一種集客語音專線業(yè)務(wù)性能與壓力測試的方法與系統(tǒng)介紹

王華 肖榮軍

中國移動通信集團江蘇有限公司

0 引言

隨著全業(yè)務(wù)的快速發(fā)展及移動互聯(lián)網(wǎng)的普及，公益性、經(jīng)營性呼叫業(yè)務(wù)平臺和保險、金融、電商及客服類呼叫業(yè)務(wù)平臺數(shù)量日益增長，對電信運營商提供的專線、業(yè)務(wù)平臺等性能和壓力要求很高。集團客戶（簡稱集客）呼叫業(yè)務(wù)平臺一般由電信運營商IMS（IP Multimedia Subsystem，IP多媒體子系統(tǒng)）網(wǎng)絡(luò)承載呼叫業(yè)務(wù)。對于提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的電信運營商，在集客項目上線交付時，需要對服務(wù)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量以及平臺自身運行狀況進行業(yè)務(wù)功能、性能指標(biāo)以及極限業(yè)務(wù)量下各項性能的驗證，以保障業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)的運行質(zhì)量，降低風(fēng)險。

現(xiàn)有傳統(tǒng)驗證測試手段，包括人工撥打和自動撥測，僅能驗證業(yè)務(wù)功能和業(yè)務(wù)流程的正確性，不能模擬大話務(wù)量呼叫，無法對集客業(yè)務(wù)平臺在極限壓力場景下的性能進行評估。

（1）集客業(yè)務(wù)平臺設(shè)計缺陷或配置的不合理。當(dāng)業(yè)務(wù)量增大時，集客呼叫業(yè)務(wù)平臺軟硬件資源逐漸耗盡，導(dǎo)致業(yè)務(wù)降質(zhì)直至阻斷。

（2）服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的資源配置不合理。業(yè)務(wù)高峰期時業(yè)務(wù)量驟增，對電信運營商的服務(wù)網(wǎng)絡(luò)可能會形成數(shù)據(jù)風(fēng)暴沖擊，影響網(wǎng)絡(luò)運行狀態(tài)，造成服務(wù)質(zhì)量劣化，甚至?xí)绊懙椒?wù)網(wǎng)絡(luò)承載的其它集客平臺業(yè)務(wù)質(zhì)量。

如何在集客業(yè)務(wù)平臺正式上線運行之前，預(yù)先模擬正常及極限業(yè)務(wù)場景，評估網(wǎng)絡(luò)及業(yè)務(wù)平臺的隱患，對提前解決所發(fā)現(xiàn)的問題，降低正式上線后的風(fēng)險，具有重要意義。

圖1 技術(shù)方案

1 技術(shù)方案

采用軟件仿真的方式，模擬多路并發(fā)的大話務(wù)量對業(yè)務(wù)平臺進行測試，為集客呼叫業(yè)務(wù)平臺的正式上線和維護提供保障、降低風(fēng)險、節(jié)約成本。無需專有硬件支持，采用軟件方式模擬信令協(xié)議，仿真IMS網(wǎng)絡(luò) SBC（Session Border Controller，會話邊界控制器）網(wǎng)元，從Gm接口接入現(xiàn)網(wǎng)PCSCF（Proxy Call Session Control Function，代理呼叫會話控制功能）網(wǎng)元設(shè)備，模擬IMS用戶發(fā)起呼叫業(yè)務(wù)流程，對呼叫業(yè)務(wù)平臺進行大話務(wù)量的并發(fā)呼叫壓力測試，驗證集客呼叫業(yè)務(wù)平臺、服務(wù)網(wǎng)絡(luò)在極限話務(wù)量場景下的承壓能力、運行性能。

