（信息与通信工程专业论文）无线局域网voip传输性能分析与研究.pdf

东南大学硕士学位论文 摘要 摘要 无线局域网技术从其被提出的时候开始，就因其高带宽、支持移动、简单灵活、低廉 方便的特点获得了极大的发展和应用。随着w l a n 技术的不断完善和成熟，在w l a n 上传输多媒体包括音频和视频等信息成为可能。v o 口技术与w l a n 技术的融合是未来通 信技术发展的必然趋势。由于i e e e8 0 2 1 lw l a n 系统主要采用基于竞争的分布式接入模 式，v o m 等多媒体业务流在其上传输时难以得到良好的带宽保证，其在w l a n 上传输时 受到较多方面的限制，如吞吐量较小、语音质量难以保证等问题。因此，研究w l a n 上 v 0 i p 的传输性能，提高w l a n 上v o 口传输吞吐量，增强传输可靠性，提高传输质量等 成为当前推广w l a n 上v o 婵广泛应用急需要解决的问题。本文重点对w l a n 上v o m 的传输性能进行研究。 本文首先对无线局域网及隧e8 0 2 1 l 系列标准协议进行研究，详细描述了无线局域 网的物理组成。逻辑结构、传输方式及工作过程，分析了8 0 2 1 l 标准m a c 层的随机接入 机制c s m a c a 。然后对v o 传输技术进行研究：详细介绍了v o l p 基础理论和相关传输 技术，同时针对v o l p 技术中尚未解决的q o s 问题进行了深入分析。在此基础上。利用基 于概率分布的马尔可夫链( m a r k o vc h a i n ) 数学模型，对w l a n 上v o i p 传输性能特别是 最大吞吐量进行理论分析，推导出系统在非饱和状态下获取最大吞吐量的理论分析模型。 利用基于l i n u x 系统的网络仿真器n s 2 ，分别对非饱和状态和饱和状态下的系统吞吐量 进行仿真实验，通过对数据流业务仿真碍出非饱和状态下系统的最大吞吐量是7 0 0 k b p s ， 且该吞吐量与系统中站点数的接入多少无关，验证了理论分析的结果。论文还给出了v o i p 应用于w l a n 的v o w l a n 应用模型，描述了v o w l a n 体系结构和v o w l a n 在家庭、 企业和公共热点区域应用的模式。通过分析v o w l a n 公共热点区域应用模式，对目前公 共无线局域网现有架构方案存在的问题，提出有效的解决方案，并设计实现了一个可以部 署在移动环境或静止环境下的轻量级纯无线保护接入系统。该系统充分利用c d m a 运营商 现有的基础设施，提供了简单易行的部署、计费、网络接入解决方案。最后，如何将上述 研究成果应用到实际保护接入系统中，实时分析系统性能，提高系统工作效率还有待进一 步研究。 本文推导出的理论模型和给出的仿真分析结果，对实际的v o w l a n 网络的规划和实 施具有一定的参考价值。本论文的研究工作，为v o w l a n 技术的进一步研究提供了帮助。 关键词：无线局域网，v o l p ，v o w l # i ，吞吐量，0 0 s ，马尔可夫链 东南大学硕士学位论文 a b s t r a c t a b s t r a c t w i r e l e s sl a n s ( w l a n ) h a v eg a i n e dah u g ed e v e l o p m e n ta n da p p l i c a t i o nd u et oi t s o u t s t a n d i n gf e a t u r e s ，s u c ha sh i g h - s p e e da c c e s s ，c o n v e n i e n c e ，m o b i l i t ya n di n e x p e n s i v e n e s s ， f r o mi t se m e r g e n c e i nt h e s ey e a r s w i t i it h ef a s td e v e l o p m e n to fi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y , t h e r e i sat r e n dt ot r a n s m i tm u l t i m e d i at r a f f i c ss u c h 船v o i c e 、a u d i oa n dv i d e o 。