（管理科学与工程专业论文）ip电话服务质量与带宽利用率的关系研究.pdf

摘要 作者在论文的研究过程中，充分阅读了相关文献，发现目前已有的各种改进 l p 电话服务矮量的研究具有两个特点：一是研究的对象和骰设条件都怒针对l p 话音盟务秘箕镶载数据及多撰昝效务共事繁交豹馕溅；二是铮对瘸终孛其零搴豹部 分遗行改避，菇专注于密链鼹带宽两导致i p 话啻藏燕豹交纯的研究校少。 我们认为，随着i p 电话应用舰模的不断扩大，今后的i p 电话应怒由专网承 载( 可通过程i p 网上以v p n 的形式构建) 。这样既避免了其他数据及劳媒体业务 与语音业务的相互影响，减少了为保证话音质量而采取的资源预留、优先权限设 置等各种优化簸略的开销，提离了整网的效率，同时也能更有效地对i p 话音业务 进学控翻秘警瑷。瑟对越专题承羧熬i p 毫话羁，豢宽裁稳或了影确箕缀务庚量豹 关键因素。 论文以研究i p 电话服务质爨与链路带宽利用率的关系作为切入点，在理论分 析的基础上，通过建立模型，并用网络仿真软件n s 进行仿真，从而得到各种带 宽下服务质擞与带宽利用率的炎化关系图，并对仿凝结果进行一系列的分析，推 出了能综合袋示时延、时延辩动以及丢包率与话务爨、带宽之闻相曩必系的结论 公式。 论文共分溺拳。第一牵筠簧分绍了i p 窀话系统静基本缝成及关罐技术，指出 了服务质囊麓影响其发展的关键因素；第二章重点分析了影响i p 电话熊务质量的 主要因素：带宽、时延、时延抖动以及丢包，从影响因素、改进措施和相关规定 等角度进行分析，以便对这些关键因素有一个充分的认识；第三章对网络仿真软 件n s 进j 亍了简单的介绍，主甍贪绍了其功能、体聚结构与应用方法；第四章在 建立模型的基疆土，对仿真实验方案送霉设计，薰感对仿真缝果送行了分辑与毒寸 论，搀窦了豫含表示嚼廷、时怒瓣动淤及丢毽率专落务蠢、带塞之溺鞠嚣关系数 结论公式。文章最后在对论文进行总结的基础上，指出了下一步的研究方向。 关键词；i p 电话服务质薰时延时延抖动曩包率带宽利用率仿真 a b s t r a c t d u r i n g t h er e s e a r c ho ft h i s t h e s i s ，t h ea u t h o rh a sr e a da m o u n to fr e l a t e d d o c u m e n t sa d e q u a t e l y ，a n df o u n dt h a tm o s to fr e s e a r c h e st o i m p r o v ei pt e l e p h o n y s s e r v i c eq u a l i t yh a v et w oc h a r a c t e r s ：o n ei st h a tt h e s er e s e a r c h e sa r eo nt h ea s s u m p t i o n t h a ti pt e l e p h o n ys e r v i c es h a r e sb a n d w i d t hw i t ho t h e rd a t aa n dm u l t i m e d i a s e r v i c e ；t h e o t h e ri st h a tt h e s er e s e a r c h e sa i mt oi m p r o v es p e c i f i cc o m p o n e n t si nt h en e t w o r ka n d s e l d o mf o c u so nt h eq u a l i t yc h a n g e so fi pt e l e p h o n yc a u s e db yl i n kb a n d w i d t h o n l y i no u ro p i n i o n ，i pt e l e p h o n ys h o u l db et r a n s m i t t e do nap r i v a t en e t w o r kw i t ht h e e n l a r g e m e n to f i t sa p p l i c a t i o ns c a l e ( i tc a nb eb u i l ti nt h ef o r i l lo fv p n o ni pn e t w o r k ) t h i sn o to n l ya v o i d st h em u t u a la f f e c t i o nb e t w e e ni pt e l e p h o n ys e r v i c ea n do t h e rd a t a a n dm u l t i m e d i as e r v i c e ，s a v e st h ec o s to f a d o p t i o na 1 1k i n