（通信与信息系统专业论文）基于无线局域网voip的服务质量性能分析.pdf

摘要 摘要 v o w l a n 作为一种新兴的无线通信技术得到了广泛应用，是无线通信研究的一 个热门课题，也是下一代无线通信的发展趋势。特别是v o l p 技术普及和无线局域 网各项标准的确立和完善，为在无线局域网上彻底融合语音提供了技术支持和保 障。目前，v o w l a n 发展的主要驱动力是无线v o l p 手机的增长和v o w l a n 市场拓宽。 看到v o w l a n 的有利的一面，也要知道无线局域网支持实时业务时，并不能完 全保证其服务质量( q o s ) 。同时v o i p 技术本身存在如打包延迟、端到端延迟、 延迟抖动等现象。这些现象导致v o w l a n 系统在传输过程普遍存在传输延迟、数据 包丢失、网络阻塞、带宽占用、数据安全、网间切换漫游等问题。针对这些情况， i e e e 工作组研究开发了i e e e 8 0 2 1 l e 协议草案，为v o w l a n 提供具有服务质量保 证支持，以此完善v o w l a n 技术。 本文首先分析了v o i p 技术协议和v o l p 系统存在的主要问题，提出了一些解 决策略。其次介绍了i e e e8 0 2 1 1 标准，其标准由两部分组成：物理层和m a c 层。 其中m a c 包含两种接入机制：d c f ( 分布式协调功能) 和p c f ( 点协调功能) ，d c f 主要用来支持异步数据业务，p c f 主要用来支持实时业务。为了对吞吐量进行理 论分析，建立一个马尔可夫w l a n 信道模型，同时讨论了i e e e 8 0 2 1 lw l a n 支持实 时语音业务的解决策略。最后，提出了v o w l a n 设计方案，并对关键技术实体接入 点( a p ) 的情况和v o w l a n 传输延迟进行了详细分析，给出减小传输延迟的四种解 决办法。根据w l a n 信道模型对v o w l a n 系统吞吐量进行了理性分析，提出了v o w l a n 服务质量保证机制改进办法i e e e 8 0 2 1 l e 协议。 通过o p n e t 网络仿真，发现v o w l a n 传输延迟的特性，同时得到服务质量性能 指标吞吐量，在两种接入协议情况下的曲线分布情况，分析了参数对仿真结果的 影响，验证了i e e e 8 0 2 1 l e 提高v o w l a n 网络o o s 的性能情况。 关键词：i p 承载语音；无线局域网；v o w l a n ；传输延迟；吞吐量 华南理工大学硕士学位论文 a b s tr a c t t h ev o i c eo v e rw i r e l e s sl a n ( v o w l a n ) w h i c hisa j u m p e d u pw i r e l e s s c o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g yi sw i d e l ya p p l l e da n db e c o m e sap o pt h e m ea n dt h e d ir e c t i o no ft h en e x tg e n e r a t i o nw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o t i s e s p e c i a l l yt h e p o p u l a r i z a t i o n o ft h ev o i c e o v e ri p ( v o l p ) t e c h n o l o g ya n dt h e e s t a b l is h m e n ta n dc o n s u m m a t i o l lo fs t a n d a r d si nt h ew i r e l e s s l a nf i e l d s u p p o r t sa n dg u a r a n t e e st h ef u l l ya m a l g a m a t i o no fv o i e et e c h n o l o g ya n d w ir e l e s sl a n a tt h ep r e s e n tt i m et h ev o w l a nd e v e l o p m e n ti sd r i v e nb yt h e i n c r e a s eo fw i r e l e s s v o i pm o b i1 ep h o n ea n dt h eo p e n i n gu po ft h ev o w l a n m a r k e t a 1 t h o u g ht h ev o w l a nt e c h n o l o g yg e t sai t sa d v a n t a g e ，t h ew i r e l e s sl a n d o e s n tf u l i fg u a r a n t e et h eq u a l i t yo fs