e ta 1 o v e ra n y1 p n e t w o r k s od o s ei nw l a n 1 1 1 ci n t e g r a t i o no fw l a nw i t hv o i p ( v o i c eo v e ri p ) h a sb e c o m ea f o c u si n t h i s f i e l d i ti sa n t i c i p a t e dt h a tv o i po v e rw l a nw i l lb eo n eo ft h em o s tc r i t i c a l t e c h n o l o g i e se m p l e y e di nt h en e x tg e n e r a t i o nc o m m u n i c a t i o ns y s t e m h o w e v e r , d u et ot h e d i s t r i b u t e da c c e s sm o d eb a s e do nc o n t e n t i o no fi e e e8 0 2 1 1w l a n d e d i c a t e db a n d w i d t hf o r m u l t i m e d i af l o wt r a n s m i s s i o ni sn o te a s yt ob eg u a r a n t e e d n en e g a t i v ee f f e c ti n t r o d u c e db y v o i pt r a n s m i s s i o no v e rw l a ni n c l u d e si o wn e t w o r kt h r o u g h p u t , b a dq o s r e s e a r c ho n 、，r o i p o v e rw l a ni n c l u d i n ge n h a n c i n gt h et h o u g h p u to fw l a na n di m p r o v i n gq o so f 、，o i ph a v e b e c o m et h eh o tp o i n t i nt h i sp a p e r , w ef i r s tg i v ea s i m p l ei n t r o d u c t i o na b o u tt h ew l a n ( i e e e 8 0 2 1 1 1s t a n d a r d s a n dc u r r e n tr e s e a r c ho nw l a nt e c h n o l o g i e s n l e mt h e p h y s i c sc o m p o n e n t s ，l o g i c a l a r c h i t e c t u r e t r a n s m i s s i o nm o d e sa n dw o r k i n gm e c h a n i s mo fw l a n ( c a r r i e rs e n 辩m u l t i p l e a c c e s s c o l l i s i o na d v o i d a n c e ( c s m a c a ) m e c h a n i s m ) d e s c r i b e di nd e t a i l a f t e rt h a t ，w eg i v ea d e s c r i p t i o no f 、，o i pt e c h n o l o g y w i t i ia l lb a c k g r o u n dt e c h n o l o g yg i v e n am a r k o vc h a i nm o d e l i sc h o s e nt oa n a l y s et h em a x i m u mt h r o u g h p u to fw l a n a n dg i v e so u tat h e o r e t i cm a x i m u m t h r o u g h p u t t oi m p r o v et h i st h e o r e t i cr e s u l t ，w es i m u l a t eas i m p l ew l a nm o d e lu s i n gn s 2 w i t l lt h es i m u l a t i o nr e s u l t w em a k ea na n a l y s i sc o m p a r e dw i t ht h et h e o r e t i cr e s u l t a tl a s t ，as i m p l em o b i l ea c c e s ss y s t e mb a s e do nw l a ni sg i v e na sa ne x a m p l eo f v b w l a n n l ea n a l y s i sa n dt h es i m u l a t i o nr e s u l tf o rt h ev o i po v e rw l a nd e r i v e di nt h i sp a p e ra r e h e l p f u lf o rt h el a y - o u ta n di m p l e m e n to ft h ea c t u a lv o w l a ns y s t e m 。