1.1 測試方法

（1）網(wǎng)絡(luò)接入

通過IP承載網(wǎng)物理接入，模擬Gm接口接入IMS網(wǎng)絡(luò)。

（2）網(wǎng)元設(shè)備仿真

仿真SBC網(wǎng)元設(shè)備，接入現(xiàn)網(wǎng)PCSCF網(wǎng)元。

（3）SIP協(xié)議棧仿真

對IMS SIP協(xié)議棧進行構(gòu)造，從SBC向上級網(wǎng)元發(fā)起測試。

（4）業(yè)務(wù)測試

使用真實IMS用戶賬號，并發(fā)呼叫至集客呼叫業(yè)務(wù)平臺，同步監(jiān)測呼叫業(yè)務(wù)的接通率、時延、語音質(zhì)量等關(guān)鍵KQI指標(biāo)。

1.2 測試步驟

測試中心按如下步驟進行測試：

（1）在測試中心配置相關(guān)測試參數(shù)，包括：IMS測試用戶賬號、仿真的SBC網(wǎng)元屬性、接入的現(xiàn)網(wǎng)PCSCF網(wǎng)元屬性、被測試的集客呼叫業(yè)務(wù)平臺號碼、測試并發(fā)度、通話時長、呼叫間隔等。

（2）測試中心自動使用測試號碼，從Gm接口發(fā)起IMS注冊流程，以保障測試號碼處于在線活動狀態(tài)，為后續(xù)呼叫測試提供基礎(chǔ)。

（3）測試中心以被測試的集客呼叫業(yè)務(wù)平臺號碼作為被叫號碼，根據(jù)測試并發(fā)度，自動發(fā)起多路并發(fā)呼叫，對呼叫信令流程進行控制，接通后，經(jīng)過預(yù)設(shè)的通話時長超時后自動掛機，然后重新發(fā)起呼叫，以保持一定的話務(wù)量CAPS（Call Attempts Per Second，每秒建立呼叫數(shù)量）。

測試呼叫信令流程如下：

圖2 呼叫信令流程

（4）測試結(jié)束后自動生成測試評估報告，并可以對單條測試記錄的話單、信令流程進行查詢，基于時間、號碼等維度進行統(tǒng)計，呈現(xiàn)接通率、接通時延、通話時長、語音質(zhì)量、失敗原因等業(yè)務(wù)指標(biāo)。

1.3 方案優(yōu)勢

本方案與其它測試驗證手段比對如下表：

表1 測試方法比對

與現(xiàn)有的人工和自動撥測方法相比，本方案對呼叫業(yè)務(wù)平臺上線的高效評估、維護人員數(shù)量的減少以及成本的降低有顯著的效果，具有發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)及平臺隱患的優(yōu)點，這是現(xiàn)有測試手段無法做到的。

2 設(shè)計思路

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

系統(tǒng)采用分層架構(gòu)，包括：公共支持層、協(xié)議仿真層和測試應(yīng)用層。

圖3 系統(tǒng)架構(gòu)

（1）公共支持層

提供整個功能的公用支持模塊功能。

1）并發(fā)管理模塊：對呼叫業(yè)務(wù)的多路并發(fā)進行高效管理。

2）配置管理模塊：對測試涉及到的配置進行管理，包括：測試號碼配置、接口配置、仿真網(wǎng)元配置、互通的現(xiàn)網(wǎng)網(wǎng)元配置等。

3）資源管理模塊：對系統(tǒng)所需內(nèi)存、消息隊列、存儲等資源進行管理。

4）通信管理模塊：對通信通道提供大容量高效管理。

（2）協(xié)議仿真層

對IMS SBC網(wǎng)元進行仿真，依據(jù)接口協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進行處理。