e r v i c ei nt h et e a t i m eo p e r a t i o n a tt h es a m et i m et h e r ea r ed is a d v a n t a g e ss u c ha sp a c kd e l a y 、p o i n tt op o i n t d e l a ya n dd e l a yj it t e ri nt h ev o l pt e c h n o l o g y t h e s ed i s a d v a n t a g e sr e s u l t i nt h et r a n s f e r sd e l a y 、d a t ap a c kd r o p 、n e t w o r ko b s t r u c t 、b a n d w i d t h e n g r o s s m e n t 、d a t as a f e t ya n dn e t w o r ks w i t e ai nt h ev o w l a nt r a n s m is s i o n i na l l u s i o nt ot h e s ed i s a d v a n t a g e si e e ew o r k g r o u ps t u d i e da n dd e v e l o p e d t h ei e e e8 0 2 1 1 ep r o t o c o ls oa st og u a r a n t e et h eq u a l i t yo fs e r v i c ea n d c o n s u m m a t et h ev o w l a nt e c h n o l o g y f i r s t t h i sa r t ic l ea n a l y z e dt h em a i np r o b l e mo ft h ev o i pp r o t o c 0 1s a n dt h ev o i ps y s t e ma n dg o ts o m es o l u t i o n s e c o n d ，t h isa r t i c l ei n t r o d u c e d t h ei e e e8 0 2 11s t a n d a r d sw h i c ha r ec o m p o s e do ft w op a r t s ：t h eh p yl a y e r p r o t o c 0 1a n dt h em a cl a y e rp r o t o c 0 1 t h em a c ( m e d i u ma c c e s sc o n t r 0 1 ) 1 a y e r p r o t o c o l i n c l u d e dt w oa c c e s sp r o t o c o l ：d c f ( d i s t r i b u t e dc o o r d i n a t i o n f u n c t i o i l ) a n dp c f ( p o i n tc o o r d i n a t i o nf u n c t i o n ) d c fs u p p o r t s t h e a s y n c h r o n o u ss e r v i c e sw h i1 e p c fs u p p o r t st h er e a lt i m es e r v i c e s f o r a n a ly z i n gt h et h r o u g h p u t ，w eb u i l tam a r k o vc h a n n e lm o d e lo fw l a na n d d is c u s s e dt h es o l u t i o no ft h ei e e e8 0 2 11s t a n d a r d si nt h et e a lt i m ev o i c e o p e r a t io n l a s t ，t h i sa f t i c l eg a i n e dt h ed e s i g no fv o w l a ns y s t e m ，a n a y z e d t h ep i v o t a lt e c h n o l o g yw h ic ha r ea c c e s sp o i n t ( a p ) a n dv o w l a nt r a n s f e r s d e l a ya n dg o tf o u rs 0 1 u t i o n so fd e c r e a s i n gt h et r a n s f e rd e l a y t h i s + a r t i c l e a l s og a i n e dt h ei m p r o v e m e n to ft h eg u a r a n t e eo ft h eq u a l i t yo fs e r v i c ei n a b s t r a c t t h ei e