a n dt h ew o r k so ft h i s p a p e ra l s oh e l pt h ef u r t h e r r e s e a r c ho f v o i c et r a n s m i s s i o no v e rw l a n ， k e yw o r d s ：w i r e l e s sl a n ，v o l p , v o w l a n ，t h r o u g h p u t , q o s ，m a r k o vc h a i n 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或 撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了 谢意。 研究生签名： 衄 日期：71 1 b 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复 印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和 纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布 ( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研究生院办 理。 研究生签名：拯赶 导师签名： 日期： 东南大学硕士学位论文 绪论 第一章绪论 随着信息技术的飞速发展，人们对网络通信的需求不断提高，希望不论在何时、何地， 与任何人都能够进行包括数据、话音、图像等任何内容的通信。这使得以多媒体通信为主 体的信息网络已成为世界关注的热点。i n t e m e t 的巨大成功，使得i p ( i n t e r n e tp r o t o c 0 1 ) 网络成为未来信息网络的支柱产业之一。以口为核心的分组化和以移动通信为基础的 w l a n ( w i r e l e s s l o c a l a r e a n e t w o r k ) 已成为下一代通信发展的主流方向。 1 1 论文的研究背景 无线局域网技术发展到如今，技术在不断的完善，应用在不断的推广。随着以i e e e 8 0 2 t l 系列标准【l 】为主的无线局域网技术获得越来越多的应用，在w l a n 上传输多媒体 信息成为应用的可能和需求。在建设好公共无线局域网( p u b l i cw l a n ) 的基础上，在公 共热点地区通过w l a n 的接入点实现语音的通话过程和获取多媒体信息过程都是极具前 景意义的。 无线局域网的发展是网络技术和移动技术的结合。它的根本的接入方式来源于局域网 ( l a n ) 的共享媒介载波监测多路接入，冲突监测机制( c s m 刖c d ) 。在无线局域网中， 由于无线媒介受到外界的干扰、路径衰落和节点移动引起得多普勒效应等的影响，使得无 线媒介的链路质量处于一个时变的状态中。同时由于无线局域网中的发射和接收的天线都 为同一个天线，没办法完成像c s m a c d 机制中的载波监测的过程。因而，w l a n 采用 了载波监测多路接入冲突避免( c s m a c a ) 的机制完成媒体接入控制( m a c ) 层的无 线媒介接入。 无线局域网中的c s m a c a 机制在负载较高的时候被证明为效率不高的网络接入协 谢m 】。原有i e e e8 0 2 1 l 标准提供对多媒体信息传输的支持仍有诸多的不足【4 l o 在w l a n 上传输多媒体信息需要能保障相应多媒体信息要求的服务质量( q o s ) 的要求。衡量q o s 的主要的参数有时间延时，时延抖动，丢包率，吞吐量及其他的一些参数。【2 1 和【3 】都分 析了d c f 机制的性能和它的局限性，而【5 】则对p c f 机制进行了分析。 基于原来i e e e8 0 2 1 1 标准的局限性，i e e e 标准提出了8 0 2 1 l e 标准来增强无线局域 网中服务质量保证功能。8 0 2 1 l e 提出了增强的d c f ( e d c f ) 机制和混合协调机制( h c f ) 机制来增强对多媒体传输的q o s 保证。提出了控制接入时期( c a p ) 的概念，极好的支 持了多媒体的传输【6 j 。 与此同时，通信技术综合化、数字化、智能化和个人化的飞速发展，以及计算机网络 技术的日益成熟，在单一网络平台上实现语音、数据、图像等多种业务的融合已经成为通 信行业发展的目标和必然趋势。从目前情况看，v o 口( v o i c eo v e r i p ) 技术是综合业务的 东南大学硕士学位论文 绪论 最好方案。伴随着v o l p 技术的不断发展、w l a n 的日益成熟和人们对移动通信能力需求 的不断提高，v o 口技术和w l a n 技术的融合是通信技术发展的必然趋势，可以预计 w l a n 上v o l p 技术将是下一代通信世界中的关键技术之一。尽管未来v o i p 技术超出了 “v o l p 就是在口网络上传输语音业务”的传统概念，成为一个正在演进的多媒体服务平 台，但不可否认，w l a n 上v o i p 语音业务仍是未来w l a n 上v o p 综合业务的先导。 服务质量保证是影响w l a n 上v o m 发展的一个重要技术难题。