1）TCP/IP協(xié)議棧仿真處理模塊：對IP、TCP、UDP協(xié)議進行仿真處理。

2）應(yīng)用層協(xié)議仿真處理模塊：對SDP、SIP應(yīng)用層協(xié)議進行仿真處理。

3）接口協(xié)議仿真處理模塊：對Gm接口進行仿真，與現(xiàn)網(wǎng)PCSCF進行互通。

4）網(wǎng)元仿真處理模塊：仿真IMS網(wǎng)絡(luò)SBC網(wǎng)元實體行為。

（3）測試應(yīng)用層

提供業(yè)務(wù)測試、業(yè)務(wù)質(zhì)量評估和報表輸出。

1）業(yè)務(wù)測試模塊：進行注冊、呼叫業(yè)務(wù)自動并發(fā)測試。

2）業(yè)務(wù)質(zhì)量分析模塊：對業(yè)務(wù)測試的接通率、時延、語音質(zhì)量、失敗原因等指標(biāo)進行質(zhì)量分析。

3）測試報表輸出：對測試進行統(tǒng)計分析，生成報表結(jié)果，輸出給用戶。

2.2 大話務(wù)量并發(fā)測試設(shè)計

一個IMS測試的生命周期包含一個狀態(tài)序列，任一時刻都處于某一種狀態(tài)中，每個狀態(tài)為一定時間內(nèi)穩(wěn)定的“暫態(tài)”，當(dāng)接收到外部事件觸發(fā)后，狀態(tài)會遷移到下一個狀態(tài)。IMS測試的狀態(tài)遷移圖示例如下：

圖4 測試狀態(tài)遷移

狀態(tài)之間存在一定的時間間隔，當(dāng)某一路測試保持于某個狀態(tài)而無外部消息觸發(fā)時，則處于“等待”狀態(tài)，處理機可以轉(zhuǎn)而處理其它測試，從而實現(xiàn)N路并發(fā)測試處理。

具體實現(xiàn)中，每一路呼叫在內(nèi)存中分配一個呼叫控制塊,記錄呼叫的狀態(tài)、主叫號碼、被叫號碼、呼叫進展時間戳、控制面IP地址、媒體面IP地址、端口以及定時器等基本呼叫信息。測試過程中，根據(jù)當(dāng)前所處的狀態(tài)，對外部觸發(fā)消息進行處理，更新呼叫控制塊中相應(yīng)的信息后，并遷移到下一個狀態(tài)，以完成測試流程的控制。

同時采用如下機制，以保障在大話務(wù)量并發(fā)場景下事務(wù)處理的實時性和高效性。

（1）高速消息交互機制：采用零內(nèi)存拷貝，統(tǒng)一封裝的內(nèi)存管理機制和內(nèi)存節(jié)點鏈交互，保證了海量數(shù)據(jù)的實時處理，大大減少了數(shù)據(jù)交互在臨界區(qū)的時間。

（2）高效消息隊列機制：針對多線程之間的大量交互消息隊列，消息通知和定時器消息間相互結(jié)合的掃描處理機制，保證了消息的實時處理和高效率。

（3）高速通信機制：封裝了實時通信接口模塊，同時支持10萬量級以上的實時SOCKET無阻塞并發(fā)通信，實現(xiàn)了多進程、多線程之間的高速通信交互。

在具備必要的硬件處理資源條件下，即可完成大話務(wù)量并發(fā)，對呼叫業(yè)務(wù)平臺進行承壓性測試。

2.3 信令同步跟蹤監(jiān)控設(shè)計

在測試過程中，同步跟蹤監(jiān)控測試號碼的所有IMS業(yè)務(wù)測試流程，自動關(guān)聯(lián)所有的信令交互過程，實時展現(xiàn)在圖形終端，提供信令流程顯示，流程圖上能按時間次序呈現(xiàn)各個子過程的信令流程，供系統(tǒng)操作用戶分析使用。根據(jù)不同的信令過程自動分色顯示，提供詳細到比特位的信令解碼。存儲信令消息碼流，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的過程回放功能，為測試結(jié)果的分析提供有力的支撐手段。

圖5 信令同步跟蹤

2.4 測試數(shù)據(jù)挖掘分析設(shè)計

充分利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，從測試數(shù)據(jù)的提取、存儲管理、業(yè)務(wù)呈現(xiàn)方面提高運維效率，方便查找網(wǎng)絡(luò)問題。

