（通信与信息系统专业论文）vowlan的qos保障技术研究.pdf

重庚郎电大学硕士论文 攘要 强前，由于w l a n 技术的逐渐普及以及v o i p 的迅速发展，使人们对将两 者绫念莛寒熬v o w l a n 援寒投入了悲来越多豹关注，露将v o w l a n 概念雩l 天 移动终翡，并与蜂簿掰络结合为耀户提供无缝服务的移动v o l p 更成为鼙2 界关注 的焦点。 w l a n 魏起劾只是针对数掇健埝，没毒钟辩实爵语嚣传送懿措施，陵瑟不 能提供实辩监务鹣黢务质量。为魏，i e e e 8 0 2 1 l e 任务维正程飘零这方瑟静工 乍。 本文黄先籁单叙述监控系缎的开发，然斌在其基础之上，对下步保障语 音传输馓了以下研究：具体分析了i e e e 8 0 2 1 1 m a c 接入机制( d c f 和p c f ) ， 努辑了嚣释瓿鞠鹣工作淼理、数据羧久燕邀静谤两方式戳及强耱瓿潮在支持 q o s 上的局限性，滋j ：，i e e e 8 0 2 1 l e 工作缀对原来的m a c 机卷8 进萱予了增强， 以满足时限业务甍求的q o s 。然后，作者对i e e e 8 0 2 1 l e 的e d c f 和h c f 机制 进行了磋究与探讨，嚣张魂铡筑够较好熬瀵熙融疆韭务懿q o s 要求，键绥然存 在一髓闻题。饿鲡c f 轮询梭的丢失闯纛，弼巢轮诲峻一量丢失，那么终端藏 无从接收和发送数搌，导致语鬻包的时延和抖动加大，影响通话质量。针对这 个问题，我们提文了运用令牌缓冲器豹方法来改善。我们以语音包在网络中的 安毒潜凝偿免参数，遂遗改交竞争密器辩大，j 、寒霞终装识笼获褥嵇狯镄邋。莰 n s 一2 2 6 的环境下滋行了仿真，结果袁疆，遗釜这些摧施的波藤，无线嬲绻霹菠 更好的满足用户的鼹求，随后从整个i p 网络考虑，分析了端到端的q o s 机制， 考虑戮您u m t s 蜂窝瓣络豹融合，提爨将i n t s e r v 戆r s v p 黔参数块射到 i e e e 8 0 2 1 l e t s p e c 中，蔽提供漫游服务，阗蹿也考虑曹干溺采取d i f f s e r v ，将 d s c p 和8 0 2 。li e t c d 的参数映射，以提供端委u 端约服妊艨量。 关键词：无线局域阕；服务威鬃；e e e 8 0 2 1 l e ；媒体按入控制 。 ，一 一 ， 熏庚邮电大学硕士论文 摘要 a b s t r a c t a tp r e s e n t , t h et e c h n o l o g yo fw i r e l e s sl o c a la r e an e t w o r kg r a d u a l l y p o p u l a r i z i n ga n dv o i c eo v e ri pr a p i dd e v e l o p i n g , b o t hc o m b i n a t i o ni st h ev o w l a n w h i c hh a so b t a i n e dp e o p l ei n c r e a s i n ga t t e n t i o n s ，a n dt h a tc o m b i n e 懿i d e ao f v o w i a 。ni n t r o d u c e dh a n d s e tw 谨lc e l ln e t w o 藏p r o v i d e dw i t hs e a m l e s ss e r v i c ef o r u s e rm o b i l e 、，o i p 懿i i it u r ni n t oc i r c l e sa t t e n t i o n a lf o c u s o r i g i n a l 取w t u a nw a ss i m p l ya i m e d 馥td a t at r a n s m i s s i o nw i t h o u td i s p o s i n g r e a l - t i m ev o i c ed e f e r e n tm e a s u r e s ，a sar e s u l t ，w h i c hc a nn o tp r o v i d ew i t ht h eq o so f r e a l - t h n eo p e r a t i o n t h e r e f o r e , i e e e 9 0 2 11 t g ed e a l sw i t ht h ew o r ka b o u tq o s 。 