由于v 0 口语音通信 业务是在口网络上传输实时语音信号，而i p 网络本身并非为实时业务而设计，因此i p 网络给v o m 语音通信业务带来的主要问题就是服务质量问题。其中抖动、失序、延时和 回声是影响通信质量的几个主要因素。 1 2 本论文研究内容与组织结构 本文主要研究无线局域网上的传输性能。 论文内容安排如下； 第一章绪论，介绍本论文的研究背景以及论文的组织结构。 第二章介绍无线局域网和v o 口的基础理论和相关技术。描述了国内外q o s 的研究动态， 提出了本论文的研究重点。 第三章从理论上分析了w l a n 上v o 口的传输性能。推导出系统在非饱和状态下获取 最大吞吐量的理论分析模型。 第四章对w l a n 上v o i p 的传输性能进行仿真实验：利用基于l i n u x 操作系统下的网 络仿真器- n s 2 ，对前文推导出的理论分析模型进行仿真，并对实验结果进行了分析，验 证了前文的理论模型。 第五章通过对w l a n 上的v o 母应用的需求分析和可行性分析，描述了w l a n 和v o l p 结合的模式，以及w l a nv o l p 模型在家庭，企业和公共热点地区的应用模型。 第六章针对公共热点地区v o w l a n 的应用模型中发现的公共无线局域网现有架构方案 存在的问题，提出了改进的方案，并设计实现了可以部署在移动环境或静止环境的轻量级 纯无线保护接入系统。 第七章对本论文的工作进行了总结，指出了不足并对下一步的改进和研究做出了展 望。 2 东南大学硕士学位论文第二章无线局域网及其相关技术的国内外研究动态 第二章无线局域网及其相关技术的国内外研 究动态 无线局域网( w i r e l e s sl o c a la r e an e t w o r k ，w l a n ) 是迅猛发展的无线通信技术在计 算机网络中的应用，作为有线局域网( l o c a la r e an e t w o r k ，l a n ) 的延伸，无线局域网以无 线多址信道作为传输媒介，提供了传统l a n 的功能，实现了随时、随地宽带网络接入。并 且随着其应用的不断发展，其易安装、易扩展、易管理、易维护、高移动性等特点日益凸 现，它正逐渐发展为公共无线局域网( p u b l i cw l a n ，p w l a n ) ，并成为国际互联网宽带接人重 要手段。 2 1 无线局域网技术 使用无线局域网技术接入网络的设备不必受限在一个固定节点上，而是可以随意地移 动，自由变换位置。无线局域网的优点还不止于此，由于用户终端与服务器间不用连线从 而大大降低了组网成本也省去了烦琐的日常线缆维护，网络的扩展和调整也更加灵活方 便。 目前，无线网络接入方法有多种实现途径和标准，如i e e e8 0 2 1 l 系列标准【1 1 、h i p e r l a n 系列标准、“蓝牙”标准、各产业集团标准( 包括o p c n a i r 和h o m e r f ) 等。这些标准相 互竞争、相互融合，不断推动无线技术的迅速发展。无线局域网指的是采用无线媒体传输 的计算机局域网。i e e e8 0 2 1 l 系列是现今最重要的无线局域网接入技术。1 9 9 7 年，i e e e 标准组织通过了第一个无线局域网国际标准i e e e8 0 2 1 1 。该标准定义物理层和媒体 访问控制规范，允许无线设备制造商建立互操作网络设备。为了增加吞吐率，i e e e 组织还 专门成立了两个工作组来研究8 0 2 1 1 的改进方案。 工作组b 研究2 4 g h z 频段上更为复杂的扩频技术。1 9 9 9 年9 月发布的8 0 2 1 l b 标准可 以把原始数据率提高到1 1 m b s 【7 】。它支持点到点和点到多点的连接，并支持从点到多点体 系结构派生出的构架模式。工作组a 研究在5 g h z 频段上的工作模式，提高数据率达到 5 4 m b s 的范围j 。 2 0 0 1 年1 1 月1 5 日，i e e e 试验性地批准了一种新的技术标准8 0 2 1 1g 【外，这是一种混合标 准，既兼容传统的8 0 2 1 l b 标准，支持在2 4 g h z 频段下的高速传输同时还支持在5 g h z 频 段下提供5 4 m b s 的传输速率。它利用正交频分复用( o f d m 。o r t h o g o n a lf r e q u e n c yd i v i s i o n m u l t i p l e x i n g ) 作为主流调制技术，提供高速的数据接入过程。除了上述的协议标准之外， i e e e 8 0 2 1 1 7 作组还正致力于提出更多地解决各方面包括增强o o s 功能、考虑漫游切换、 安全访问控制等方面的一系列8 0 2 1 1 扩展标准： i e e e 8 0 2 1 1 d 标准，它是对8 0 2 1 1 的补充，规定接入点能够使用的可接受功率电平， 东南大学硕士学位论文 第二章无线局域网及其相关技术的国内外研究动态 在允许的信道上对用户站点传送信息。