（计算机应用技术专业论文）适应于网络语音流的服务质量关键管理机制.pdf

适坐幽终亘盘煎鲍丝登亟璧羞堡笪型垫剑 摘要 i n t e r n e t 网络已成为社会基础通讯设施，基于i p 的应用h 益广泛和深入，v o i p 、视 频会议等实时应用即将成为i n t e r n e t 网络应用新的、重要的增长点。尽管i p 技术优势 和成本优势已促使v o l p 应用迅速发展，但是由于i p 网络只能提供尽力而为服务，缺 少服务质量控制机制，v o l p 的应用和推广f 受到服务质量保证问题的阻碍。v o l p 应用 具有不同于其它实时应用( 如视频会议) 的流量特征、行为模型，对服务质量的要求 也不同。针对v o l p 应用的特征，研究i p 网络的服务质量管理机制具有重要的理论意 义和现实应用价值。 鉴于服务质量保证的重要性和紧迫性，本论文全面分析和讨论了i p 网络的服务质 量管理机制，并结合v o i p 应用的特征对关键技术丌展了深入的研究。本文从数据层面 和控制层面深入分析和讨论了v o l p 的服务质量管理架构，针对服务质量保证的关键机 制包转发控制和接纳控制，分别提出了适应于语音流的主动丢包的调度算法和基 于r e d 队列管理算法的接纳控制机制，在综合分析v o i p 服务质量的管理机制和控制 过程的基础上设计和实现了一个v o l p 服务质量管理的原型系统o n e t 。 论文的创造性工作主要体现在以下几个方面 1 提出了一个适应语音流的主动丢包调度算法v a s a 算法。v a s a 算法利用v o l p 语音流可以容忍一定程度丢包的特征和v o l p 应用层的容错机制，通过主动丢包和 语音流丢包模式的改变，可有效减小语音包的排队延迟、丢包对语音质量的影响： 结合v a s a 算法与随机早期探测队列管理算法( r e d ) 实现了一种新的语音流包转发 控制，它可以有效改善网络捌摩对语音质量的影响，提高刚络资源的利用率，间接 增加1 0 的网络资源。 2 提出了一个基于r e d 队列管理算法的接纳控制算法。面向连接的通信技术已成为 基于i p 网络的实时通信普遍采用的实现机制，一个连接就是网络提供给特定用户 的抽象的通讯服务。一个v o i p 语音流就是一个连接，对v o i p 连接进行接纳控制是 提供服务质量保证的关键。讨论了网络模型和流量模型的方法，采用最大速率函数 描述了v o i p 语音流，应用延迟分解的方法分析了端到端的延迟计算问题，提出了 r e d 队列的延迟计算方法和基于r e d 的接纳控制算法。该接纳控制算法可以作为 已有接纳控制算法的有力补充，共同实现异构网络环境的v o i p 服务质量保证。分 析和试验结果表明浚计算方法是有效的。 3 系统范围内的服务质量保证需要采用多种服务质量管理机制联合实现。综合分析了 摘要 v o l p 系统的网络资源管理、实时流量整形、实时连接延迟保证、连接管理、策略 控制问题，设计和实现了一个v o i p 服务质量管理系统叫n e t 。q n e t 系统可以在 异构网络环境中通过网络状念的监测、实时流量的整形和实时v o i p 连接的接纳控 制，实现实时业务的服务质量控制和业务管理控制。q n e t 系统是基于中问件丌发 的原型系统，可以简易地、灵活地与v o l p 实现系统进行集成。分析和仿真试验结 果验证了系统的有效性和适用性。 关键词：v o l p 服务质量调度队列管理延迟接纳控制 i l 垂廛王幽鳖受童煎曲壁墨厦量羞壁重堡坦劁 a b s t r a c t k e ym a n a g e m e n t m e c h a n i s m so fq o sf o rv o l p c h e n x i u z h o n g ( c o m p u t e ra r c h i t e c t u r e ) d i r e c t e db yl iz h o n g c h e n g i n t e r n e th a sb e e no n eo fs o c i a lc o m m u n i c a t i o ni n f r a s t r u c t u r e s i pa p p l i c a t i o n sg r o wm o r e r a p i d l y , r e a l t i m ea p p l i c a t i o n ss u c ha sv o i pa n dv i d e oc o n f e r e n c ew i l lb eo n eo f n e wa n d i m p o r t a n ti n c e n t i v ep o i n t s c o m p a r e dt ot r a d i t i o n a lr e s o u r c e d e d i c a t e dp s t n ，i pn e t w o r ki s r e s o u r c e - s h a r e d i p - b a s e dv o l pa p p l i c a t i o n sa r ec o s t e f f i c i e n t e x t e n d a b l es e r v i c ei sa n o t h e r a d a n v a n t a g e o fv o l p t h es e r v i c eo fi pn e t w o r ki s u s u a l l y ab e s te f f o r to n ew h i c hi s i n s u f f i c i e n tf o rv o i p v o l ph a sd i s t i n c tt r a f f i cc h a r a c t e r i s t i c sa n db e h a v i o rm o d e l ，a n ds t r i n g e n t q o sr e q u i r e m e n t s s o ，t h e c u r r e n ti pn e t w o r ka r c h i t e c t u r em u s tb ee n h a n c e d b yq o s m a n a g e m e n t m e c h a n i s m s t h i sd i s s e r t a t i o nr e v i e w sv o l pi m p l e m e n t a t i o n ，v o l pp e r f o r m a n c em e t r i c sa n dv o i c e q u a l i t ym e a s u r e m e n tf i r s t l y t h e ni tp r e s e n t sas u r v e yo nm a n a g e m e n t m e c h a n i s m su s e df o r e n s u r i n gq o sf o rv o i c e o v e r i pa p p l i c a t i o n s ，a n dd i s c u s s e sm e c h a n i s m sr e s p e c t i v e l yi nd a t a p l a n ea n dc o n t r o lp l a n e c o n s i d e r i n gt h ek e yr o l e s o fp a c k e tf o r w a r d i n ga n da d m i s s i o n c o n t r o l ，i tp r o p o s e san e ws c h e d u l i n ga l g o r i t h mo fa d v i s e d l yd r o p p i n gp a c k e t sf o rv o l p q u e u e s ，a n dar e d - b a s e da d m i s s i o nc o n t r o la l g o r i t h m b yc o l l i g a t i n g o u rr e s e a r c h e s ，a p r o t o t y p es y s t e mf o r v o l p q o sm a n a g e m e n t c a l l e dq n e ti sd e s i g n e da n di m p l e m e n t e d t h em a i nc r e a t i v i t i e so f t h i sd i s s e r t a t i o na r ce x p l a i n e da sf o l l