b a s e do e tab r i e f d e s c r i p t i o no f t h ed e v e l o p m e n to f t h em o n i t o r i n gs y s t e m ，t h e p a p e rw o r k so v e rt h en e x ts t e pt og u a r a n t e ev o i c et r a n s m i s s i o ni nt h ef o l l o w i n g a s p e c t s ：d e t a i l i n go nt h ei e e e 8 0 2 i i m a ca c c e s sm e c h a n i s m ( d c fa n dp c f ) ， a n a l y z i n gt h ew o r kp r i n c i p l eo ft h et w om e c h a n i s m sa n da c c e s sm o d eo fd a t a a c c e s s i n gc h a n n e la sw e l la st h es h o r t c o m i n go ft h et w om e c h a n i s m si nr e g a r d 协 s u p p o r t i n gq o s t h e r e o u t , 强聪8 泛1 t es t a f fe n h a n c e so nt 廷ep r i m a r ym a c m e c h a n i s mi no r d e rt os a t i s f yt h ed e l a yb o u n ds e r v i c eo fq o s t h e nt h ea u t h o r r e s e a r c h e sa n dd i s c u s s e so nm e c h a n i s mo f l 劲c fa n d 薹i c f 姗瑗麓e ；8 0 2 。l l e , w h i c h a r ea b l et om e e tw i t ht h ed e l a yb o u n ds e r v i c eo f q o s 。b u ts t i l lh a v es o m ep r o b l e m s , s u c h 乳sl o s so fc fp o l l i n g 自u d m e s o n c et h ep o l l i n gf l a m e sa r el o s t 。t h et e r m i n a lw i l l u n a b l et or e c e i v ea n ds e n dd a t a , l e a d i n gt ot h ed e l a ya n dj i t t e ro fv o i c ed a t aa n d i m p a c t i n gc a l lq 嘲i t y t h ea u t h o rp r o p o s e sam e t h o dt ou s et h et o k e nb u f f e rt o r e m e d yt h ea b o v ep r o b l e m h et a k e st h ee x i s t i n gt i m eo ft h ev o i c ep a c k e t s 趣 n e t w o r ka sp a r a m e t e ra n de n a b l e st e r m i n a lt oh a v et h ep r i o r i t yo fg e t t i n gt h e 垃a n s m i s s i o nc h a n n e lb yc h a n g i n gt h es i z eo ft h ec w a f t e r w a r d s , h et a k e st h e s i m u l a t i o no nn s - 2 。2 6p 差a t f o r m r e s d ts h o w st h a tt h ea b o v e m e a s u r ec a ne n s u r et h e p e r f o r m a n c eo f w i r e l e s sn e t w o r kt os a t i s f yt h ed e m a n do f c u s t o m s u b s e q u e n t l y , t h e a u t h o ra n a l y z e st h ee n d - t o m e n dq o sm e c h a n i s mf r o mt h ev i e wo ft h ew h o l ei p n e t w o r k c o n c e r n i n gt h ei n t e g r a t i n gw i t hu w 【，r sc e l tn e t w o r k ，h ep u t sf o r w a r da w a y t om a pt h ep a r a m e t e ro f r s v pi ni n t s e r vi n t oi e e e 8 0 2 1 l e t s p e ct op r o v i d i n g r o a m i n gs e r v i c ea n ds u g g e s t si nt h e 蕊e 辩b a c k b o n en e t w o r kt om a pd s c pi n t o 8 0 2 ，ll e t c t dp a r a m e t e rf o rp r o v i d i n ge n d - t o * e n ds e r v i c e ， k e y a v o r d s ：w l a n ；q o s ；i e e e 8 0 2 1l e ；m a c l l 独创惶煮臻 举a 声孵黼鬻雯酶学位论文建本入谯释黼攒导下避行的研究工棒淡鞭得 鲍研巍戚果。