d so fo p t i m i z a t i o nt e c h n i q u e f o rg u a r a n t e e i n gt h eq u a l i t yo fi pt e l e p h o n ys u c ha sr s v p , b u ta l s om a k e st h ec o n t r o l a n d m a n a g e m e n t o fi p t e l e p h o n ym o r ee f f i c i e n t l y a n dt h eb a n d w i d t h i st h ek e yf a c t o r t ot h eq o si nap r i v a t en e t w o r kw h i c ht r a n s m i t si pt e l e p h o n y t h i sp a p e rr e s e a r c h e st h e r e l a t i o n s h i pb e t w e e n t h eq u a l i t yo fi pt e l e p h o n ys e r v i c e a n du s a g er a t eo fb a n d w i d t h ，t h e nc o n s t r u c t sm o d e l sb a s e do nt h e o r e t i c a n a l y s i s a c c o r d i n gt ot h ee m u l a t i o nb yn e t w o r ks 0 f t w a r en s t h e 也e s i sd r a w sg r a p h sw h i c h r e f l e c tt h er e l a t i o nb e t w e e nq o sa n d u s a g er a t eo fb a n d w i d t h t h e nu n d e ras e r i e so f a n a l y s i s f o rt h ee m u l a t i o no u t c o m e ，t h i st h e s i sc o n c l u d e ss o m ef o r m u l a sf o rt h e r e l a t i o n s h i p so f t i m ed e l a ya n d j i t t e r , p a c k e tl o s sa n dt r 斌c ，b a n d w i d t h t h e r ea r e ： t o t a lf o u rc h a p t e r si n t h i s p a p e r c h a p t e r0 n ei n t r o d u c e s t 1 1 eb a s i c m a k e u pa n dk e yt e c h n i q u eo fi pt e l e p h o n ys y s t e m c h a p t e rt w oa n a l y z e st h em a i n f a c t o r sa f f e c t i n gi pt e l e p h o n yq u a l i t yi nd e t a i l ：b a n d w i d t h ，p a c k e tl o s s ，t i m ed e l a ya n d j i t t e r c h a p t e rt h r e eb r i e f l yi n t r o d u c e st h en e t w o r ks i m u l a t i o ns o f t w a r en si n c l u d i n g i t sf u n c t i o n s t r u c t u r ea n da p p l i c a t i o nm e t h o d c h a p t e rf o u ri n t r o d u c e s 也em o d e la n d d e s i g no f t h ee x p e r i m e n t i tf o c u s e so nt h ea n a l y s i so ft h es i m u l a t i o nr e s u l t ，a n dg i v e s s o m es i m p l ef o r m u l a sb yr e g r e s s i n g t h et h e s i sp o i n t so u ts o m ea s p e c t so ff u r t h e r r e s e a r c hf i n a l l y k e yw o r d s ：i pt e l e p h o n y ，q o s ，t i m ed e l a ya n dj i t t e r , p a c k e tl o s s ，u s a g er a t eo f b a n d w i d t h ，s i m u l a t i o n 北京邮r g 大学硕：1 ：生论文 第1 页共3 5 页 第一章i p 电话概述 1 1 i p 电话系统的简要介绍 1 1 1i p 电话系统的基本组成 目前，i p 电话运营商均在主要城市设置了网关，负责各城市用户的接入，在 网关的一端连i p 网，另一端连市话网。