e e8 0 2 11e p r o t o c o lb a s i n go nt h ea n a l y z i n go fw l a nc h a n n e lm o d e l a n dt h ev o w l a nt h r o u g h p u t t h i sa r t i c l eb a s e do nt h er e s u l t o ft h eo p n e tn e t w o r ks i m u l al i o e ， d i s c o v e r e dt h ec h a r a c t e r is t i co ft h ev o w l a nt r a n s f e rd e l a y ，g a i n e dt h e t h r o u g h p u to ft h eq u a l i t yo fs e r v i e ea n dt h ec u r v i l i n e a rd is t r i b u t i o i l so f t h et w oa c c e s sp r o t o c 0 1s ，r e s e a r c h e dt h ei n f l u e n c et ot h es i m u l a t i o nr e s u l t b yt h ep a r a m e t e r ，v a l i d a t e dt h ei m p r o v e m e n tt oq u a l i t yo fs e r v i c eo f t h e v o w l a nh e t w o r kb yt h ei e e e8 0 2 11 ep r o t o c 0 1 k e y w o r d ：v o i p w l a nv o w l a nt r a n s f e r sd e l a y t h r o u g h p u t 华南理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导卜- 独立进行研 究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，木论文 不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写的成果作品。对本文的研 究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完 全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：粥蓼l 蓟 日期：乃时年 石月7 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权华南理工大学叮以将本学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密口。 ( 请在以上相应方框内打“4 ”) 作者签名；涨由目 导师签名： 似嘶 同期：矿旷年i 月夕日 日期：秒口，年月，。日 第一章绪论 1 1 无线局域网概述 1 1 1 引言 第一章绪论 无线局域网( ( w l a n ：w i r e l e s sl o c a la r e an e t w o r k ) 是9 0 年代计算机网络 与无线通信技术相结合的产物，它提供了使用无线多址信道的一种有效方法来支 持计算机之间的通信，并为通信的移动化、个人化和多媒体应用提供了潜在的手 段。与有线局域网不同的是，无线局域网使用电磁频谱来传递信息，通过使用无 线微波或红外线实现传输，而无需线缆介质。w l a n 提供传统有线局域网的功能， 能够让用户真正实现随时、随地、随意的宽带网络接入，解决有线方式不易实现 网络信道的连通问题。 从1 9 9 7 年i e e e ( 电气和电子工程师协会) 发布第一个无线局域网w l a n 标准 8 0 2 1 1 以来，无线局域网获得了高速发展，在办公室、家庭、宾馆、机场等众多 场合得到了广泛的应用。i e e e 作为w l a n 标准的权威制定组织，对w l a n 技术进 行了研究，迄今为止，已经制定了一系列标准，称为8 0 2 1 1 系列标准。8 0 2 1 l 系列标准，由5 个现行有效的标准一一8 0 2 1 l 、8 0 2 1 l a 、8 0 2 1 l b 、8 0 2 i ib - c o r l 、 8 0 2 1 l d 和5 个正在发展制定中的标准一8 0 2 1 l e 、8 0 2 1 1 f 、8 0 2 1 l g 、8 0 2 1 l h 、 8 0 2 1 1 i 组成。目前，形成了一个完整的无线通信体系。( 见图1 1 图1 2 ) 1 2 1 图l 一1 无线通信体系 f i g u r e1 1t h es y s t e mo fw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n 华南理工大学硕士学位论文 图1 2 无线网络技术全景 f i u g u r e1 2t h eo v e r v i e wo ft h ew i r e l e s sn e t w o r kt e c h n o l o g y 1 1 2w l a n 技术的优势 与有线网络相比，w u 蝌具有以下优点： 安装便捷：不需要布线或开挖沟槽。 