攒貔蹶翘，除了文巾特别攘戳振浚和致谢的嫩方辨，谂文喀；不包 禽英毽太已经发袭蠛撰写蓬翡磷震残栗，篷不霞含蠢获褥重鏖整羹塞堂豉 箕稳教霄祝构鹣学往或瀵豢露搜耀过赘糖糕。写我一懑工佟懿溺志黠零磷囊掰 傲的任何贡献均融在论文巾作了明确的说明并表示谢意。 戮论文作者婺髌：溺搴黟 签字酲辍 崩攀白纾鑫 学位论文版权使用授权书 本学位论文佟者完垒了解震鏖整巍杰璺有关保留、使餍学饿论文的 麓怒，寄较豫餮黪淘国家有关端门藏辊擒遴交谂文熬笺辩傅帮磁盘，是洚论文 被套瘸秘氆烫。零a 攫投耋鏖整妻轰誊霹疆将学馥论文鹣全都藏蒸分痰 容编入有关数播鬻进行梭索，研馘采用搿印、缩印或扫描等复制手殴绦存、汇 编学位论文。 ( 璨密熬擎鼗论交凌簿寮爨逶弼零攫蔽穆) 攀佼论文终者餐襄； 皤叮劳 辱繇签名： 掘4 删 签字强潮： 游舞f 节麓签字秘麓：) 商年 嚣睁蟊 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 所谓v o w l a n ( v o i po v e rw l a n ) ，在w l a n 为基础架构执行的v o l p 应用 在与公众( p s t n ，p u b l i cs w i t c h e d t e l e p h o n e n e t w o r k ) 及移动电话网络相连接后， 具有高灵活性、高频宽适合数据传输等优点随着通信技术综合化、数字化，智 能化、个人化的发展，在单一的网络平台上实现语音、数据、图像等多种综合业 务已经成为电信网络发展的趋势 无线局域网 1 w l a n ( w i r e l e s sl o c a la r e an 吐w o r k ) 作为有线以太网的延伸， 一定程度上满足了这种需求无线局域网是指以无线信道作传输媒体的计算机局 域网，采用射频( r 1 0 技术构成局域网络，是一种便利的数据传输系统。无线局域 网设备一般工作于免授权频段，在频段的使用上无需高昂的许可费用，加之 w l a n 技术的日趋成熟，以及w l a n 在接入速率和适应环境上与3 g ( 第三代移 到通信) 的互补性，使得w l a n 的应用已经从单纯有线网络的延伸拓展开来，成 为室内微微小区尤其是热点地区重要的高速无线数据接人手段之一，市场潜力巨 大同时w l a n 的先期部署将促进移动数据业务需求的增长和相关业务应用的 成熟，对未来3 g 的充分发展和应用是必不可少的今天，无线局域网的应用范 围已经非常广泛，如果将其应用划分为室内和室外的话，室内应用包括大型办公 室、车间、智能仓库、临时办公室、会议室、证券市场、体育馆、会展中心、酒 店、机场、医院、酒吧、咖啡屋等；室外应用包括城市建筑群间通信、学校校园 网络、工矿企业厂区自动化控制与管理网络、银行金融证券城区网、税务、矿山、 水利、油田、港口、码头、江河湖坝区、野外勘测实验、军事流动网、公安流动 网等。可以预见，凭借无线接入技术本身具有的应用灵活、安装速度快、建设周 期短等优势，以及地理应用环境的无限制特性，w l a n 必将作为一种高速无线 数据接人手段与有线网络一起，构成灵活、高效、完善的宽带网络。 v o l p t 2 全称：v o i c eo v e ri n t e n c tp r o t o c 0 1 i n t c m c t 电话技术是哥前i n t e m e l 匣 用领域的一个热门话题：它实现了语音在i n t e m c t _ l x 的实时传送，利用电话网关服 务器之类的设备将语音数字化，其基本原理是：通过语音的压缩算法对语音数据 编码进行压缩处理，然后把这些语音数据按u d p i p 标准进行打包，经过口网络把 数据包送至接收地，再把这些语音数据包串起来，经过解压处理后，恢复成原来 的语音信号，从而达到由互联网传送语音的目的。m 电话的核心与关键设备是m 网关，它把各地区电话区号映射为相应的地区网关口地址。这些信息存放在一个 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 数据库中，数据接续处理软件将完成呼叫处理、数字语音打包、路由管理等功能。 在用户拨打长途电话时，网关根据电话区号数据库资料，确定相应网关的口地址， 并将此口地址加入口数据包中，同时选择最佳路由，以减少传输时延，m 数据包 经i n t e m c t 到达目的地的网关。在一些i n t e r n e t 尚未延伸到或暂时未设立网关的地 区，可设置路由，由最近的网关通过长途电话网转接，实现通信业务随着无线 局域网应用的迅猛发展，人们也就越来越希望将v o i p 业务接入无线局域网中。利 用无线局域网来实现口分组话音业务和数据业务的承载，通俗地说，就是在无线 局域网上实现话音业务和数据业务的统一传输。传统的无线局域网主要是利用无 线传输实现数据业务的传输，而无法实现话音业务的传输，因此需要另外敷设电 话网络，增加了建设成本的同时，也增加了后期的维护运营成本。