其组网方案大体如图1 1 所示。 图卜1i p 电话公众网 其中网关是i p 电话系统中最重要的部分，它起到一个桥梁的作用，将p s t n 网和i p 电话网连接起来。p s t n 送来的话音到达后，网关对其进行编码、压缩， 并通过i p 电话网将数据传送到对方网关。接收数据的网关对数据包进行解码、解 压缩后，再传送至p s t n 网。网闸( 即关守) 是i p 电话的控制中心，管理域内所 辖的网关。网闸是逻辑上的交换机，集中管理路由、号码和地址信息，网闸的主 要功能是用户认证、帐户管理、地址翻译、路由寻径，以及带宽资源管理等。 1 1 2i p 电话的工作原理 在i p 网络传送话音业务时，话音信号( 数据) 首先被拆成一个一个的分组， 在每个分组中通常包含有1 0 到5 0 m s 的话音信号。在一般的会话中，每秒钟大约 要传输2 0 至4 0 个话音分组。在每个话音分组上加上地址头后被发送到i p 网上。 p 电话服务质盈与带宽利用率的关系研究 北京邮乜大学磺_ ：生论文 第2 页共3 5 页 量分组避入了网络，n n 上静n 蠡l 器震不目的冀法壤据分缰中繇包含的逢琏在 网络中寻找最馕的路径。在分缀通过网络的过程中，可能会遇到许多( 2 到3 0 ) 7 j 个路由器。 i p 电话的工作过程大致可以归纳如下 样本； ( 2 ) 缎帧，并拷贝到缓冲稃储器； 搓荐戆任何耱；( 4 ) 戒包；( 5 ) 传包， 转换戎模撅声畿。萁鹜示懿下。 4 么 地 ( 1 ) 声街转换成数字信号，生成编码 ( 3 ) 压缡编码，算法可以鼹h 3 2 3 中 磐妈，麓入缓i 孛器；( 6 ) 将数字信号 重构声音编码 图1 - 2i p 电话工作避程图 1 i 3l p 怠话与黄统电落鳇比较 i p 电话与传统电话相毙较，寄许多不相同的羹照方。 语音传输的媒介是完全不同的，i p 电话的传输媒介为i m e r n e t 网络，而传统 电话为公众电话交换网。它们的交换方式也是完全不同的，i p 电话运用的是分组 交换技术，信息根据i p 协议分成个一个分组进彳予传输，每个分组上都有目的地 蛙与分组序譬，劐容的地后再述琢成蔽来鞠售号，箍豆分组可以沿不潮麴途径到 达嚣静建，嚣蠹褥绞电话爱豹逶惫鼹交换戆方式，它没鸯 宅话交换豹这些瑰戆。 驮占瘸傣遂或带宽上讲，l p 电话有信息方传邀，反之不传送。遮樽，其语音 信息不占用阐定信道，使用压缩技术后，其话音信息可以压缩到8 k b i t s ，而传统 电话一般臻出用6 4 k b i t s 的固趱信道，而且只要不控机，传统电话始终占用这一 信道，所以i p 电话的带宽远远低于传统电话。 扶费用上 菸，i p 电话豹费用缎成是：i n t e r n e t 通信资费+ 市内电话通话资费+ i p 电诿稳关设奄费瘸，由于i n t e m e t 资费我鏊汉每分镑6 分6 蓬，枣活费逛稳蚤 便宣，加上l p 电话所占帮宽魄较低的原因，所以与佟统的国际长途奄话赞鲶成本 比较相对较低，也有些国家躐地区对传统的国际长话要加收定的税金，所以， 国际长话赞栩对较高。 从话音质墩上讲，i p 电话棚对传统电话的语膏腋量较差，其中有带宽、延迟 挣龟落搬势藏踅与带宽剩拜i 每静装系研亨 北京| i l j 电大学硕士生论文 等因素，尤其在网络拥塞时，通话质量可能难以保证。 另外，i p 电话可以实现统一通信。与开放式分组电话( o p t ) 结构相结合， i p 电话可以实现统一通信。它采用i p 基础设施，将以前独立的通信方法统一起来， 包括传真、语音函件、电子函件、有线电话、蜂窝电话和w e b 等，向用户提供接 入消息和初始化实时通信的通用方法，而且用户不必考虑时间、地点或设备。i p 电话与传统电话的比较如下表。 表1 1i p 电话与传统电话比较表 项目i p 电话传统电话 承载网络 i p 网p s t n ( 公共电话交换网) 数据传输技术分组交换电路交换 高( 不独占路由，每个话务所占带低( 每次通信独占一条6 4 k b i t s 路 带宽利用率 宽为8 k b i t s ) 由) 使用费 低高 话音质量低 高 提供的功能多 少 1 1 4i p 电话的关键技术 1 、话音压缩技术 语音通信的数据量较大，并有实时性要求。而i p 网不能满足实时语音通信要 求，在源点到目的点之间没有一条带宽能得到保证的多媒体传输通道。