覆盖范围广：无线局域网不受环境条件的限制，传输范围可达到几十公罩。 经济节约：w l a n 不受布线接点位置的限制，布线、维护费用低。 易于扩展：w _ a n 胜任从只有几个用户的小型网络到上千用户的大型网络， 并且能够提供像“漫游”( r o a m i n g ) 。 传输速率高：数据传输速率现在能够达到5 4 m b i t s 。 1 1 3w l a n 发展前景 w l a n 技术经过几年的推进和发展，其标准和产品已经日见成熟，应用也日 渐广泛。在国外，由计算机设备供应商、通信运营商和专业服务提供商在内的庞 大阵营正积极进军这一领域，无线局域网的热潮正在冲击全球市场。在国内，无 线局域网的应用也已经进入一个关键的阶段，中国移动、中国电信、中国网通等 电信运营商纷纷结合各自网络开通了无线局域网业务。目前，无线l a n 市场将 以每年4 2 的速度急剧扩大，到2 0 0 5 年，全球将从2 0 0 1 年的1 6 亿美元增加为 9 1 亿美元，在2 0 0 6 年猛增到2 8 5 亿美元。据预测，到2 0 0 7 年，公共无线局域 网带来的收入将占整个移动数据市场的2 5 ，8 的移动装置用户将使用该网络。 2 第一章绪论 1 2v o ip 技术概述 1 2 1v o i p 传输过程 v o l p ( v o i c eo v e ri p ) 是i n t e r n e t 的发展结果，建立存i p 技术上的分组化、 数字化传输技术，v o i p 传输具体过程分为下列几个阶段。【6 】( 如图1 3 所示) 1 语音一数据转换。 2 原数据到i p 转换。 3 传送。 4 i p 包数据的转换。 5 数字语音转换为模拟语音。 1 2 2v o l p 应用优势 图1 - 3 v o l p 传输过程 f i g u r e1 - 3t h ev o l pt r a n s m i s s i o n v o l p 技术的应用优势体现在以下几个主要方面： 1 通话费用低，建设成本低。 2 功能强大。可以灵活地提供各种服务功能。 3 独特的网内漫游功能。 4 具有加密和防窃听功能。 5 与普通电话的使用习惯一致。 1 3v o w l a n 国内外发展状况 v o w l a n ( v o i c eo v e ri po v e rw l a n ) 将是下一代无线通信的主流，特别是 近几年，通过w l a n 传输语音的应用成为主流趋势。主要驱动力是无线v o l p 手 机的增长和普及。目前已经有不少的手机生产厂商投入v o i p 手机研发，而随着 3 华南理工大学硕十学位论文 w l a n 质量标准的确立和完善，使v o w l a n 产品的性能得到同步提高，这也将 会驱动v o w l a n 市场的成长。 目前，v o w l a n 主要应用以下市场： 住宅s o h o ( 小型办公室，家庭办公室) ，无绳电话或者缩小了的充当集成 网关一部分的p b x ，咖啡厅、机场等。 企业移动v o w l a n 网络( 专用网络) ：零售业、医疗业、市政部门。 蜂窝o f f l o a d 网络( 热点区域的v o i po v e rw l a n ，其接口至公共电话网) 。 尽管v ow l a n 应用所需基础设旌的就位需要一些时间，下图展示了i p 集成网 络的目标( 如图1 4 所示) 3 。这样的一个网络将允许用于大多数流行的语音和 数据服务的多个无缝接入点( a p ) 。 1 4 本文章安排 图1 4v o w l a n 应用部署示意 f i g u r el 一4t h ea p p l i c a t i o l qo fv o w l a n 基于无线局域网的语音i p 技术的q o s 问题是现在无线通信技术研究的热门话 题。本文首先介绍了v o l p 的技术以及存在主要的问题，同时对w l a n 主要技术进 行了说明和讨论，并建立了信道模型，结合实际情况，说明了v o w l a n 组网方案， 同时对其技术障碍及性能进行了分析讨论，并对v o w l a n 网络传输延迟情况进行 理论分析，对v o w l a n 网络吞吐量的性能进行了分析判断，提出了v o w l a n 网络q o s 性能解决办法，并进行了0 p n e t 网络仿真，对仿真结果进行了对比分析。本文章 的具体安排： 第一章绪论，第二章v o i p 技术，第三章i e e e 8 0 2 11 无线局域网，第四章 v o w l a n 实现与性能分析，第五章v o w l a n 性能仿真，最后总结与展望。 4 第一章绪论 1 5 小结 本章是绪论，首先介绍了无线局域网的发展现状及应用情况，接着简述了 v o i p 技术的传输过程和推动技术发展的基础，以及它们应用优势，同时介绍了基 于无线局域网的语音i p 技术发展情况，最后说明了本文章的具体安排。 