基于w l a n 的v o i p ，力图实现利用现有的无线局域网用来传递话音业务，在一个网络中完成 话音和数据的同时传输，这样传统的集群电话所带来的建设成本和维护成本将被 省下来，同时因为v o w l a n 的布网简单、维护方便、扩容便捷的特点，为日常 维护和日后的扩容带来了非常大的便利。而且具有资源利用率高、带宽灵活可变、 用户可同时进行多个通信以及使语音业务和数据业务综合到一起等传统电话无 法比拟的优势，这种强大、经济、有效且崭新的通信手段未来将在人们的日常通 信中发挥着重要作用。从运营商的角度来看，与目前已经存在的g s m ，c d m a p h s ( p 盯s o n a lh a n d y - p h o n es y s t e m ) 网络形式相比，v o w l a n 为无线话音接入提供 了另外一个更有竞争力的解决方案。w l a n 技术具有相对简单、成本低廉、铺设 灵活、采用更开放的频谱资源的特点，并能对未来3 g 网络形成有效补充，因此 目前已经成为运营商的新的发展热点。随着运营商不断发展热点地区的w l a n 接入网的建设，v o w l a n 将为运营商快速提供话音业务和数据业务接入提供了 全新的方式；另外，在企业网市场，随着笔记本电脑和p d a ( 个人数字助理) 的逐 步普及，v o w l a n 还将为企业用户提供远比无绳电话功能更强大、廉价的无线 移动话音和数据合一的企业网络。v o w l a n 结构如图1 1 所示。 1 2v o w l a n 的相关研究现状 通常人们在使用，i n 时，主要应用的是网页浏览、收发邮件、文件传输 等功能的，现在要进行语音的传输就必须保障它的服务质量( q o s ，q u a l i t yo f s e r v i c e ) 。它是以口分组交换网络为传输平台，对模拟的语音信号进行模数转换、 数据压缩、打包等一系列的特殊处理，使之可以采用无连接的u d p 协议进行传 输。w l a n 属于接入网络的领域，对于端到端的q o s 而言，只是其中的一段链 路。有关w l a n 的端到端的q o s ，还需要依靠各个层面的技术支撑。 2 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 虽然基于w l a n 的口传输技术与有线网络类似，但是由于无线网络的固有 的特征，在支持上层的实时业务与有线网络有很大的差异，导致无线网络传输的 口语音质量比有线网络要差很多无线局域网中的物理媒体和有线环境下的媒 体不同，它被覆盖范围内的所有站点共享由于无线环境特有的隐藏终端、捕获 效应等因素的影响，无线局域网中的媒体访问控制( m a c ，m e d i u ma c c e s s c o n l r 0 1 ) 协议比有线以太网更为复杂。在w l a n 中，由于早期的标准没有考虑 开展实时业务的需要，不能提供q o s 保障机制。目前，i e e e 特别成立了8 0 2 1 l e 任务组脚，通过细化8 0 2 1 l 的m a c 层，以改善q o s 。8 0 2 1 l e 任务组定义了一 个新的信道接入方法混合协调功能( h c f ，h y b r i dc o o r d i n a t i o n f u n c t i o n ) ， h c f 把分布式协调功能( d c f ，d i s t r i b u t e dc o o r d i n a t i o nf u n c t i o n ) 和点协调功能 ( p c f ，p o i n tc o o r d i n a t i o n f u n c t i o n ) 的功能结合起来并有所增强，来保证实时业 务的服务质量。其中h c f 采用的基于竞争的信道访问方式称为增强d c f ( e d c f ， e n h a n c e x ld c f ) e d c f 是传统有线局域网排队机制的扩展，为数据包加上标记 并利用区分优先次序的信道访问功能来传输。h c f 是一种查询访问机制，在使 用时，不同的传输流被分配给专用的通信时隙这两种机制结合起来可以使那些 优先权的级别较高的服务对象的通信质量得到较大的改善。通过测试，家庭、小 型办公室这种单访问点( a p ，a c c e s sp o i n t ) 环境下会在数据通信和多媒体应用 方面得到很大的提高。 1 3 影响v o i p 的因素 关于q o s 的定义，r f c 2 3 8 6 嗍中描述为：q o s 是网络在传输数据流时要求满 足的一系列服务请求，具体可以量化为带宽、延迟、延迟抖动、丢失率、吞吐量 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 等性能指标。具体到语音来说，衡量v o i p 服务质量的主要参数有嘲：带宽、时 延、抖动( 时延变化) 、信息丢失( 差错效应) 、有效性( 可靠性) 等。例如i t u - t g 1 1 4 对语音延时做了规定，如表1 1 所示下面对这些参数逐一介绍，并讨论其指 标。 