目前，解 决这一问题的主要途径便是采用高效的压缩编码，将大数据量的语音信息压缩到 较小的带宽内传输，并因此提高资源的利用率。传统电话网络的资源利用率很低， 连接建立后，要占用6 4 k b i t s 的带宽，而采用压缩技术的i p 语音传输，只占8 k b i t s 的带宽，效率有很大的提高。 按照h 3 2 3 协议，在i p 语音传输中所采用的语音编码标准主要有g 7 1 1 、 g 7 2 9 、g 7 2 9 a 和g 7 2 3 1 等。其中g 7 2 3 1 是h 3 2 3 首推的编码标准，这是因 为g 7 2 3 1 具有语音质量好，编码速率低等优点。表l - 2 给出了 l 3 2 3 种常用编码 算法的性能参数。 编码算法 g 7 2 3 1g 7 2 9 g 7 2 9 a 比特率( k b i t s )5 3 6 3 8 8 帧长度( m s ) 3 0 1 01 0 处理时延( m s ) 3 0 1 0 1 0 算法时延( m s ) 7 5 55 帧字节数 2 0 ，2 4 1 01 0 2 、静音抑制技术 所谓静音抑制技术，是指检测到通话过程或传真过程中的安静时段，并在这 些安静时候停止发送语音包。大量的研究表明，在一路全双工电话交谈中，只有 l p 电话服务质量与带宽利用率的关系研究 北京邮电大学硕士生论文 3 6 4 0 的信号是活动的或有效的。当一方在讲话时，另一方在听，丽且讲话过 程中有大量显著的停顿。通过静音抑制技术，大量的网络带宽节省下来用于其他 话音或数据通信。利用先进的模拟数字转换技术，一条高质量的语音信道只需运 行在4 8 k b w s - 8 k b w s 带宽上，而目前使用的t d m 电话信道都运行在6 4 k b i f f s 带 宽上。 3 、回声消除技术 在传统电话系统中，存在着一种所谓的“电路回声”，该回声产生的主要原 因是在系统中存在2 4 线的转换。完成2 - 4 转换的混合器因阻抗不匹配，造成“泄 漏”，从而导致了“电路回声”。而在i p 电话网中，i p 电话网关一端连接p s t n ， 另一端连接i p 网。尽管电路回声产生于p s t n 中，但同样会传至i p 电话网关中， 扶雨产生回声。 回声也是影响i p 电话质量的个关键因素。因此，要提高i p 的语音质量， 就必须在i p 语音传输过程中进行消回声处理，也就是说，i p 电话网关作为i p 语 音接入设备，必须具有回声的消除功能。 4 、话音抖动处理技术 ， i p 网络的一个特征就是网络延时与网络抖动，这可能导致i p 电话音质下降。 网络延时是指一个i p 包在网络上传输平均所需的时间，网络抖动是指i p 包传输 时间的长短变化。当网络上的话音延时( 加上声音采样、数字化、压缩、延时) 超过2 0 0 m s 时，通话双方一般就愿意倾向采用半双工的通话方式，一方说完后另 一方再说。另一方面，如果网络抖动较严重，那么有的话音包因迟到被丢弃，会 产生话音的断续及部份失真，严重影响音质。为了防止这种抖动，人们采用了抖 动缓冲技术，即在接收方设定一个缓冲池，话音包到达时首先进入缓冲池暂存， 系统以稳定平滑的速率将话音包从缓冲池中取出、解压、播放给受话者。这种缓 冲技术可以在一定限度内有效处理话音抖动，并提高音质。 5 、话音优先技术 话音通信实时性要求较高。为了保证提供高音质的i p 电话通信，在广域网带 宽不足( 拥挤) 的i p 网络上，一般需要话音优先技术。当w a n 带宽低于5 1 2 k b p s 时，一般在i p 网络路由器中设定话音包的优先级为最高，这样，路由器一旦发现 话音包，就会将它们插入到i p 包队列的最前面优先发送。这样，网络的延时与抖 动情况对话音通信的影响均将得到改善。另一种技术是采用资源预留协议( r s v p ) 为话音通信预留带宽。只要有话音呼叫请求，网络就根据规则为话音通信预留出 设定带宽，直到通话结束，带宽才释放 但是，在企业i p 网上，人们一般并不使 用r s v p ，而一般采用优先级技术。几乎所有品牌的路由器均支持优先级技术。 6 、i p 包分割技术 有时网络上有长数据包，一个包上千个字节，这样韵长包如果不如限制，在 某些情况下也会影响话音质量。一般根据w a n 链路的带宽，对i p 包进行切割， 如表1 3 所示。可见，如果w a n 链路为6 4 k b p s ，为更好地保证i p 电话的音质， 应将i p 包大小限制为不超过2 5 6 b y t e s 。 i p 电话服务质量与带宽剥用率的关系研究 北京州i 也大学硕士生论上 表1 3 带宽对数据包的限制表 5 6 6 42 5 6 1 2 85 1 2 t 9 27 6 8 2 5 61 0 2 4 3 8 41 5 3 6 5 1 22 0 4 8 1 5 4 46 1 4 4 7 、前向纠错技术 有的先进v o l p 网关采用另一项保证音质的技术，这就是前向纠错技术。