基于最新ED137标准的仿真器，以及基于ED138标准的监控分析系统，同时结合如VQT语音评估系统以及网络损伤仿真等功能，可全面覆盖如产品研发测试，新建网络（新购设备）验收，预先部署测试，互联互通测试，回归测试，例行巡检或维护并及时发现潜在问题等不同的应用场景。
2.1 方案特色
l 通用性：以相同的软件架构实现对不同网元仿真器（内话，电台，记录仪）的支持，减少技术人员的学习周期。
l 便携性：所有测试硬件均以一体机或USB便携仪为载体，可轻松应对现场测试，调试，维护等应用场景。
l 易用性：图形化软件设计实现参数配置/呼叫建立/故障排查等功能，轻松上手测试.
l 高效性：支持快速配置即可实现字段复制，参数(如SIP URL)批量配置，仿真（如内话）节点快速生成，从而高效的实现负载或忙时测试。
l 丰富性：测试接口丰富多样，如IP，PTT接口，2线接口等，现存通信网络全覆盖。
l 针对性：针对ED138 KPI关键指标量身定制，可快速监测信令和语音业务两个维度的实时情况，如延时，丢包，抖动，MOS值，以及丰富的统计功能。
l 拓展性：配合GL的其他产品线工具，可拓展更丰富的测试应用场景，如配合VQuad可实现时延，信噪比等测量；配合PExpert可实现网络损伤情况下的容错性测试。
2.2 方案主要功能
图1：GL VOIP空管测试整体解决方案
2.2.1 ED137仿真系统
a.) IP电台仿真
基于EUROCAE的ED137B/C Volume 1 Radio标准，实现CWP/VCS 或GRS的仿真实现Air-to-Ground (AG) 空对地接口呼叫。可用于CWP,VCS, GRS以及Radio Gateways等点到点功能验证，批量仿真几百路AG呼叫进行话务性能测试，最大连接数测试等。
图2:Air to Ground Setup
主要特性：
l 支持可动态应用到已建立呼叫的用户事件，例如Re-Invite，PTT 优先级，信号质量信息（ SQI ），CLIMAX时间延迟，接收流量，延迟补偿消息（ RMM 和 MAM ）
l 支持无线电远程控制，扬声器播放，RTP音频/R2S-Keepalives
l 支持动态延迟补偿消息模拟 — 测量消息请求RMM 和 测量应答消息MAM
l 支持在多个已选的无线电上发送同步Squelch；支持无线电接收机广播操作
l 支持选择性呼叫和 SELCAL音传输;支持非VoIP源PTT按键
l WG67 KEY-IN 事件包括频率ID参数，用来通知用户代理的新频率ID
l 支持优先呼叫，PTT优先处理，白名单，PTT静噪，PTT汇总，PTT静音，SCT等
l 检测 Pilot-Pilot 和 Controller-Pilot 引发的SCT （同步传输）
l 支持无线电远程控制设备的仿真和处理无线电远程控制命令
b.) IP控制台（内话）仿真
基于EUROCAE的ED137B/C Volume 2 Telephone标准，用于CWP/VCS仿真实现Ground-to-Ground (GG) 接口呼叫，即塔台和塔台之间的通话。可用于CWP/VCS设备的点到点功能验证测试，批量仿真几百路GG呼叫进行话务性能测试或异常测试。
图3: Ground to Ground Setup
主要特性
l 遵照ED-137/2B和ED-137/2C支持所有SIP方法、标头和强制性/可选SDP属性
l 允许通过使用SIP响应代码拒绝呼叫(4xx, 5xx, 6xx)
l 允许为信令和语音流量定义DSCP（差分服务代码点）值；支持UDP和TCP
l 以特定间隔处理消息的重新传输
l 支持代理服务器、注册服务器的用户身份验证
l 支持每个端点的IP地址欺骗，以使用来自单个系统的不同IP地址生成呼叫
l 支持用于检查连接状态的OPTIONS PING功能
l 支持ED137 定义的编解码 - G.711 (mu-Law and A-Law) 和G.729
支持丰富的呼叫类型:
l 瞬时访问呼叫
l DA/IDA优先呼叫、DA/IDA 常规战术呼叫、常规战略呼叫、、DA/IDA 常规意义呼叫
l 位置监控呼叫 （A/G 和G/G）、位置监控呼叫（仅A/G）、位置监控呼叫（仅G/G）
c.) IP记录仪仿真
基于EUROCAE的version B/C ED-137 volume 4 Recorder标准。用于仿真VCS, GRS以及Recorder服务器处的Recorder接口。同上述可以仿真批量Recorders功能。
图4:Recorder Interface
主要特性
l CWP节点的空对地呼叫操作 - VOTING、同时静噪、开始静噪
l GRS节点的空对地呼叫操作 - SCT 和SQL ON
l 地对地呼叫操作 - 呼叫干扰、呼叫转移、呼叫等待
l 保持RTSP会话在线、记录服务器活跃度、来电拒接电话
l 空对地呼叫操作 、地对地呼叫操作
l 支持记录器Recorder节点记录会话的语音到音频文件
2.2.2 ED138监控系统