表1 1 两种编码算法的延时 v o 口回路延时 g 7 11 压缩算法( m s ) g 7 2 6 压缩算法( m s ) 编码解码 5 55 5 聚合拆分 1 02 0 抖动缓存 1 02 0 w l a _ n 接入时延 1 02 0 接入点路由时延 1 01 0 企业网路由延时 55 主骨干网延时 9 9 56 9 5 总延时 1 5 01 5 0 1 3 1 数据丢失的影响及处理技术 因为v o m 包传输具有实时性的特点，所以就没有重新发送丢失的包这些 丢失的包会使语音通信产生间断，进而产生静音，如果丢失发生的频繁则使通话 交地毫无意义。在网络业务十分拥挤时，有可能出现包丢失的现象。无线网络中 有两个主要的原因会导致包的丢失：c s m a 域中流量过大，有冲突的包就会被丢 弃；或者时延变化过大，因为包到达的缓冲器过晚或过早而被丢弃。虽然丢失3 的包对语音质量没什么影响，用户能容忍8 一l o 的丢包率，但是包丢失会 严重影响口电话的语音质量，必须采取必要的措施去防止包丢失。解决方案无 外两种：一为尽力避免或减少丢包；一为在解码时对丢包造成的损失进行补偿。 目前有前向纠错技术呷c ，f o r w o r de r r o rc o r r 硒n ) 和自动请求重传( a r q ， a u t o m a t i cr e p e a t r e q u e s t ) 技术。丢包己不是v o w l a n 中主要问题例如 6 1 ：广 受欢迎的s k y p e 网络电话系统核心之i l b c 解码器，能提供相当于高端i t u g 7 2 9 解码器的特性；i t u 解码器只以8 k b p s ，能提供公用电话般的语音品质；而来自 g l o b a l l p s o u n d 的i l b c 解码器，所需的位速率稍高1 3 3 k b p s g l o b a li ps o u n d 称 他们的编码器语音品质优于p s t n ，而且能忍受高达3 0 的封包损失。i e t f 已 对此解码器制定标准。c a b l e l a b s 应用于多媒体终端配接器与媒体闸道的 p a c k c a b l e 影音解码器规格以被指定其为必要的解码器。 4 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 1 3 2 语音抖动处理技术 抖动是指m 包传输时间的长短变化( 延迟抖动) 。解决此问题的一般方法是在 接收端设置接收缓冲区，语音包到达时首先进入缓冲区暂存，然后以稳定平滑的 速率将语音包从缓冲区中取出、解压、播放给受话者这虽然解决了抖动问题， 但却加大了总时延。目前采用一种自适应缓冲处理技术，以缓解这两者之间的矛 盾 1 3 3 时延问题分析 语音质量传统上是采用主观方法来衡量的。它主要采用r r u 建议的p $ 0 0 中的m o s ( m e a no p i n i o ns c o r e ) 指标。i t up 8 0 0 标准解释了在不同的时延和数 据丢失的情况下人对通话的反应现在，在建立语音测量客观标准方面已经取得 了显著的进步。i t u 推荐标准g 1 0 7 采用e - m o d e l 来测量语音质量。e - m o d e l 告诉我们有两个主要因素会影响数字语音在a n 上的传输，它们是时延和数 据丢失，失序到达问题可以采用实时传输协议( r t p ，r e 粗- t i m ot r a n s m i s s i o n p r o t o c o l t ) 和实时传输控制协议( r t c p ，r e _ l - t i m et r a n s m i s s i o nc o n t r o lp r o t o c o l t ) 技术加以解决，下面分别加以介绍。 语音通话时，如果时延过大就会失真，严重的还会使通话无法进行v o w l a n 中单向时延有四部分组成。 1 ) 传播时延 。 信号传播时间有通话距离决定的。因为无线电传播的速度和光速一样，所以 传播时延没有那么显著，短距离通信时可以忽略不计，但洲际通信时则是要考虑 的。 2 ) 打包时延 一 。 编解码器把摸拟信号转化为数字信号要花费时间。高码流编解码器例如 g 7 1 1 的m 打包速度比较快，大约l m s 。低码流编解码器要用更多的时问，因为 它们要采用压缩技术来减少包的尺寸例如编解码器g 7 2 3 把模拟信号转化为数 字信号有6 7 5 m s 的时延。因而使用高压缩率的解码器可以减少v o w l a n 上的流 量，相应的时延也会增加 3 ) 缓冲器时延 缓冲器在接收机上主要用来消除当v o m 包失序到达时产生的语音回声。把 v o i p 包直接转化为模拟信号前，进来的包会预先保存在缓冲存储器中编解码 器然后从缓冲器中取出下一个包并转化为模拟信号，也就是说v o m 包在进入编 解码器前要先经过缓冲器。当时延过多时，取出动作就会停止直到新包的到来， 5 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 这样就会导致通话的中断。所以设计v o w l a n 系统时应该仔细考虑接收机缓冲 器的大小。如果缓冲器处理太多的包可能会产生显而易见的延时进而恶化语音质 量但是，如果缓冲器只能处理太少的包，通话会产生瞬间的中断。 