i p 包在传送过程中有可能损坏或被丢失丢弃，如果话音包丢失损坏率较低，i p 电 话的音质不会受到明显损害。 8 、语音服务质量控制技术 目前，i p 语音传输的服务质量是阻碍其发展的主要因素之一，因此，如何改 进服务质量是研究i p 的语音实时传输技术的重点。i p 语音质量的控制技术主要包 括三个方面，一是采用注册许可机制来限定网络登陆的用户数，以防止产生资源 缺乏现象，导致语音质量进一步降低：二是采用交换优先机制，为语音数据优先 预留资源；三是在i p 电话应用软件中引进自适应策略，通过监测网络资源的变化， 再根据变化情况来作相应的技术调整。例如，如果可以通过监测网络带宽的变化 来调整编码器的编码速率，当网络出现拥挤时，采用低速率编码，反之，采用高 速率编码，从而最大限度的保证语音质量。 1 2i p 电话在实际应用中的相关问题分析 1 2 1i p 电话对传统电话的影响 i p 电话对传统电话所造成的冲击，出了自费低廉以外，更主要的则是对传统 电信运营理念的冲击和用户对业务的需求发生本质变化的必然结果。电信网发展 至今，用户越来越不满足予只作为信息的消费者，他们更倾向于成为信息的生产 者，要求运营商只负责信息的传递，也就是说，业务的生成由用户来掌握。 遵循这一思路，传统电话网( p s t n ) 向多业务网演进是必然趋势。由于传统 运营方式的垄断经营，使这一进程相当缓慢。i p 电话则加速了这一进程，与i p 电话的竞争将迫使p s t n 的经营者采取新的措施，为用户提供更优质的服务。在 未来多业务网取代目前传统p s t n 的进程中，i p 电话只是一个开头，是未来多业 务网的业务之一，或者说是这一进程中的过渡方案。 1 2 2i p 电话发展中存在的问题 价格是推动i p 电话发展的最初因素，但只有建立在易用，质量好的基础上， i p 电话服务质盘与带宽利用率的关系研究 北京邮电大学硕士生论上 笫6 页共3 5 页 才会拥有更广大的客户。由此，我们可以看出目前i p 电话主要需解决以下问题： 1 、标准问题 大多数v o i p 的原始标准都是由i t u t 标准h 3 2 3 或基于包的多媒体通信系统 定义的。虽然各厂商都声称其产品是符合h 3 2 3 的，但实际的互通性极差。而且 h 3 2 3 只是一个在局域网会议电视的标准，根本上也不太适合i p 电话。故目前亟 待解决的就是标准问题。 2 、服务质量问题 由于话音分组在i n t e r n e t 中不能像传统的电路交换那样可以将时延、回音、抖 动、噪音控制在一定的标准范围，i p 网络的可靠性、服务质量都没有保证。只有 当i n t e r n e t 的带宽足够( 流量小于带宽的7 5 时) ，或通过一些优先权机制足够 实现话音分组流的通信，才能彻底解决这一问题。 3 、实时传输问题 实时传输是网络电话普及的一个瓶颈技术，方面，通话质量对于延时和丢 帧相当敏感，这对于现在的网络结构和状况都是个考验。由于过去的网络对实 时传输协议支持甚少，而且很多地区的网络状况不容乐观，形成制约网络电话发 展的又一障碍。 4 、后台管理、记费软件跟不上 由于i n t e r n e t 是自发性、无政府式的发展方式，这虽然是导致i n t e r n e t 快速增 长的原因之一，但面向运营时，管理方面存在突出的矛盾，为了保证网络电话的 正常运转，必须妥善处理全球各站点的管理、全球各站点之间的互相结算、站点 与电话局以及i s p 之间的结算。随着站点数量的增加和地域的扩大，结算的复杂 性将以站点数的平方的形式增加。 5 、l p 电话网关 由于历史的原因，i n t e r n e t 是无级的网络结构，而且是开放的网络，一旦面向 大众运营，必需考虑到设备的兼容性、模块化、容量、可升级等问题。现在的网 关产品间不但功能不一，版本不兼容，也没有标准定义网关到网关的通信。 6 、语音压缩技术 语音压缩技术是i p 电话技术的基础。由于微处理器性能的发展，给高压缩率、 高音质的语音压缩方法提供了基础。但由于i p 协议的局限，当网络拥挤时，语音 数据包的丢失还是不可避免的，同时压缩工作必然会占用大量的软硬件资源，使 成本也无法进一步下降。目前i p 电话的语音质量尚待提高，这虽然与网络延迟有 关，但仍离不开网关中电话板卡选用的压缩算法等诸多因素。 7 、资源预留协议( r s v p ) 技术 当网络发生拥塞时，话音分组就会丢失，由于i p 电话是实时通信，因此丢失 的话音分组不能重传( 重传造成的时延会使还原后的话音质量更差) 。另外，在 i p 网络传输中，语音压缩编码技术使用的算法以帧为单位传送，也会造成数据包 丢失，若丢包严重，合成语音质量明显下降，造成语音的断续或丢失，当丢包率 控制在3 以下基本感觉不到语音质量的下降。为了彻底解决丢包的问题，保障通 i p 电话服务质置与带宽利用；孛i 的关系研究 北赋螂 乜大学硕士生论文笫，蚍藏3 5 爽 话溪霪不受丽络撩接状茂静澎蛹，辫要专门为 p 港诿预譬一定懿带宽，毽这令瓷 源预罄海议( r s v p ) 应与a t m 酌方法有艨不丽，并不是建立隶久黪虑电路，露 是嘏据需鬻可动态的占用或陂窝带宽，因此它溉黼保证通话的质鬣又能摄商带宽 资源的利用率，并能支持图像簿离带宽的使用。 