從任務(wù)總攬界面圖、網(wǎng)元實體指標(biāo)總覽圖上通過簡單點擊，可以獲取某個任務(wù)最近48小時的運行成功率指標(biāo)曲線（魚骨圖、柱狀圖、報表等）、某周的日成功率比較曲線、某月的成功率周比較曲線，從一個測試任務(wù)的指標(biāo)曲線中能顯示成功率下降的故障的時間點，并關(guān)聯(lián)到相應(yīng)的詳細話單和碼流及告警記錄。支持測試業(yè)務(wù)所有任務(wù)的魚骨分布圖，對各種故障原因名稱和比例按業(yè)務(wù)流程順序呈現(xiàn)在魚骨圖上，并從魚骨刺上提供查詢到相應(yīng)CDR的功能，從CDR進一步關(guān)聯(lián)到消息碼流和過程流程圖，并最終能關(guān)聯(lián)到消息的解碼顯示等。

圖6 測試數(shù)據(jù)挖掘分析

3 應(yīng)用效果

（1）更接近現(xiàn)網(wǎng)運行場景的一體化性能壓力測試

為了向客戶提供穩(wěn)定可靠的服務(wù)，采用軟件仿真的方式模擬多路并發(fā)的大話務(wù)量對呼叫中心平臺進行測試，并不是孤立的對呼叫平臺進行測試，而是在真實網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，使用實際用戶賬號，經(jīng)過服務(wù)網(wǎng)絡(luò)進行測試，這實現(xiàn)了呼叫平臺和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的一體化測試，更準(zhǔn)確地反映實際應(yīng)用場景下的承壓情況、運行性能，為平臺的正式上線和維護提供保障、降低風(fēng)險、節(jié)約成本。

（2）風(fēng)險前置，減輕后續(xù)維護隱患

通過對呼叫中心平臺的性能壓力測試，提前發(fā)現(xiàn)傳輸、平臺、網(wǎng)絡(luò)側(cè)的隱患，在業(yè)務(wù)交付前對產(chǎn)品進行壓力測試，增加了產(chǎn)品的穩(wěn)定性。為后續(xù)產(chǎn)品交付和維護減輕壓力。

（3）已在電信運營商網(wǎng)絡(luò)取得顯著的應(yīng)用效果

本系統(tǒng)已取得顯著的應(yīng)用效果，利用電信運營商IMS網(wǎng)絡(luò)，對多個大型集客呼叫業(yè)務(wù)平臺實施大話務(wù)量壓力測試，發(fā)現(xiàn)多起服務(wù)網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)平臺隱患。例如：江蘇移動公司使用本系統(tǒng)，對宿遷京東商城呼叫中心平臺進行入網(wǎng)前的大話務(wù)量壓力測試，測試結(jié)果如下：

表2 測試結(jié)果

經(jīng)測試發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)平臺存在隱患：

運營商網(wǎng)絡(luò)提供的IMS出口至呼叫中心平臺網(wǎng)絡(luò)帶寬不足，當(dāng)業(yè)務(wù)量達到閾值后，部分測試呼叫失敗。

呼叫中心平臺參數(shù)配置不合理，存在缺陷，導(dǎo)致極限情況下，平臺軟件崩潰異常。

經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)及業(yè)務(wù)平臺的調(diào)整，測試結(jié)果正常，為業(yè)務(wù)平臺的入網(wǎng)正常運行提供了有力的保障。

4 結(jié)束語

通過集客語音專線業(yè)務(wù)平臺性能壓力測試系統(tǒng)的實現(xiàn)，為大容量集客呼叫業(yè)務(wù)平臺的入網(wǎng)上線提供了有力的驗證支撐手段，最大程度降低了電信運營商和集客用戶的運營風(fēng)險。當(dāng)然，測試系統(tǒng)還可以進一步完善提高，擴展測試的廣度，例如增加對集客專網(wǎng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的壓力測試，以適應(yīng)更多的應(yīng)用場景。