5 华南理工大学硕士学位论文 第二章v o lp 技术 v o i p ( v o i c eo v e r i n t e r n e tp r o t o c 0 1 ) 泛指以i p 为网络层协议的计算机网 络中进行语音通信的系统。它属于分组通信的范畴，是以i p 为标志的网络分组化 和以多媒体为目标的网络综合化两大驻留技术融合的结果。因此，v o i p 的内容并 不仅仅是i p 网络承载语音的技术，而是泛指i p 网络承载多媒体业务的所有相关 技术。 2 1y o ip 技术基础 2 1 1v o i p 基本原理 y o i p 实现了语音在i n t e r n e t 上的实时传送，其基本原理是：通过语音压缩 算法对语音数据进行压缩编码处理，然后把这些语音数据按网络i p 等相关协议进 行打数据包，经过i p 网络把这些数据包传输到接收地，再把这些语音数据包串起 来，经过解码解压处理后，恢复成原来的语音信号，从而达到由i p 网络传送语音 的目的。在i p 网络上传输语音信号，网络由两个或多个具有v o i p 功能的设备组 成，这一设备通过一个i p 网络连接。v o l p 模型的基本结构如图2 1 所示 6 。 语音代理语音代理 图2 1y o i p 模型的基本结构 f i g u r e2 1t h eb a s i cs t r u c ，t u r eo ft h ev o l pm o d e l 由于v o l p 传输网络采用“存储一转发”和“最佳路由”的方式传递数据包， 并不占用实际电路，并且对语音信号进行了比较大的压缩处理，因此理论上l p 电话带宽为8 k l o k b p s ，约为传统电话所需带宽的l 8 ，再加上依赖网络传输数 据的计费方式与距离几乎无关，自然大大节省了长途电话话费。 2 1 2v o ip 关键技术 6 第二章v o i p 技术 v o i p 的关键技术包括语音分组技术、编码技术。下面分别加以介绍。 1 、分组语音技术 分组语音技术是指将语音信号转化为一定长度的数字化语音包，采用存储转 发的办法，以包的形式进行交换和传输的技术。分组语音占用的传输带宽低于传 统语音，在给定的连接线路中可以传输更多语音信息。普通电话技术通常需要 6 4 k b i t s 的带宽，而分组语音需要的带宽不到1 0 k b i t s 。 我们知道无论是对于实时性应用( i p 电话) 还是对非实时性应用( 语音邮件) ， 发送端语音都要经过“模拟信号一数字信号一语音包”的处理过程，并在接收端 对语音包进行相反的处理，从而得到与输入端相同的语音信号。网络持续不断地 从输入端接收语音包，然后将其传送到网络输出端。由于可以在某个范围内变化， 就可以出现网络传输中的抖动现象。 2 、语音编码及压缩技术 模拟语音信号必须经过处理，转换成适合在i p 网络上传输的i p 数据包。这 个过程需要先进行数据压缩，再打上i p 包的标记，形成i p 数据包的形式，以适 应i p 网络上的传输带宽，这其中，涉及到了p c m ( p u l s ec o d em o d u l a t i o n ) 、d s p ( d i g i t a ls i g n a lp r o c e s s o r ) 、编码、压缩多方面内容。 在实际选择语音压缩算法时，要综合考虑各种因素。例如，高比特率可以保 证良好的语音品质，但要占用大量存储空间，耗费更多的系统资源。所以在较低 比特率的前提下，保持较好的话音质量，是选择压缩算法的原则。v o i p 的编码器 主要有i t u 标准g 7 1 l 语音编码器和g 7 2 9 语音编码器。g 7 1 1 编解码器可将 v o l p 压缩至6 5 k b s ，而g 7 2 9 编解码器则可以压缩至9 k b s 。另一方面，在相同 线路质量和带宽情况下，g 7 1 1 数据报在线路上传输的时间要长于g 7 2 9 ，而且这 个时间大于语音压缩成数据报的时间。因此从听觉角度分析，使用g 7 2 9 和g 7 1i 压缩算法的效果基本相同。下表显示编码技术性能与指标情况。 7 表2 1 语音编码技术与性能指标 t a b l e2 - 1v o i c ec o d i n gt e c h n i q u e sa n dp e r f o r m a n c e 7 华南理t 大学顶+ 学位论文 2 1 3v o ip 可选技术 v o i p 网络通常涉及两类网络：传统电话网p s t n 和i p 网。p s t n 本身就是电话 网，不存在语音传输问题。而i p 网是为传输普通数据而设计的网络，它提供的无 连接服务不能满足传输高可靠性和实时性要求，所以要支持v o l p 在i p 网上传输 语音，就必须进行以下可选技术。 1 实时传输协议( r i p r c p ) 实时传输协议r t p ( t r a n s p o r tp r o t o c o lf o rr e a l t i m eh p p l i c a t i o n s ) 是 一种端到端的可靠传输协议。其应用背景是针对可靠传送声音、图像这类实时性 较强的数据，但它本身并不具备服务质量( q o s ) ，特别是实时传输的机制。