鉴于5 g i - i z 频段的使用在不同的国家差别很大， 8 0 2 1l d 的诞生将有利于提高这一频段的使用率； i e e e 8 0 2 1 1 e 标准驯，它的提出目的在于改进和管理w l a n 的服务质量，保证能在 8 0 2 1 l 无线网络上进行音频、视频的传输、媒体流的传送、增强的安全应用及移动访 问应用等； i e e e s 0 2 1 1 缃；准，定义了接入点之间通讯的过程，为漫游等功能规定接入点闯的 协议，对接入点提供必需的信息交换，并大大增强不同厂商接入点的互通性； i e e e 8 0 2 1 1 h 标准【i o j ，它主要满足欧洲管理机构的需求，增强5 g h z 波段的m a c 规 范及高速物理层规范规定，对工作在这一频段设备提供动态信道选择( d c s ) 和传输 功率控制( t p c ) ，增强信道能源测度和报告机制，以便改进频谱和传送功率管理； i e e e 8 0 2 1 1 i 标准，它加入安全相关内容，采用8 0 2 1 x 和高级加密标准( a e s ) 等 技术来克服m a c 层上w e p 保密机制薄弱的问题，并加强安全认证过程的工作； i e e e 8 0 2 1 l j 则致力于推动5 g 频段w l a n 系统应用的全球化，主要考虑i e e e ，e t s i 的h i p c r l a n 2 和a r i b 等不同标准之间的兼容互通性问题； i e e e 8 0 2 1l k 主要针对w l a n 与其它无线网络之间的漫游过程，以及8 0 2 1l 产品与 蓝牙等其它w l a n 产品的共存问题进行了分析描述； i e e e 8 0 2 1 1 n 草案提出了属于下一代宽带无线网络范畴的w l a n 技术，支持1 0 8 m b s ， 甚至5 4 0 m b s 的更高传输速率。这一全新w l a n 标准的性能大约是当前8 0 2 ，11 解决方 案的三倍，从而使得用户能够在指定时间内无线传输更多数据。 而我国国内，早在2 0 0 3 年5 月1 2 日，信息产业部报送国家标准化管理委员会正式颁布 了由“中国宽带无线i p 标准工作组”( w w w c h i n a b w i p s o r g ) 负责起草的无线局域网两项 国家标准信息技术系统问远程通信和信息交换局域网和城域网特定要求第1 l 部分：无线 局域网媒体访问( m a c ) 和物理( p h y ) 层规范和信息技术系统问远程通信和信 息交换局域网和城域网特定要求第l l 部分：无线局域网媒体访问( m a c ) 和物理( p h y ) 层规范：2 4 g h z 频段较高速物理层扩展规范，它们分别对应于国际标准8 0 2 “和8 0 2 1 l b 。 正式颁布的无线局域网国家标准，在原则采用国际标准i s o i e c 8 8 0 2 1 l 和 i s o i e c 8 8 0 2 1 l b 前提下，充分考虑和兼顾无线局域网产品互联互通的基础上，针对无线 局域网的安全问题，提出了具有中国特色的技术解决方案和规范要求。 2 2v o l p 技术 2 2 1v o l p 技术发展 v 0 m 是2 0 世纪9 0 年代出现的新通信应用技术。i p ( i n t e m e tp r o t o c 0 1 ) 电话是一种数 字电话，是技术创新的一种通信服务业务。它把语音、压缩编码、打包分组、分配路由、 东南大学硕士学位论文第二章无线局域网及其相关技术的国内外研究动态 存储交换、解包解压等交换处理在口网或互联网上实现语音通信。v o 口技术是根据应用 而发展来的。它的使用可以节省费用、提高效能和降低成本。v o 职技术的发展有两大方 向，一是遵循国际电联h 3 2 3 标准，二是遵循i e t f 的s i p 协议。 v o 口存在商业上和技术上的优势。在商业上，v o 毋技术促进了语音和数据传输的综 合，语音传输从传统的通信网t d m 传送模式转向统计t d m 的传送模式，极大地提高系 统带宽的利用率。语音在网络中传输时一般采用得压缩技术如g 7 2 3 1 和g 7 2 9 等压缩算 法，可以大大地降低承载信息的信号传输量。另外，v o 口技术在商业上很重要的一个方 面就是价格方面因素。在长途传输时，使用v o m 传输语音可比普通电信网络传输语音节 省l o 倍的费用。随着v 0 m 的有关协议交互和语音压缩解压和编解码技术的成熟，加上传 统通信网在不断地向数据网转移的趋势，v o 的应用和发展的前景是广阔的。 2 2 2v o i p 通信原理 透过v o i p _ _ v o i c eo v e ri p 的字面意义，可以直译为透过i p 网络传输的语音讯号 或影像讯号，所以v o l p 就是一种可以在i p 网络上互传模拟音讯或视讯的一种技术。简单 地说，它是藉由一连串的转码、编码、压缩、打包等程序，好让该语音数据可以在i p 网 络上传输到目的端，然后再经由相反的程序，还原成原来的语音讯号以供接听者接收。 进一步来说，v o i p 大致透过5 道程序来互传语音讯号，首先是将发话端的模拟语音 讯号进行编码的动作，目前主要是采用i t u tg 7 1 1 语音编码标准来转换。第二道程序则 是将语音封包加以压缩，同时并添加址及控制信息，如此便可以在第三阶段中，也就是传 输i p 封包阶段，在浩瀚的i p 网络中寻找到传送的目的端。