4 ) 传输时延 传输时延是指从分组进入队列的瞬间直到发送完成所需要的时间。当某分组 成功传送时，其延迟时间包括为获得信道使用权所需的等待时间和该分组在信道 上的传输时间；如果有传输错误或发生碰撞，延迟时间还要包括重传带来的延迟 时间。在w l a n 中，i e e e 8 0 2 1l 采用的是c s m a c a ( c a r r i e rs e n s em u l t i p l e a c c e s sw i t hc o l l i s i o na v o i d a n c e ) 竞争机制w l a n 中的无线终端通常是通过直接 访问接入点连接到m 网络的，因此，当多个用户同时访问同一个a p 点时，就 会出现冲突。冲突的出现会导致网络延时抖动加大，尤其是在大数据包的情况下， 这种影响会更为突出由于a p 冲突存在，利用高语音编码压缩技术并不能成倍 地提高可支持地实时传输用户数利用高倍率地压缩算法，虽然使得语音数据量 大大减少，但当多用户同时进行话音通信时，这些频繁地实时数据包更容易引发 冲突，导致单个用户数据包重传次数增多，使得延时加大，最终不能满足实时语 音通信质量的要求 1 3 4 带宽占用及其优化措施 w l a n 中v o 口呼叫占用的带宽要比解码器的数据速率大的多低码流解码 器例如g 7 2 9 ，数据最大速率是8 k b p s 但是，实际的带宽要大的多当以3 0 m s 的间隔发送时，每个数据包的大小是3 0 字节另外，包头有额外的r t p 字头和 8 0 2 1 1 字头所以，单向总带宽要多于2 5 k b i t s 双向通话要求高于5 0 k b i t s 的 带宽。更高码流的解码器g 7 1 1 ，一个语音呼叫会占用1 6 0 k b i t s 的带宽。使用 g 7 1 1 解码器，如果没有静音抑制，能支持1 0 个并发v o i p 呼叫的a l p 大概需要 1 6 m b i t s 的带宽需要指出的是1 0 个客户竞争一个8 0 2 。i i a p ，由于协议采用 c s m ab a c k o f f 算法，数据最大速率会低于1 6 m b i t s 。在这种模式下每个a p 最 好能同时有5 到7 个呼叫这个数字是基于2 m b i t s 的情况，如果部分或者全部 v o w l a n 终端的数据速率是1 m b i t s ，这个数字要减少一半为了避免每个a l p 的最大呼叫数过量，对v o w l a n 终端和a p 覆盖范围内的呼叫数量进行评估是 必不可少的。需要特别指出的是，在a p 标准范围内才可能有更高的数据传输 当v o w l a n 终端在r f 覆盖的边缘时，它们的传输速率会降到最低且占用更多 的带宽例如，一个v o w l a n 应用在数据传输为1 1 m b i t s 时需要7 的带宽， 2 m b i t s 时大约需要1 0 的带宽，1 m b i t s 时大约需要1 5 的带宽 有四种技术可以用来优化w l a n 的带宽占用：报头压缩，静音抑制，帧打 6 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 包，呼叫接入控制 1 ) 有报头压缩的情况下，如果采用低速编码器可以节省一半的带宽。不利 的方面是它会增加等待和单向时延中的传输时延。 2 1静音抑制可以通过减少有效载荷进而节省带宽。在大多数的电话通话 中，总会有几次一方或双方是静音的静音时，没必要发完整的包，只 需要发稍小一点的即可通话双方的静音抑制可以压缩5 0 的有效载 荷 3 ) 帧打包技术通过把多个音频包合为一个来节省带宽这就意味着排列后 、 的包只需要一个包头，而不是一个音频包一个包头因为较大的包要等 较小的包合并后才能有发射机发出，所以会产生时延。另外，单个包传 输的丢失意味着多个包的丢失，这样会进一步损害呼叫质量。 钔最后，采用呼叫接入控制可以避免w l a n 中有过多的同时发生的v o 通话。呼叫管理软件可以限制同时发生的通话的数量到预先设定的值， 从而避免a p 的过载 尽管这四项技术可以提高v o w l a n 的性能，如果想挖掘w l a n 的最大的潜 能，你需要知道w l a n 全部可用的容量。只有采用全部非重叠8 0 2 1 l 信道持续 通过设备才能获得。另外，网络中较少的抖动可以减少传输时延的积累。通过把 a p 放在距网络边缘较近的地方，可以减少v o m 包的抖动，进而改善通话质量。 从以上介绍来看，时延和抖动是影响v o w l a nq o $ 的主要因素虽然以上 介绍的四种时延都会影响语音质量，但是前三种能提高的余地很小；而传输时延 可以降低，这也就是本文主要的研究重点 1 4 本文的主要研究方向和内容概要 1 4 1 本文的研究方向 当前，对无线网络q o s 支持的研究，主要集中在q o s 模型、q o s 媒体访问 控制、q o s 路由以及q o s 资源预留信令协议的功能，再通过后三者各自的具体 实现，互相协作，共同来完成q o s 支持的目标与有线网络不同，m a c 协议在 无线网络协议体系中占有极其重要的地位，所有上层q o s 协议都依赖于它的实 现。