r t p 也不提供r s v p 的资源预约能力。r t p 典型应用于无线连接的u t p 协议之上，因此， 它是传送层的增强子层。r t p 的设计充分考虑了组播工作方式，可用于电话式视 像会议的环境，因而被国际移动通信联盟作为h 3 2 3 的传输协议。 尽管r t p 不能完全满足实时语音投递的需要，确保语音传输的服务质量，但 它在设计电路上考虑了一些措施。用户语音被r t p 以2 0 m s 为一段传向接收方，如 果由于i p 或u d p 的不可靠服务丢失数据，收方可利用r t p 协议报头中的序号和定 时信息重组该2 0 m s 的语音，因而始终可以2 0 m s 的语音段输出到话筒或喇叭，进 而实现语音的重放。如图2 2 所示r t p 报头格式。 图2 2r t p 报头格式 f i g u r e2 - 2t h ef o r m a to fr t pp a c k e th e a d e r 2 压缩实时传输协议( c r t p ) c r t p 即压缩的实时传输协议。r t p 抱头是1 2 字节，在与8 字节u d p 报头和 2 0 字节i p 报头联合时，在增建净荷前，r t p 传输要使用4 0 个字节。与平均2 0 字节的语音净荷相比，这是很大的。在局域网上4 0 字节的开销并不严重，但在低 速的串行链路上传输时，则会增加很大的延迟。 r t c p 包把关于会话质量( 包延迟、抖动、收到和包丢失等数值) 的端到端信 息传送给每个参与者。一次可以用来监视数据传输是否发生，端点也可以用它来 8 第一二章v o i p 技术 确定在网络故障情况下，相应的r t p 流部分是否被丢失。为了解决这个问题，已 经开发了一个压缩r t p 算法。 2 2v o ip 网络协议 目前v o l p 所采用的技术标准主要有三种：h 3 2 3 以及相关协议、m g c p 协议 以及s i p 协议。下面主要介绍两种体系结构h 3 2 3 和s i p 协议。 1 、h 3 2 3 协议结构 h 3 2 3 定义了四个逻辑实体：终端( t e r m i n a l ) 、网关、网守( g a t e k e e e p e r ) 和多点控制单元( m c u ) 。它的基本组成单元是域，所谓域是指一个由关守管理的 网关、多点控制单元( m c u ) 、多点控制器( m c ) 、多点处理器( m p ) 和所有终端组 成的集合。h 3 2 3 协议是一系列协议，其中包括h 2 2 5 、h 2 4 5 、h 2 3 5 、h 4 5 0 、 h 3 4 1 等。只是h 3 2 3 协议是“总体技术要求”，因而通常把这种方式的i p 电话 称为h 3 2 3i p 电话。如图2 3 所示。 6 图2 3 基于h 3 2 3 协议的电话系统结构 f i g u r e 2 3t h es t r u c t u r eo ft h et e l e p h o n es y s t e mh a s i n go nt h eh 3 2 2 p r o t o c o l “网关”负责完成p r i 信令至h 3 2 3 协议的转换，是h 3 2 3 系统可选组件。 “m c u ”多点接入控制单元( m c u ) 的功能在于利用i p 的网络实现多点通信， 使得i p 电话能够支持多个终端的多点会议，一般由一个或多个多点控制器( m c ) 和可选的多点处理器( m p ) 构成。 2 、8 l p 协议结构 s i p 是由i e t f 提出来的一个应用控制( 信令) 协议，用于发起会话。s i p 不 是垂直型通信系统，不能独立提供业务，它必须与其它协议共同使用来构建一个 完整的多媒体体系结构，所以在构建网络的多媒体体系时，采用以下的协议组合 提供多媒体业务。基于s i p 的电话协议栈如图2 4 所示 7 。图2 4 中，网络 层：使用i p v 4 或i p v 6 ( 建议i p v 6 ) ；传输层：使用t c p 或u d p ( 建议u d p ) ； 应用层：包括以s i p 为核心的多个协议。 9 华南理工大学硕士学位论文 月镕月 g 镕 图2 4 基于s i p 的i p 电话协议栈示意 f i g u r e2 - 4t h et e l e p h o n es y s t e mb a s i n go i lt h es i pp r o t o c o l s i p 协议则是以现有的i n t e r n e s 协议为基础来构架i p 电话业务网的应用层 协议。它将网络设备的复杂性推向网络边缘，支持单播、多播通信、名称映射和 重定向业务，还支持类似呼叫转发、呼叫拒绝等业务的实现以及支持用户移动性。 s i p 协议是一个客户服务器协议，用于发起和管理用户间的会话。s i p 终端系 统称为用户代理，即u a ( u s e ra g e n t ) ，包括用户代理客户机u a c ( u s e ra g e n tc 1 i e n t ) 和用户代理服务器u a s ( u s e ra g e n ts e v e r ) 。中间单元称为代理服务器。