到了目的端，i p 封包会进行 译码还原的作业，最后并转换成喇叭、听筒或耳机能播放的模拟音讯。 在一个基本的v o l p 架构之中，大致包含4 个基本元素： ( 1 ) 媒体网关器( m e d i ag a t e w a y ) ：主要扮演将语音讯号转换成为i p 封包的角色。 ( 2 ) 媒体网关控制器( m e d i ag a t e w a yc o n t r o l l e r ) ：又称为g a t ek e e p e r 或c a l l s e r v e r 。主要负责管理讯号传输与转换的工作。 ( 3 ) 语音服务器：主要提供电话不通、占线或忙线时的语音响应服务。 ( 4 ) 信号网关器( s i g n a l i n g g a t e w a y ) ：主要工作是在交换过程中进行相关控制，以 决定通话建立与否，以及提供相关应用的增值服务。 虽然v o l p 拥有许多优点，但绝不可能在短期内完全取代已有悠久历史并发展成熟的 p s t n 电路交换网，所以现阶段两者势必会共存一段时间。为了要让两者间能相互沟通， 势必要建立一个互通的接口及管道，而媒体网关器与网关管理器即扮演了中介的色角，因 为他们具备将媒体数据流及i p 封包转译成不同网络所支持的各类协议。 其运作原理是，媒体网关器先将语音转换为口封包，然后交由媒体网关控制器加以 控制管理，并决定m 封包在网络中的传送路径。至于信号网关器则负责将s s 7 信号格式 东南大学硕士学位论文第二章无线局域网及其相关技术的国内外研究动态 转换为口封包。 2 2 3v o i p 关键技术 传统的i p 网络主要是用来传输数据业务，采用的是尽力而为的、无连接的技术，因 此没有服务质量保证，存在分组丢失、失序到达和时延抖动等情况。数据业务对此要求不 高，但话音属于实时业务，对时序、时延等有严格的要求。因此必须采取特殊措施来保障 一定的业务质量。v o i p 的关键技术包括信令技术，编码技术、实时传输技术、服务质量 ( q o s ) 保证技术以及网络传输技术等。 ( 1 ) 信令技术 信令技术保证电话呼叫的顺利实现和话音质量，目前被广泛接受的v o i p 控制信令体 系包括i t u t 的h 3 2 3 系列和i e t f 的会话初始化协议s i p 。 i t u 的h 3 2 3 系列建议定义了在无业务质量保证的因特网或其它分组网络上多媒体 通信的协议及其规程。h 3 2 3 标准是局域网、广域网、i n t r a n e t 和i n t e r n e t 上的多媒体 提供技术基础保障。h 3 2 3 是i t u - t 有关多媒体通信的一个协议集，包括用于i s d n 的 h 3 2 0 ，用于b - i s d n 的h 3 2 1 和用于p s t n 终端的h 3 2 4 等建议。其编码机制，协议范围 和基本操作类似于i s d n 的q 9 3 1 信令协议的简化版本，并采用了比较传统的电路交换的 方法。相关的协议包括用于控制的h 2 4 5 ，用于建立连接的h 2 3 5 0 ，用于大型会议的 h 3 3 2 ，用于补充业务f 1 4 5 0 1 、h 4 5 0 2 和h 4 5 0 3 ，有关安全的h 2 3 5 ，与电路交换业 务互操作的f 1 2 4 6 等。h 3 2 3 提供设备之间、高层应用之间和提供商之间的互操作性。它 不依赖于网络结构，独立于操作系统和硬件平台，支持多点功能、组播和带宽管理。h 3 2 3 具备相当的灵活性，支持包含不同功能的节点之间的会议和不同网络之间的会议。h 3 2 3 建议的多媒体会议系统中的信息流包括音频、视频、数据和控制信息。信息流采用h 2 2 5 ，0 建议方式来打包和传送。 h 3 2 3 呼叫建立过程涉及到三种信令：r a s ( 注册：r e g i s t r a t i o n 、许可：a d m i s s i o n 和状态：s t a t u s ) 信令，h 2 2 5 0 呼叫信令和h 2 4 5 控制信令。其中r a s 信令用来完成终 端与网守之间的登记注册、授权许可、带宽改变、状态和脱离解除等过程；h 2 2 5 0 呼叫 信令用来建立两个终端之间的连接，这个信令使用q 9 3 1 消息来控制呼叫的建立和拆除， 当系统中没有网守时，呼叫信令信道在呼叫涉及的两个终端之间打开；当系统中包括一个 网守时，由网守决定在终端与网守之间或是在两个终端之间开辟呼叫信令信道；h 2 4 5 控 制信令用来传送终端到终端的控制消息，包括主从判别、能力交换、打开和关闭逻辑信道、 模式参数请求、流控消息和通用命令与指令等。h 2 4 5 控制信令信道建立于两个终端之间， 或是一个终端与一个网守之间。 虽然h 3 2 3 提供了窄带多媒体通信所需要的所有子协议，但h 3 2 3 的控制协议非常 复杂。此外，h 3 2 3 不支持多点发送( m u l t i c a s t ) 协议，只能采用多点控制单元( f l c u ) 构成多点会议，因而同时只能支持有限的多点用户。h 3 2 3 也不支持呼叫转移，且建立呼 叫的时间比较长。与h 3 2 3 相反，s i p 是一种比较简单的会话初始化协议。