GL PacketScan™ 是一款全IP网络监控系统，提供实时采集和监控IP（IPv4和IPv6）网络的信令和通信的强大功能。它支持对所有IP呼叫进行采集，分离，监控以及收集统计信息。也支持采集和解码几乎所有IP传输层的VoIP协议，以便对网络问题进行故障排除。通过针对VOIP ATM网络特性功能可实现对AG、GG所有通话的采集，区分，监控以及收集统计数据，如丢包，延时，抖动，MOS值，PTT/SQU触发事件以及呼叫统计。
图5：ED138监控系统
主要特性
l 支持分析VOIP 的呼叫跟踪功能，如主被叫，呼叫开始，结束，保持时长等。
l 检测分析每通VOIP呼叫的语音编解码，打包时长，时延，抖动，丢包等功能
l 支持VOIP呼叫流程显示，消息解码功能，呼叫失败排查等功能。
l 检测识别每通VOIP呼叫种类，如地空AG，地地GG， 无线电收发等
l 支持语音质量MOS值（1-5）以及R值（1-100）的分析。
l 检测分析每通VOIP呼叫的信令质量，如会话请求时延，会话断开时延等。
l 检测分析VOIP呼叫关键事件统计如PTT，SQU，PTTM, PTTS, PPSCT, CPSCT
l 支持呼叫统计功能，如总呼叫，成功数，失败数，呼损率等
图6：监控系统呼叫类型统计
图7：图形显示统计功能（可选）
2.2.3语音&时延测试系统
GL的语音质量测试 (VQT) 系统支持最新的语音质量测试标准，使用 POLQA (ITU-T P.863), PESQ (ITU-T P.862), PESQ LQ / LQO (P.862.1)和PESQ WB (P.862.2)，适用于固网、移动和基于IP的网络，配合GL VQuad™ - Dual UTA HD语音收发系统，可轻松比对两个语音文件(参考文件和退化文件)提供表格和图形等测试结果。还可展示其它分析结果如MOS, E-Model, Signal Level, SNR, jitter, clipping, noise level, and delay等。所有结果保存到文件并存储到数据库，可使用WebViewer™ (远程和当地接入)查询数据库中的相关信息。
图7：VQT测试拓扑图
主要特性
l 支持国际通用算法POLQA (ITU-T P.863), PESQ (ITU-T P.862), PESQ LQ, LQO (P.862.1), and PESQ WB (P.862.2)
l 提供主动语音和噪声水平、延迟、抖动、跳变和能量测量
l 测量VoIP 网络中数据包抖动的影响、分析网络中编解码压缩的影响
l 增强了VQT CLI or API 支持Windows® 和Linux 的远程操作
l 使用WebViewer™远程监控结果和实时统计数据
l 支持IPv6 和IPv4 (includes VQT, GL Listener, and VQTCLI)
l 支持不同音频格式（如Wav，PCM）和采样率的转换，支持测试结果的统计以及搜索功能，支持对评分等级的自定义设置。
l 支持2路PTT仿真接口、支持2路FXO模拟接口
l 支持延时测量：单向延时以及双向延时
l 支持语音，DTMF，Tone等收发功能、支持P.56，带宽，功率等音频分析功能
l 支持语音损伤功能，如加入低噪或白噪音。支持测试监听功能
硬件规格
2.2.3 网络损伤仿真系统
GL公司的PacketExpert 10G™ 提供1000 Mbps 和10 Gbps 线速以太网/IP 网络的全面测试。它有两个10Gbps光接口和两个 1000 Mbps 电气/光接口，用于BERT, 智能环回, RFC 2544,多业务流仿真分析以及IPNetSim 网络损伤仿真等测试功能。
对于每个链路方向，输入流量将被归类为独立的数据流（1Gbps通路最多支持16个数据流，10Gbps通路最多4个数据流）。
图8：GL PacketExpert网络损伤仿真系统
主要特性
l 支持 1G 电/光口和 10G 光口。
l 仿真独立的双向多数据流（1G端口最多16个数据流，10G端口最多4个数据流）
l 可独立配置每个数据流的多种WAN参数
l 使用多种现实世界的网络损伤检测网络稳定性或性能，这些损伤包括带宽限制，延时，丢包，错误插入，重排序和复包等
l 支持周期性和随机的丢包、重排序、复包和错误插入等损伤
l 突发性丢包模拟现实世界的损伤条件
l 在运行过程中可进行手动抽离数据包、重排序、复包和错误插入
l 通过带宽限制模仿低速WAN链路
l 在调度器中使用预定义csv文件实现自动化的数据流损伤
l 数据流可基于多种字段进行定义：MAC，VLAN，MPLS Label，IPv4，UDP
3.总结
通过GL的整套测试方案，我们可以更高效，精准的帮助ANSP服务商判读其新建网络是否具备了承载 ED137 业务的能力，如各项网络健康值是否符合 ED138 要求，配合网络损伤测试，我们可以进一步逼近待测网络的真实承载能力；
同时，通过仿真工具的灵活配置，对各VOIP的设备（如内话，电台等），也可以验证其功能和性能是否符合预期，比如电台最大连接数，内话语音质量，升级后是否能支持所有新增的基于 VOIP的业务，是否能在压力和长时间运行的情况下稳定运行等。