它的消 息分为两大类：从客户端到服务器的请求( r e q u e s t ) 和从服务器到客户端的响应 ( r e s p o n s e ) 。无论请求消息还是响应消息都是由起始行( s t a r t l i n e ) 、消息头部 ( m e s s a g e - - h e a d e r ) 和可选的消息体( m e s s a g e - - b o d y ) 构成。 请求消息按请求行( 起始行) 可分为：( 1 ) r e g i s t e r ：用于登记联系信息； ( 2 ) l n v i t e ：用于邀请用户加入会话；( 3 ) a c k ：用于对请求成功后作出的确认； ( 4 ) c a n c e l ：用于取消未完成的请求；( 5 ) b y e ：会话结束；( 6 ) o p i o n s ；用于询问 服务器的性能。 s i p 协议支持3 种呼叫方式：用户代理客户机( u a c ) 向对方用户代理服务器 ( u a s ) 直接呼叫；由代理服务器代表用户代理向客户服务器发起代理呼叫( 图2 5 ) ；由用户代理客户机在重定向服务器的辅助下进行重定向呼叫( 图2 6 ) 。 定位：- s i p 请求 服务器一- s i p 响应 丁一一一一一卜非s i p 协议 查询i! 返回结果 隰莲菇鐾露i 图2 5 代理呼叫的st p 信令过程 f i g u r e2 - 5t h es u r r o g a t ep r o c e s so fs i ps i g n a l i n g 1 0 丁器士上 第二章v o i p 技术 查询 返回结果 图2 6 重定向呼叫的s i p 信令过程 f i g u r e2 - 6t h er e c o n n e c t i o np r o c e s so fs i ps i g n a l i n g 3 、h 3 2 3 和s l p 协议的比较 h 3 2 3 和s i p 分别是通信领域与因特网两大阵营推出的协议。下面介绍二者 的某些具体差别。 1 h 3 2 3 采用基于a s n 1 和压缩编码规则的二进制方法表示其消息。而s i p 基于文本的协议，类似h t t p 。s i p 的消息体部分采用s d p 进行描述，s d p 中的每 项格式为“= ”，也比较简单。 2 在支持会议电话方面，h 3 2 3 采用多点控制单元( m u t i p ec o n t r o lu n i t ) 集中执行会议控制功能，可能成为瓶颈，特别是对于具有附加特性的大型会议； h 3 2 3 不支持信令的组播功能，限制了可扩展性，降低可靠性。而s i p 设计上就 为分布式的呼叫模型，具有分布式的组播功能，其组播功能不仅便于会议控制， 而且简化了用户定位、群组邀请等，并且能节约宽带。 3 h 3 2 3 中定义了专门的协议用于补充业务，如h 4 5 0 x 等。s i p 利用s i p 已定义的头域( 如c o n t a c t 头域) ，对s i p 进行简单的扩展( 如增加几个域) ，就 可以实现这些业务。 4 在h 3 2 3 中，呼叫建立时间长。在s i p 中，会话请求过程和媒体协商过程 等一起进行。s i p 只需】5 个回路时延建立呼叫。 总之，h 3 2 3 沿用的是传统的实现电话信令模式，较成熟。s i p 协议侧重于因 特网上的一个应用，增加q o s 的要求。但s i p 协议不是很成熟。 2 3v o ip 的服务质量 2 3 1v o ip 服务质量分析 随着在数据网中承载语音和视频等业务，服务质量成为必须解决的问题。然 1 1 i懈 华南理工大学硕士学位论文 而v 0 1 p 的服务质量与网络的性能有着直接的关系，尤其是其中的四个性能参数： 端到端时延、时延抖动、帧擦除和失序的包传输。下面我们对这四个参数进行具 体分析。 6 1 、端到端时延 端到端时延是影响交互式语音通信质量的最重要因素之一。它必须被控制在 一个合理的范围值以内，否则收听的一方会误认为说话的一方还没有开始讲话而 开口，但恰好此时另一方的通话也到了，从而发生冲突。 对用户来说，严格的端到端时延应该是指语音信息从说话方的嘴到收听方的 耳朵所经历的时延，但我们通常只考虑承载语音信息的包从发射系统到接收系统 所经历的时延。根据不同的网络负载状况，端到端的时延会发生变化。端到端延 迟越短，用户总体感受和感知质量就越好。一般，延迟在l o o m s 以上，用户会意 识到它的存在；在1 0 0 m s 到3 0 0 m s 之间，用户会意识到对方反应的轻微暂停；在 3 0 0 m s 以上，用户会感到延迟十分明显。因此应尽可能将延迟保持在l o o m s 以下。 2 、时延抖动 在v o l p 中，时延抖动一般是指语音流中两个连续的语音包的端到端时延的差 值。时延抖动对需要规则化传输包的v o l p 等应用的性能有着显著的影响。具体来 说，它对语音包按照原始序列和周期模式进行重建的工作具有负面的作用。 由于i p 包本身就存在着时延抖动，想在网络中消除语音包的时延抖动是不可 能的。因此设法减轻时延抖动就成为v o l p 应用需要解决的一个主要问题。通常的 方式是在接收端采用抖动缓存，在将包输出为声音流之前对时延抖动进行吸收。 