它不像f 1 3 2 3 那样提供所有的通信协议，而是只提供会话或呼叫的建立与控制功能。s i p 可以应用于多 媒体会议、远程教学i n t e r n e t 电话等领域。s i p 既支持单点发送( u n i c a s t ) 也支持多点 发送，会话参加者和媒体种类可以随时加入一个已存在的会议。s i p 可以用来呼叫人或机 东南大学硕士学位论文第二章无线局域网及其相关技术的国内外研究动态 器设备，如呼叫一个媒体存储设备记录一个会议，或呼叫一个点播电视服务器向会议播放 视频信号。 s i p 是一种应用层协议，可以用u d p 或t c p 作为其传输协议。与h 3 2 3 不同的是：s i p 是一种基于文本的协议，用s i p 规则资源定位语言描述( s i pu n i f o r mr e s o u r c el o c a t o r s ) ， 这样易于实现和调试，更重要的是灵活性和扩展性好。由于s i p 仅作于初始化呼叫，而不 是传输媒体数据，因而造成的附加传输代价也不大。s i p 的u r l 甚至可以嵌入到w e b 页或 其它超文本链路中，用户只需用鼠标一点即可发出一个呼叫。与h 3 2 3 相比，s i p 还有建 立呼叫快，支持传送电话号码的特点。 ( 2 ) 编码技术 话音压缩编码技术是i p 电话技术的一个重要组成部分。目前，主要的编码技术有 i t u t 定义的g 7 2 9 、g 7 2 3 ( g 7 2 3 1 ) 等。其中g 7 2 9 可将经过采样的6 4 k b i t s 话音以 几乎不失真的质量压缩至8 k b i t s 。由于在分组交换网络中，业务质量不能得到很好保证， 因而需要话音的编码具有一定的灵活性，即编码速率、编码尺度的可变可适性。g 7 2 9 原 来是8 k b i t s 的话音编码标准，现在的工作范围扩展至6 4 1 1 8 k b i t s ，话音质量也在 此范围内有一定的变化，但即使是6 4 k b i t s ，话音质量也还不错，因而很适合在v o i p 系统中使用。g 7 2 3 1 采用5 3 6 3 k b i t s 双速率话音编码，其话音质量好，但是处理时 延较大，它是目前已标准化的最低速率的话音编码算法。 ( 3 ) 实时传输技术 实时传输技术主要是采用实时传输协议r t p 。r t p 是提供端到端的包括音频在内的实 时数据传送的协议。r t p 包括数据和控制两部分，后者叫r t c p 。r t p 提供了时间标签和控 制不同数据流同步特性的机制，可以让接收端重组发送端的数据包，可以提供接收端到多 点发送组的服务质量包馈。 ( 4 ) q o s 保障 v o m 中主要采用资源预留协议( r s v p ) 以及进行服务质量监控的实时传输控制协议 r t c p 来避免网络拥塞，保障通话质量。 ( 5 ) 网络传输技术 v o i p 中网络传输技术主要是t c p 和u d p ，此外还包括网关互联技术、路由选择技术、 网络管理技术以及安全认证和计费技术等。由于实时传输协议r t p 提供具有实时特征的、 端到端的数据传输业务，因此v o i p 中可用r t p 来传送话音数据。在r t p 报头中包含装载 数据的标识符、序列号、时间戳以及传送监视等，通常r t p 协议数据单元是用u d p 分组来 承载，而且为了尽量减少时延，话音净荷通常都很短。i p 、u d p 和r t p 报头都按最小长度 计算。v o i p 话音分组开销很大，采用r t p 协议的v o i p 格式，在这种方式中将多路话音插 入话音数据段中，这样提高了传输效率。此外，静音检测技术和回声消除技术也是i p 电话 中十分关键的技术。静音检测技术可有效剔除静默信号，从而使话音信号的占用带宽进一 步降低到3 5 k b i t s 左右；回声消除技术主要利用数字滤波器技术来消除对通话质量影响 很大回声干扰，保证通话质量。 ， 东南大学硕士学位论文 第二章无线局域网及其相关技术的国内外研究动态 2 3v 0 i p 尚未解决的问题 在以上提到的v o m 关键技术中，由于i p 网络尽力而为的特征，使语音、视频等多媒 体数据在传输时得不到特别的保障，这就影响了v o l p 的传输质量，也制约了这一技术的 发展，因此q o s 问题是我们目前所要面临的最严峻的问题之一。 2 3 1 服务质量( q o s ) 机制原理 服务质量即q o s ( q u a l i t yo fs e r v i c e ) 是一个综合性指标，用于衡量使用一个服务的 满意程度。在传统的通信网中，没有提出q o s 的概念，这是因为传统的网络都是与专项 业务相关的，例如电话由公用电话网传送，计算机数据用基于x 2 5 的数据网传送。为某 种业务服务的网是针对该业务的要求而设计的。例如，一路电话占有固定的带宽，当终端 进行呼叫时，网络不需要再询问终端对带宽的要求。而且一旦网络将此呼叫接通，在整个 会话过程中，终端一直拥有这一带宽，服务质量也就自然是恒定地得到保障的。