1 2 。3i p 毫落翡发麓趋势分辑 器毫谶翁浃遮发震薅蕊蕊p s 豫窀话鼹静冷赘鞠影壤是巨夫漉。尽渗实嚣藤 用过程中避存柱这样或那样的问题，但是，i p 电话辅基于i p 技术的稀种潮络必将 走商电信缀瓣陂爱，传统熬p s t n 最终垮浚进为念l p 麴通信网络。 据国际数据公铷统计，i p 锪话的市场波务萤醚从1 9 9 5 年的3 5 0 万上升劐1 9 9 9 年魏5 6 0 0 0 万元，2 0 0 0 年营渡凝兔3 e 亿元，并虽灸避有1 5 豹用户使掰i p 电话， 囊诗在2 0 0 5 年，霞慧 p 惫话豁露户鼗藩鬻至3 4 。玉每藜罐羡攀为t 4 9 ，孬蕊 统嚷话酶璜长率惫1 5 。太纛乏鼹豁对i p 毫话撼蕊瓣基乏大麓兴趣灏保持翅l 鞋：乐震 豹态度，窝童个主要原露：( i ) i p 电话强稷大稳凝上减少了长途( 辫添、晷蠹) 电话费用；( 2 ) i p 电话的使用标志着一种全新爵q 功能更强的通信方斌的产生， 从磷可可以打破电话的垄断市场。因为与徙统的佟输媒体相比较，i p 电话不仅具 有稳统媒锩掰其有戆一魏袭蕊烨淡秘褥煮，嚣豆臻瓣灌惑容量丈、不受黠空鞭裂， 突羧了穆笺媳缘跛稔、楚溪经济懿撰念，澎藏班转簸绩惑戈孛，玉翁踌蓬器、跨文 悒、跨器意瓣全蓊蘸籍蒺骞武。惑诧，l p 瓷诿姆海疆春窀话戆蠢争惑乎程饕采戆 发餍中会形陂授大的市场；( 3 ) 符合未来“三蹴融含”( 电话磁、谢线龟视鼹、 数撂网) 的缴腠方向。许多网络专家都指嫩，网络的发展趋势是“i p 缆天下”， “e v e r yt h i n go v e ri p ”是瓣络缎袋的目标。同时，檄雾专家也酃疆戡，l 擎电话弱 前骈面临的闯题是如翅保证l p 语酱砖输羽质量。 蓉之，爱鼹基予碧嚣翳安蹲潺謇，秃谚囊麸技寒发鬟整势，还蹙歇警潺蠡豢 襄投资霞掇来分褥，罄是突全歪礴戆。 辖电话瓣势霞蓝与龌窭铡甥搿辩燕系班巍 第8 负共3 5 页 第二章深入分析影响i p 电话q o s 的因素 2 1i p 电话遵循的标准 目前参与豫电话技术标准开发私推广的组织超过2 0 家，其中最有影响力台 i p 电话的国际标准化组织主要有四家：国际电信联盟标准化部f - j ( i t u - t ) 、欧 洲电信标准化协会( e t s i ) 、i n t e r n e t 工程任务组( i e t f ) 和多媒体远程会议集 团( i m t c ) 。i t u t 侧重于电信标准、e t s i 侧重商业实现、i e t f 侧重i p 标准、 i m t c 侧重互操作性。由于i p 电话技术标准的开发涉及多个领域，这几家开发组 织相互之间建立了比较良好的协作关系，而其他机构主要是发展、充实、实现和 推广这些标准。 i t u t 制定的标准h 3 2 3 是在l a n 之类不能保证带宽的网络上，规定用以进 行动画和声音等实时数据交换的技术。它包括编码技术和分组技术等。p 电话基 本遵从h 3 2 3 建议。除了】i t u - t 的国际性标准开发和控制外，i e t f 也已经或正在 开发一些与i p 电话系统相关的协议，如r t p 、r s v p 、l d a p 等，这些协议主要 作为h 3 2 3 的补充、以便完善地实现h 3 2 3 ：它将维护与i t u t 标准的互操作性。 图2 1 为i p 电话q o s 协议体系。 图2 - 1o o s 协议体系图 同时，图2 2 给出了i pq o s 协议的分层结构。 l p 电话暇舞质盘与带宽利用帛的关系研究 北京咆大爱郦ir 卜生沧文 表示层 ，c y 。( 4 2 ) 将y k y - 5 带入，则有 “= e 5 ，4 3 3 5 x 1 0 + 3 7 1 9 6 2 x 1 0 “，：) ( y - 5 ) 十( 。5 2 6 5 1 0 - z _ 6 2 1 3 8 7 1 0 “= ) ( y 4 ) 。 十f 9 。4 2 6 x t o o + 2 ，0 5 0 1 8 x t 0 “，砖( y - 5 ) ( 4 3 ) 式f 4 3 ) 孛，：霞袭攀宽，纂缀菇m n t ；，襞表冀孛蓬，单蕊为m s ：# 我袭装包辜， 单位为。 剐将式( 4 ) 与式( 4 3 ) 缝岔越来，赠霹缮戴活势爨、带燕躲及蘩彀警之瓣的关 系。