由于哑8 0 2 1 l 是目前应用最为广泛的无线网络标准，它定义了物理层 ( p h y ) 层和m a c 层，因此，本文也是基于此协议在m a c 层上进行了研究 7 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 1 4 2 研究内容概况 本文首先简单叙述监控系统的开发，然后在其基础之上，对下一步保障语 音传输做了以下研究：具体分析了i e e e 8 0 2 1 l m a c 接入机制( d c f 和p c f ) ， 分析了两种机制的工作原理、数据接入信道的访问方式以及两种机制在支持q o s 上的局限性，由此，i e e e 8 0 2 1 l e 工作组对原来的m a c 机制进行了增强，以满 足时限业务要求的q o s 。然后，作者对i e e e 8 0 2 1 1 e 的e d c f 和h c f 机制进行 了研究与探讨，两种机制能够较好的满足时限业务的q o s 要求，但仍然存在一 些问题。例如c f p ( c o n t e n t i o nf r e ep e r i o d ) 轮询帧的丢失问题，如果轮询帧一旦丢 失，那么终端就无从接收和发送数据，导致语音包的时延和抖动加大，影响通话 质量。针对这个问题，我们提出了运用令牌缓冲器的方法来改善。再如我们以语 音包在网络中的生存时间作为参数，通过改变竞争窗口的大小来使终端优先获得 传输信道。我们在n s 2 2 6 的环境下进行了仿真，结果表明，通过这些措施的应 用，无线网络可以更好的满足用户的要求随后从整个m 网络考虑，分析了端 到端的q o s 机制，考虑到和u m t s ( 通用移动通信系统) 蜂窝网络的融合，提 出将i u t s e r v 的础；v p ( 资源预留协议) 的参数映射到i e e e s 0 2 1 l e t s p e c 中，以提 供漫游服务，同时也考虑骨干网采取d i f i s e r v 服务模型，将d 8 c p ( d i f f s e r vc o d e p o i n t ) ，和8 0 2 1 1 e t c i d 的参数映射，以提供端到端的服务质量。 1 5 论文的组织和结构 本文紧紧围绕如何保障v o w l a n 的q o s 进行研究在分析和介绍w l a n 的基本知识及相关协议标准的基础上，针对现有的v o w l a n 保障技术缺点和不 足，提出了一些改进措施，并对其进行仿真。文章的具体安排如下： 第一章：绪论主要介绍v o w l a n 的概念、产生、发展和存在的问题，以 及论文的主要研究内容 第二章：w l a n 的介绍介绍了无线局域网的组网方式和相关协议标准 第三章：w l a n 的m a c 层的q o s 机制分析当前无线局域网对q o s 支持 的不足之处 第四章：监控系统的开发和研究。我们采用了耻e 8 0 2 1 1 b 作为我们的无线 接入手段，开发监控系统 第五章：v o w l a n 的q o s 保障机制研究。对由于c f p 轮询帧的丢失，而导 致的时延抖动问题，提出了运用令牌缓冲器的方法来改善；将e d c f 机制下竞 争窗口的坚持因子的值和时延相联系。 第六章：v o i p 在m 网络上的q o s 保障技术分析了集成服务体系和区分服 8 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 务体系，这两种类型如何实现其对q o s 的保障技术 第七章：对v o w l a n 的进一步考虑考虑和u m t s 的网络融合问题，提出 将i n t s e r v 的r s v p 的参数映射到8 0 2 1 1 e t s p e c 中，以提供漫游服务；另外，在 以d i f f s e r v 作为骨干网的m 网络中，将d i f f s e r vd s c p 值映射为8 0 2 1 1 流量类， 以提供端到端的服务质量。 第八章：对全文进行了总结，并作出进一步的展望 9 重庆邮电大学硕士论文第二章无线局域网简介 第二章无线局域网简介 无线局域网指用无线通信技术构建的局域网，虽不采用缆线，但也能提供 传统有线局域网的所有功能。无线局域网的出现和迅速发展极大地丰富了互连 通信技术，这种无线建网与高速网络接入技术近几年来受到广泛的关注并发展 为网络技术市场上一个耀眼的亮点。而无线以太网的$ 0 2 1 1 系列标准由于在各 种无线局域网技术中的统治地位几乎已经成为无线局域网的代名词。它的发展 将左右无线局域网技术市场的未来。 2 1 无线局域网组网方式 。a n 的拓扑结构，主要有以下三种方式： 独立基本服务集o b s s ) 网络 基本服务集( b s s ) n 络 扩展服务集正s s ) 网络 2 1 1 独立基本服务集a 哈s s ) 网络 i b s s 是一个独立b s s ( b a s i cs e r v i c es e t ：基本业务集) 它没有接人点作 为连接的中心这种网络又叫做对等网( p e e r - t o - p e e r ) 或者非结构组网( a di - i o c ) ， 网络结构如图2 1 所示这种方式连接的设备互相之间都直接通信而不用经过 一个无线接人点来和有线网络进行连接。在i b s s 网络中。只有一个公用广播信 道，各站点都可竞争公用信道，采用c s m a c am a c 协议。 