在宽带综 合业务网( 1 3 - i s d n ) 提出来之后，由于要在同一个网络上支持不同的业务，而不同的业务对 网的功能又有不同的要求，因此有必要在开始实际的信息传输之前，将某项业务的特定要 求告知网络，q o s 的概念也就随之出现。在多媒体传输网络中，q o s 的概念则更进一步 地受到重视。 i t u 将q o s 定义为决定用户对服务的满意程度的一组服务性能参数。这些参数可以 用多种方式来描述，例如确定性方法和统计描述方法。 衡量q o s 性能方面的参数包括吞吐量( t h r o u g h p u t ) ，传输延迟( d e l a y ) ，延时抖动 ( j i t t e r ) 和错误率( e r r o rr a t e ) 或丢包率( d r o pr a t e ) 。吞吐量是指网络传送二进制信息 的速率，也称比特率，或带宽。网络的传输延时( t r a n s m i s s i o n d e l a y ) 定义为信源发送出 第1 个比特到信宿接收到第1 个比特之间的时间差。端到端的延时则是指一组数据在信源 终端上准备好数据发送的时刻，到信宿终端接收到这组数据的时刻之间的时间差。网络传 输延时的变化称之为网络的延时抖动，度量延时抖动的方法主要是通过在一段时间内( 例 如一次会话过程中) 最长和最短的传输延时之差来表示。错误率包括误码率b e r ( b i t r a t e e r r o r ) 和包错误率p e r ( p a c k e te r r o rr a t e ) 以及包丢失率p l r ( p a c k e tl o s sr a t e ) 的定 义。误码率表示从一点到另一点的传输过程中所产生的错误比特的频数。包错误率表示的 是以包为单位来衡量的信息错误率。而包丢失率则侧重衡量包丢失的程度。通常可通过前 向纠错f e c ( f o r w a r de r r o rc o r r e c t i o n ) 的方法或后向纠错的方法如自动重发请求a r q ( a u t o m a t i cr e p e a tr e q u e s t ) 来改进和弥补包的丢失和出错。 表2 - 1 v o l p 的q o s 参数 q o s 参数值 带宽( 最小值) 6 4 k b i f f s 、1 5 m b i t s 、4 5 m b i f f s 时延( 最大值)5 0 m s 单程时延、1 5 0 m s 全程时延( 无回波抵消) 抖动( 试验偏差)最人时延的1 0 偏差，5 m s 的偏差 信息丢失( 丢包、差错)1 0 0 0 个分组中丢失1 个分组 有效性( 可靠性)9 9 9 9 的网络可靠性 安全性语音流的加密和鉴全 东南大学硕士学位论文 第二章无线局域网及其相关技术的国内外研究动态 2 3 2w l a n 上的n l 4 。c 层 无线局域网是有线局域网技术在无线环境上的拓展，它主要描述并规定了物理层 ( p h y ) 和媒体接入层( m a c ) 的实现规范，而在链路层之上，w l a n 的调度运行机制 是跟有线网一样的，都是基于口互联的拓展。无线局域网中的p h y 层主要描述和规定了 无线传输频率，调制解调，速率等方面的传输问题，而m a c 层则主要完成数据接入调度， 资源分配，属性管理等方面的工作，q o s 在w l a n 上的拓展应用离不开物理层和m a c 层的支持。 i e e e8 0 2 1 l 的媒体接入m a c 的基本结构按照站点( s t a ，s t a t i o n ) 访问媒体的方 式来分，可以由两部分组成，一种是分布式协调功能( d c f , d i s t r i b u t e dc o o r d i n a t i o n f u n c t i o n ) ，另一种是点协调功能( p 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 ) 。 ( 1 ) d c f 分布式协调功能 i e e e8 0 2 1 lm a c 协议的基本访问方法是d c f ，它主要使用带碰撞避免机制的载波侦听 多址访l h 日( c s m a c a ) 技术来实现信道的接入。d c f 功能在所有的i e e e8 0 2 1 1 的站点上都必 须实现，可以用于a d - h o c 网和基础结构网中。d c f 基于最基本的c s m a 算法，当站点第一 次传送并检测到媒体空闲时，站点马上发送这个m a c 服务数据单元( m s d u ) ；如果有两 个站点同时检测到媒介为空闲状态时，就会同时发它们的m s d u 从而导致碰撞的发生，为 了避免这种碰撞的发生，8 0 2 1 l 引入了碰撞避免机制( c a ) 来减少这种碰撞发生的概率。 c a 机制的核心是站点采用随机退避过程来解决各站点竞争产生的碰撞。d c f 的具体时序如 图2 1 所示。 u i r 3 p i f s 争窗口一 d i f si _ 制 信道忙 矧退避时间l 下一帧 s l o tt i m e 卜延迟时间 图2 1d c f 机制的时序和回退过程 ( 2 ) p c f 中心协调功能 为了支持实时数据服务，i e e e8 0 2 i i 定义了点协调功能，它具有一定的q o s