即 _*_m_w_-一一一 l p 电i 嚣艇努成盘与带窥测用率的燕系研究 北京邮电大学砸士生论文 第2 9 页共3 5 页 y = ( 3 4 2 1 0 4 十2 9 5 5 2 2 1 0 z ) x 十( 1 3 9 1 0 一2 2 8 9 l o 一3 z ) x ! + ( - 36 9 1 0 0 6 1 3 4 8 1 0 7 ；5 3 2 4 4 2 5 2 4 1 0 6 二) x 3 “= ( 5 4 3 3 5 x 1 0 2 + 3 7 1 9 6 2 1 0 z ) ( y 一5 )( 4 4 ) + ( - 5 2 6 5 1 0 2 6 2 1 3 8 7 x 1 0 “z ) ( y 一5 ) 2 + ( 9 4 2 6 x 1 0 3 + 2 0 5 0 1 8 x 1 0 i z ) ( y 5 ) 3 其中，变量y 表示时延，单位是毫秒：x 表示话务量，单位为爱尔兰；：表示 带宽，单位是m b i t ；“表示丢包率，单位为。则根据式( 4 4 ) ，若已知任何两个 变量的值，则可求得其余两个变量的值。 4 4 。5 话务量、带宽、时延抖动的关系研究 下面对话务量、带宽以及时延抖动之间的关系进行研究。 首先以时延( 由于时延抖动数值较低，为了使得拟合结果更精确，实际拟合 以( 总时延一链路传输时延) 即排队时延来与时延抖动进行拟合) 为自变量，时延抖 动为园变量，利用统计软件s p s s 进行曲线估计。其结果如下表所示。 表4 - 6 时延抖动与时延曲线拟合参数表 带宽( m )判定系 数( 彤) 拟合方程 10 9 8 6 5 6v = 2 5 9 2 8 4 x 1 0 1y 20 9 7 1 2 6v = 2 3 2 6 4 6 x 1 0 ly 50 9 5 8 6 5v = 1 0 0 9 9 5 x 1 0 。iy 1 00 9 5 3 7 8 v ；4 8 7 9 7 x 1 0 2y 2 00 9 4 8 9 8v = 3 5 7 7 9 x 1 0 + 2y 4 00 9 5 5 9 5v = 1 1 8 2 7 x 1 0 。y 5 00 9 4 4 5 4 v = 9 2 7 8 x 1 0 。v 对表4 - 6 中，以带宽为自变量，以上述拟合方程中y 系数作为因变量再进行 曲线估计分析。其结果如表4 7 所示。 表4 7 系数与带宽拟合参数表 项目i 判定系数( 帮) l 拟合方程 系数10 9 6 7 6 5ic ，= o 3 5 7 0 7 3 ：“8 7 8 8 4 3 则将表4 7 中的拟合方程代入表4 - 6 中的拟合方程，可得到时延、带宽以及时 延抖动之间的关系式为： v = ( o 3 5 7 0 7 3z o8 7 8 8 4 3 ) y ( 4 - 5 ) 将y = y - 5 带入，则有 v = ( o 3 5 7 0 7 3z o8 7 8 8 4 3 ) ( y - 5 ) ( 4 - 6 ) 式( 4 6 ) 中，= 代表带宽，单位为m b i t ；y 代表时延，单位为m s ；v 代表时延抖 动，单位为m s 。 则将式( 4 6 ) 与式( 4 1 ) 结合起来，则可得到话务量、带宽以及时延抖动之间的 i p 电话服务质量与带宽利用率的关系研究 北京龆l 毡人学倾上生沱义 关系。 即 y = f 3 ，4 2 x i 0 。4 + 2 9 5 5 2 2 1 0 一z ) x + ( 1 3 9 1 0 。4 2 2 8 9 x t 0 3 i z ) x 2 + ( - 3 6 9 1 0 0 6 1 3 4 8 1 0 7 + 5 3 2 4 4 2 5 2 4 x 1 0 + 6i z ) x 3 ( 4 7 ) v = ( 0 3 5 7 0 7 3 z “8 “x y 一5 ) 其中，z 代表带宽，单位为m b i t ；y 代表时延，单位为m s ：x 代表话务最，单 位为爱尔兰：v 代表对延抖动，单位为r r l s 。则若已知其中锰 可两项，可求出剩余 两顼。 在网络的建设与优化中，通常话务量可通过预测得到，而服务质量根据需要 礁定蠹，要l 联瓣蘩述式( 4 一 ) 、( 4 4 ) 以及f 4 7 ) 缀容易诗舞窭掰霉麴繁宽。如装攫撬 预测的话务量，并且醴确定了时延上限，则可根据式( 4 1 ) 求出满足凝求的带宽， 同时投据式( 4 4 及式( 4 7 ) 霹求出捐殿的丢镪率和对延抖动。那么，剃用上述的结 论公式来指导网络的溉划建设具有非常重要的意义。 同时，由于存在以下因豢豹影响，在运用上述的结论公式时需要注意以下几 点： 首先，结论公式怒针对段链路的情况。因此，实际应用时，可针对每一段 送行嚣棼，求出据应镪一段魄媸宽。锻是其中煞时廷，蓑根攒实际的阐络结梅( 主 要是跳数) ，缀合保诞话音质燕的对延限制来确定。 其次，由于结论公式是农对实验数据进行统计总结的基础上推导出来的，因 魏，实验孛一些象俸豹谩定瓣公式菸运嚣吴肖一定鹣届隈瞧。魏密予实验中每鬏 链路的总时延最大为1 5 m s ( 排队时限1 0 m s + 链路传输时限5 m s ) ，因此，公式只 适用予每段链鼹的踺惩不太予1 5 m s 验情况。当然，逮令瞪延不钰括节点鹣处理 时延蛆及由予处理能力的不熙而导致的排队时延。那么，瓷蕊划时，可先根据所 要达到的服务质量确定了时越上限( 最大值为4 0 0 m s 。