德州仪器推出的实时分布式IP质量管理系统PIQUA，以能够在VoIP、IP视频、IPTV以及因特网音乐服务方面提供更可靠的服务质量而受到业界的普遍关注。本文以PIQUA在VoIP网络中的应用为例，介绍PIQUA的主要技术特点及其工作原理。

      IP网络的固有优势为电信、企业、个人应用提供了低成本、多业务的强大平台，从而为我们的世界带来了纷繁多样的应用，但大家在不断丰富IP网络业务的同时，也遭遇到了“尽力而为”的IP网络体系所带来的一系列难题。VOIP语音质量差，网络多媒体视频播放不连续等等都是IP网络带给终端用户最直接的坏体验。和电路交换网络相比，可靠性一直是制约IP网络业务发展的最大挑战，特别是对于如语音，多媒体等实时业务，低可靠性的影响几乎是致命的。由于IP网络的分布式架构异常复杂，为业务质量的测量，监控带来了相当大的难度，几乎是“不可完成的任务”，所以对端到端的IP质量管理的研究大大落后于各种新业务的开发。而随着各类业务的不断发展，该矛盾日趋尖锐。面对日益增多的业务质量投诉，绝大部分的业务提供商始终苦于缺乏监控、分析、定位、管理手段而疲于应付。

      作为国际领先半导体厂家的德州仪器一直致力于IP质量管理体系的研究，充分利用自己在芯片和嵌入式软件方面的强大优势创新出了一套实时分布式IP质量管理系统PIQUA, 该产品将使服务供应商能够在VoIP、IP视频、IPTV以及因特网音乐服务方面，为个人消费者与企业用户提供更可靠的服务质量。PIQUA系统一推出就受到了业界的普遍关注和好评，并在06年荣获国际工程协会(IEC) 颁发的年度 InfoVision 大奖。

      PIQUA为什么一推出就得到业界如此高的评价,到底PIQUA是一个什么样的系统呢？本文以PIQUA在VoIP网络中的应用为例，介绍PIQUA的主要技术特点及其工作原理。
　　
      首先PIQUA是一个完善的分布式的基于DSP硬件和相关软件的IP质量管理系统。由于IP网络的分布式特性决定居于其上的IP质量管理体系也一定是分布式的。下图是普通的VoIP网络与嵌入PIQUA网元设备的VoIP 网络架构比较。从PIQUA的组网结构可以看出，基本与现在的普通VoIP网络没有任何冲突，只是在相关的网元中嵌入了PIQUA支持模块。各种基于TI方案的VoIP Gateway都可以嵌入PIQUA模块，这样的Gateway包括Residential Gateway, Enterprise Gateway, High density Gateway等等，甚至IP phone等终端产品均可以嵌入PIQUA。

      PIQUA设备在IP网络上广泛分布以后，可以在各个设备上测量，监控各自设备上发生的VoIP呼叫，并将采集到的相应参数（语音质量、网络抖动、丢包、回声等等）用RCTP-XR协议通过IP网络发送到对端。

       此时，在网络上预先安置SQ Probe (Service Quality Probe)设备可以截获这些VoIP呼叫描述的报文，初步分析后将其用SIP NOTIFY消息发送给NMS数据库进行处理。在集中式的NMS，操作者可以很方便的实时监控整个分布式网络的运营状态，并很容易发现问题及对出现的问题进行快速准确的诊断。

       综上可以看出PIQUA系统的工作流程可以简单化为：首先配置各种PIQUA设备，PIQUA设备实时的对其上发生的VOIP呼叫进行监控，输出各种采集的呼叫参数，当PIQUA设备发现某些原因导致呼叫质量发生变化的时候，根据预先配置的对应修复策略进行修复，同时发出语音质量受影响的警告。

      下面列举三个现行VOIP网络中常见的问题来说明PIQUA的具体应用过程。

      例子二：由于IP网络丢包所引起的语音质量变化。1）.通过NMS配置PIQUA,如丢包率检测门限，如果发生丢包的时候所应该采取的算法等。2）2.嵌入设备的PIQUA模块通过RTCP-XR协议定时向NMS报告VOIP呼叫的相关参数；3）IP网络发生丢包；4）嵌入设备的PIQUA模块监控到VOIP呼叫受到网络丢包影响；5）嵌入设备的PIQUA模块根据预先的配置丢包冗余算法进行丢包补偿；6）嵌入设备的PIQUA模块监控到网络丢包达到预设的丢包率检测门限，向NMMS报告实际的网络丢包情况；7）NMS在GUI上向操作者告警，同时告诉操作者影响语音质量的原因为网络丢包。

      例子三：由于2/4线转换混合线圈故障所引起的语音回声信号过大。1）.通过NMS配置PIQUA，如回声检测门限等；2）嵌入设备的PIQUA模块通过RTCP-XR协议定时向NMS报告VOIP呼叫的相关参数；3）PSTN 2/4线转换混合线圈故障；4）嵌入VOIP网关的PIQUA模块监控到过强的回声信号；5）嵌入VOIP网关的PIQUA模块监控到回声信号达到预设的检测门限,向NMMS报告实际的回声变化情况；6）NMS在GUI上向操作者告警，同时告诉操作者影响语音质量的原因为PSTN 2/4线转换混合线圈故障。

      通过上述的例子，我们基本浏览了PIQUA整个系统的工作流程。可以看出PIQUA系统的主要功能包括配置，监控，发现，修复。而这样的功能都依赖于对VOIP呼叫的参数采集,统计和分析，参数采集是如何具体实现的呢？这些主要的功能都是由内嵌DSP软件来实现的，下图是一个Residential Gateway (SoC)方案中DSP PIQUA软件架构。

      DSP软件实现了绝大部分的VoIP应用(Voice codec, echo cancel, jitter buffer，RTP封装等等)，DSP会将这些应用的参数进行分类统计并在处理过程中实时报告给内嵌的马尔可夫模型，马尔可夫模型将原始统计数据转换为马尔可夫模型可识别的统计参数，并将详细统计情况报告给Micro. Micro上的软件进一步对数据进行分析和处理，计算出MOS/网络R/User R等参数，同时产生RTCP-XR报告给VoIP对端。这个过程中Micro也可以根据配置的门限,来裁决是否向NMS发起相应的告警。

      目前PIQUA已经全面嵌入TI的VOIP产品线，在TNETV105x, TNETV106x,TNETV25xx, TNETV30xx 等解决方案中，都可以看到PIQUA的应用。因为PIQUA是全面的IP质量管理体系，所以它的作用将不仅限于VOIP应用。同时PIQUA也在不断的发展和完善中，相信PIQUA的应用将为网络运营商提供强大的技术支撑，为解决IP业务质量问题发挥巨大的作用,进一步促进IP网络多种业务的发展，在IP世界为用户带来更多美妙体验。