也就是说，在收到语音包之后并不立即进行播放，而是暂时保留在缓存中，直到 预定的播放时间到来，再将缓存中积累的包进行规则播放，从而将时延抖动减少 到最小。虽然这样可以使得一些迟到的包得以规则播放，但它却为早到的包引入 了附加时延，因此在平均缓存时延和由于太晚到达而不得不被丢弃的包数之间需 要采取折中的考虑。预定的截止时间越晚，就可能重放越多的包，而且丢包率也 越低，但代价是缓存时延过高。另一方面，如果缓存时延设得较低，就会导致较 高的丢包率而造成对语音的破坏。 3 、帧擦除 帧擦除是指承载语音帧的包没有及时到达接收端。这可能是由于几个原因造 成的：包在通过网络传输的过程中被破坏，包由于网络拥塞( 网络节点的队列已 满) 而被丢弃，包由于网络的故障而丢失，或者仅仅由于到达接收端太晚而无法 在重放语音中并被丢弃。帧擦除可能是某一个帧的丢失，也可能是一次丢失一整 块连续的帧。很高的帧擦除和很高时延的共同结果可能会导致本已存在由语音丢 失造成的对语音的破坏持续更长的时间。 4 、失序的包传输 第二章v o i p 技术 每个语音帧都有一个序列号，包括在r t p ( 实时传输协议) 的头部，用于标 示包在流中的正确顺序。如果在沿网络路径传输的过程中出现了失序的包，到达 接收端的语音帧的顺序就会发生改变。失序的包传输严重地影响着v o i p 应用的服 务质量。在极端的情况下，接收方无法恢复失序的帧，从而引起语音质量的下降。 通常采取的解决办法同样是在接收系统中使用抖动缓存，在等待预定的播放时问 到来的时候，可以对失序到达的包进行有序的调整，恢复在发送端的顺序。包丢 失并不意味着包永远不会到达目的地。对于实时语音通信，到达目的地太迟以至 无用的包和包丢失一样，都会被接受着抛弃。要避免包丢失，i p 网络需要一定的 通信管理机制，以保证信令和介质传输的完整性，即改进q o s 。 2 3 2v o i p 的q o s 策略 常用的改善v o i p 服务质量的策略，我们一般都采用资源预留策略( r s v p ， r e s o u r c ee s e r v a t i 0 1 qp r o t o c 0 1 ) ，预先为语音数据保留一部分带宽。 r s v p 是为了在两个端点之间建立同道的i p 信令，其目标是在介质流上传输 高的q o s 。然而r s v p 并不保证q o s ，但是它尽可能按照分类原则处理来自特定类 别的包，以使端到端传输称为可预测的过程。 r s v p 支持不同应用的不同需要的多保留方式；它是一个单工协议，对发送者 和接收者的处理是分开的；它所建立的状态是“软”状态，即r s v p 周期性的刷新 消息来沿着保留的路径保持该状态，没有刷新消息时，状态自动超时并被删除。 为语音数据设立高优先级队列、定制队列( p q c q w f q ) 等策略，当有语音数据时， 优先发送语音数据。 2 4 小结 本章主要简述了v o l p 的基本原理和关键技术，分组语音技术、语音编码技术 和压缩技术，以及v o l p 网络构造和网络支持技术，同时介绍了v o i p 网络协议一 h 3 2 3 和s i p 协议情况，对两个协议进行了详细分析比较，接着说明了影响v o i p 的服务质量的几种主要因素，最后介绍了常用的改善v o l p 服务质量的策略。 华南理工大学硕士学位论文 第三章i e e e 8 0 2 11 无线局域网 i e e e 8 0 2 1 1 无线局域网( w i t e l e s sl o c a la r e an e t w o r k 以下简称w l a n ) 是 以无线信道作传输媒介的计算机局域网络，提供传统有线局域网的功能，我们在 研究过程中主要涉及到物理层和链路层，传输媒介是属于物理层技术，而媒体访 问( m a c ) 是网络逻辑结构，它定义了支持各种业务的网络协议，为无线局域网的 发展和应用提供了技术支持和保障。 3 1 无线局域网标准一8 0 2 1 1 标准 从1 9 9 7 年i e e e ( 电气和电子工程师协会) 发布第一个无线局域网w l a n 标准 i e e e s 0 2 1 1 以来，无线局域网获得了高速发展，w l a n 相关标准的发展和制定为其 发展提供了技术和兼容性方面的保证。i e e e 作为w l a n 标准的权威制定组织，从1 9 9 1 年开始对w l a n 技术进行研究，已经制定了一系列标准，称为8 0 2 1 1 系列标准。下 面主要对三个常用的标准进行详细介绍。 1 1 i e e e 8 0 2 1 1 b 自发布之日起就得到了广泛的应用，迄今为止仍是应用的热点。 8 0 2 1l b i 作在2 4 g h z 频带，规定的是动态速率，允许数据速率根据噪音状况进行 自动调整。这就意味着8 0 2 1 l b 设备在噪声的条件下将以更低速率、1 m b p s 、2 m b p s 、 5 5 m b p s 、l l m b p s 等多种速率传输。物理层的调制方式n c c k o f n 键控1 的高速直 接序列扩频技术( d s s s ) ，最大速率可达l l m b j t s ，是原来网络速率的5 倍，且可 以根据情况的变化，在1 1 m b i t s 、5 5 m b