通常要小于此值，具体根 据需要两定) ，并置放中撩涂了溺关豹处理辩廷( 通常为1 0 0 一1 5 0 m s 嚣，褥禳据 所要采用的路由器的处理能力以及话务量的大小，估算出i p 网中节点的平均处理 对廷苏及虫予处理戆力戆蚕照瑟导致戆平均撼驳黠薅，拯滁这部分惹懿对蜒可癌 结为本实验中所讨论的时延。 4 5 总结与下一步酶工作 论文主要对以专鲻承载的i p 电诺网的服务质量与带宽、话务豢之间的哭系进 行了研究。在建立模凝的基潮上，废瘸弼终仿真较佟n s 遴行穰拟，缛爨了一系 列的仿真结果。通过对仿真线果进彳予分析与总结，最后分别推出了漾示话务量、 带宽麓嚣季廷、丢毽搴竣及时惩辩动之凌褪要关系熬公式。续论公式蹙在怼弼络零 身行为的模拟以及对萁内在规律的总结上得出的，因此，这些结论公式对于指导 实际的网终建设与侥纯具有很大的意义。 由于时间限制，阍对对予网络仿真软件n s 的攀习瞧占用了徽多对漓，论文 的研究还存在些不足。由于论文专注子由呵：带宽这一因素对话音服务质爨的影 稿，戮嚣黠冀德匏影确嚣素强镶妫、辫璐萼羹交换等楚理) 绘予麓伲，磅究模型 较为简单。在这个研究的基础上推出的结论公式也只针对于段链路的情况。那 么，焱这个鏊璐上，下一步泌研究方向可以对模型进行进步的扩展：如扩展成 伸电话服务斌鼙与带宽利用率韵装系研究 北隶。【i f l 也大学预上生论文旃3 1 贝共3 5 贝 网络，从而研究一段链路上的服务质量与整网的服务质量之间的关系，再进一步， 还可以将节点的处理、路由、网络拓扑等因素考虑进去，从而进一步对节点的排 队策略、路由的优化和改进等等问题进行研究，以便对i p 电话进行进一步的优化， 更好的提高i p 电话网络的性能，并且在满足其服务质量的情况下，使得网络建设 成本最低。 一一 i p 电话服务质盘与带宽利用率的关系研究 北京邮【乜人学颂上生论上第3 2 贞共3 5 页 致谢 通过完成硕士论文，本人经历了查阅资料、提出问题、分析问题、建立模型、 进行网络仿真并对仿真结果进行分析与总结这样一个较完整的科研过程，详细地 学习了i p 电话通信的基本理论，着重了解了影响i p 电话服务质量关键因素：带 宽、时延、时延抖动和丢包等问题，基本掌握了将理论与实际相结合的方法论。 但由于本人水平和时间所限，论文中难免存在一些问题和不足，敬请各位老师和 专家批评和指正。 在论文的整个完成过程中，导师忻展红教授一直给予了悉心的指导，并提出 了许多宝贵意见，在此深表感谢! 尤其是导师严谨的治学之风、认真的科学态度 更令学生终生受益、敬佩不已! 在论文的开题报告和中期总结过程中，林齐宁教 授、张彬教授和柏琳教授给予了不少建议，让本人获益匪浅，在此表示衷心地感 谢。在查找资料、论文整理以及进行仿真实验的过程中，得到了不少同学和朋友 的帮助，在此一并致谢。 i p 电话_ | l i 务质苴与带宽利用率的关系研究 北京椰也大学烦一b 生论文 参考文献 1 姜宁康，小型微型计算机系统，第2 2 卷第4 期，2 0 0 1 颦4 月，p 4 1 5 - p 4 1 7 2 。杨後华，“i p 电话貔关键技术及存在的基本闽题”，河北烬范大学学报( 臭然 科举版) ，第2 6 卷第4 期，2 0 0 2 年7 月 3 a n d m w s t a n e n b a u m ，计冀机网络( m 】( 第三版) ，熊桂喜，王小虎译，北京： 清露大学窭版柱 4 李婊，“在i p 网上支持多媒体应用的途径”， m 】观代计黧机，2 0 0 1 ，11 9 ( 7 ) 5 王恚鏊等，“l p 电话瀑音铸竣质量躲磅究”，勰敦攀建工大攀学掇，楚2 卷燕l 期，2 0 0 1 锦2 月，p 2 5 _ 口3 1 6 ，钟级君，霍荚，“我国i p 电话现状之浅述”，韶关学院学报( 自然科学版) ，2 0 0 1 年9 胃，第2 2 卷，第9 黧 7 孙其博等，“影响i p 电话话音质霪的主鞭因素及相关技术”，禽技术通讯， 2 0 0 1 6 ，p 1 0 3 p 1 0 6 8 郭系，“i n t e r n e t 电话的业务与关键技术”，广东通信技术，2 0 0 1 年6 月，第2 1 卷臻6 期，p 2 2 p 2 7 9 纛落琨编著， p 礴络窀话技术，就京：入嚣帮憩寝舨柱，2 0 0 0 年6 胃 1 0 李光宏，“i p 电话的关键搜术及服务质量”，电子正程师，v 0 1 2 7 ，n o 3 ，2 0 0 1 年3 胃 ii 高窳，丁炜，“i p 电话发展趋势及其对传统电话的影响”，电信快报，2 0 0 0 ： n o 3 ，p 2 9 一p 3 l i 2 李德胜等，“i p 电话现存童要目题及解决办法”，现代电信科技，2 0 0 0 年5 月，第5 期，p 1 9 一p 2 3 1 3 。费肇荚等， p 电落菠零及其痤蔫【酝】，l 察：人聚郏邀蠢敝社，2 0 0 0 1 4 夏洋华，i p 电话的话音质最保证技术( j ) ，通信世界，2 0 0 0 ( 5 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