这种结构的优点是网络抗毁性好、建网容易且费用较低但当网络中用户 数( 站点数) 过多时，信道竞争成为限制网络性能的要害。并且为了满足任意两 个站点可直接通信，网络中站点布局受环境限制较大因此这种拓扑结构适用 于用户相对减少的工作群网络规模。i b s s 网络对于不需要访问有线网络中的资 源，而只需要实现无线设备之间互相通讯的环境中特别有用，如宾馆、会议中 心或者机场。 2 1 2 基本服务集s s ) 网络 在b s s 网络中，要求有一个无线接人点充当中心站，所有站点对网络的访 问均由其控制。这样，当网络业务量增加时网络吞吐性能及网络时延性能的恶 1 0 重庆邮电大学硕士论文第二章无线局域网简介 化并不剧烈。由于每个站点只需在中心站覆盖范围之内就可与其他站点通信， 故网络中点站布局受环境限制亦小此外，中心站为按入有线主干网提供了一 个逻辑接入点。如图2 2 所示b s s 网络。 鋈曲j 冒 s t al s i a 2 图2 1r o s s 网络 。 b s s 网络拓扑结构的弱点是抗毁性差，中心点的故障容易导致整个网络瘫 痪，并且中心站点的引人增加了网络成本。在实际应用中，w l a n 往往与有线 主干网络结合起来使用。这时，无线接人点充当无线网与有线主干网的转接器。 wi f e di oc ine t w 0 f k 2 1 3 扩展服务集( e s s ) 网络 sta2 图2 2b s s 网络 为了实现跨越b s s 范围，i e e e8 0 2 1 1 标推中规定了一个e s sl a n ，也 称为k 细s 蚋i c t i 眦模式，如图2 3 所示。该配置满足了大小任意、大范围覆盖 网络需要在该网络结构中，b s s 是构成无线局域网的最小单元，近似于蜂窝 移动电话中的小区，但和小区有明显的差异 在i n f i a s t r u c l u r e 模式中，无线网络有多个和有线网络连接的无线接入点， 还包括一系列无线的终端站一个e s s 是由两个或者多个b s s 构成的一个单一 子网由于很多无线的使用者需要访问有线网络上的设备或服务( 如文件服务 器、打印机、互联网连接) ，他们都会采用这种i n f i - a s t r u c t u r e 模式 重庆邮电大学硕士论文 第二章无线局域网简介 w g e di in e t w o r k 2 2i e e e 8 0 2 1 1 协议簇 图2 3e s $ 网络 图2 4 是i e e e8 0 2 1 1 委员会提出的无线局域网协议体系。由图中可以看出， 与有线局域网一样，无线局域网的标准化工作主要在逻辑链路层的逻辑链路控 制( l l c ，l o g i c a ：l i n kc o n t r 0 1 ) 子层以下，即m a c 层与物理层由于无线的 传输技术与有线传输技术的差异及无线信道的独特性，需要制定新的m a c 协 议和相应的物理层协议 。 无线局域网的物理层主要由所使用的无线频段及调制方式而定，目前使用 的无线媒介主要有无线电波和红外线等。 无线局域网的m a c 协议与有线局域网并无本质上的区别然而由于无线 传输媒体固有的特性及移动性的影响，无线局域网的m a c 协议不能沿用原有 的局域网协议如在差错控制、解决隐藏终端等方面无线局域网的m a c 协议 有别于有线局域网 庄；髓8 0 2 2 e e 8 0 2 1 0 m a c 物理媒体1物理媒体2 物理媒体n 图3 4 无线局域网协议体系 2 2 1 i e e e 8 0 2 1 1 m a c 子层 多址接入技术是解决在网络中多个用户如何共享一个物理链路的技术，它 涉及多址信道的分割、接入方式、分配策略和控制机制等多方面的内容，是无 重庆邮电大学硕士论文第二章无线局域网简介 线通信网的关键技术之一多址接入技术的一个核心问题就是：对于一个共享 的信道，当信道的使用产生竞争时，如何采用有效的协调机制或服务准则来分 配信道的使用权。这就是媒体访问控制技术。m a c 是局域网的关键技术之一， 局域网的网络性能( 如吞吐量、延迟性能) 完全取决于所采用的m a c 协议 在计算机通信中，用m a c 协议来描述和实施网上各站点的多址接入，常 用的m a c 协议主要有三类：固定分配类，如频分多址( f d m a ) 、时分多址 ( t d m a ) 、码分多址( c d m a ) 等，随机竞争类，如a l o h a 、c s m a 等；预约 类( 又叫做按需分配类) ，如令牌传递多址接入、查询选择多址接人等 2 2 1 1i e e e 8 0 2 i i m a c 帧格式 下图2 5 为m e e 8 0 2 1 1 m a c 帧的一般格式它以帧控制字段( f r a m e c o n t r 0 1 ) 开始，该字段为在工作站之间发送的控制信息，在帧控制字段中定义 了该帧是管理帧、控制帧还是数据帧持续时间标志( d u r a t i o n i d ) 大部分 帧中，这个域内包含持续时间的值，值的大小取决于帧的类型。通常每个帧一 般都包含表示下一个帧发送的持续时e e e s 0 2 i i m a c 帧格式中有三个地址字 段，分别表示源地址、目标地址和标识所连接的a p 。序列控制字段是为了控制 帧