o w s lan e ws c h e d u l i n g a l g o r i t h m f o rv o i pq u e u e sc a l l e dv a s aa l g o r i t h mi s p r o p o s e d n e t w o r kc o n g e s t i o n s s e v e r e l y i n f l u e n c eo nt h e q u a l i t yo f 、，o i p u n f o r t u n a t e l y t h e c u r r e n tq u e u em a n a g e m e n tm e c h a n i s m sc o u l dn o tg u a r a n t e eq o so fv o l pe f f i c i e n t l y w h e nt h ev o i pt r a f f i ci sc o n g e s t e d v a s a a l g o r i t h mc a na d v i s e d l yd r o pp a c k e t sd u r i n g n e t w o r kc o n g e s t i o n si no r d e rt or e d u c et h ed e l a yo fv o l pp a c k e ta n dc h a n g et h em o d e l o f d r o p p i n gp a c k e t b yc o o r d i n a t i n gw i t hr e d ，i tc o u l de n a b l es o m ei m p r o v e m e n to f t h e p e r f o m a a n c e o fp a c k e t f o r w a r d i n ge f f e c t i v e l yd u r i n g n e t w o r kc o n g e s t i o n sa s c o m p a r e dw i t hr e d a n dt h ef i f os c h e d u l i n g t h e yc o u l di n d i r e c t l yi n c r e a s en e t w o r k r e s o u r c e sb y1o v b i pq u a l i t ym e a s u r e m e n t sv e r i f yi t sf e a s i b i l i t ya n de f f e c t i v e n e s s 2 ar e d b a s e da d m i s s i o nc o n t r o l a l g o r i t h m i s p r o p o s e d t h e c o n n e c t i o n - o r i e n t e d i i i 摘曼 c o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g yh a sb e e np r o p o s e da n dd e v e l o p e dt oa d d r e s st h er e a lt i m e c o m m u n i c a t i o n ac o n n e c t i o ni sa r la b s t r a c tc o m m u n i c a t i o ns e r v i c ep r o v i d e db yt h e n e t w o r kt oap a r t i c u l a ra p p l i c a t i o n o d ec o u l dv i e wav o l pc o n n e c t i o na sav i r t n a 】l i n k b yd i s c u s s i n gn e t w o r km o d e la n dt r a f f i cm o d e l ，t h i sd i s s e r t a t i o na n a l y z e st h ed e l a y c o m p u t a t i o na l g o r i t h mo fr e dq u e u e sa n dp r o p o s e sa na d m i s s i o nc o n t r o la l g o r i t h m b a s e do nr e d t h i sa d m i s s i o nc o n t r o la l g o r i t h mi nc o m b i n i n gw i t ho t h e ra d m i s s i o n c o n t r o la l g o r i t h m sc o u l db eu s e dt op r o v i d eq o s g u a r a n t e ei nh e t e r o g e n e o u s n e t w o r k s 3 a p r o t o t y p es y s t e m o fv o l p q o sm a n a g e m e n t c a l l e d q n e t i s d e s i g n e d a n d i m p l e m e n t e db yc o l l i g a t i n g o u rr e s e a r c h e s ，w ee x p l o r et h e i m p l e m e n t a t i o no fq o s m a n a g e m e n ts y s t e mb yd e v e l o p i n g t h e p r o t o t y p es y s t e m q n e tb ym o n i t o r i n g n e t w o r ks t a t u s ，s h a r p i n gr e a l t i m et r a f f i c sa n da d m i s s i o nc o n t r o l ，q n e tc o u l dp r o v i d e q o sg u a r a n t e ef o rv o l pc o n n e c t i o n s a n dm a n a g et h er e a lt i m es e r v i c e si nh e t e r o g e n e o u s n e t w o r k s q n e t i sb a s e do nm i d d l e w a r e p l a t f o r m ，w h i c h f a c i l i t a t e st h es o f t w a r e t r a n s p l a n ta n dt h es y s t e mi n t e g r a t i o n t h em o d u l a rd e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no fq n e t a l s oa l l o w si tt os e r v ea sas o f t w a r et e s t b e dt o e x p e r i m e n t d i f f e r e n tc o n n e c t i o n a d m i s s i o n sa n dt r a m cm a n a g e m e n tt e c h n i q u e s k e y w o r d s ：v o l eq u a l i t yo fs e r v i c e ( q o s ) ，s c h e d u l i n ga l g o r i t h m ，q u e u em a n a g e m e n t ， d e l a y ，a d m i s s i o nc o n t r o l 声明 我声明本论文是我本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，本论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果。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。 作者签名：叩欠矢建一曰期：。中。、2 3 t - 论文版权使用授权书 本人授权中国科学院计算技术研究所可以保留并向国家有关部门或机 构送交本论文的复印件和电子文档，允许本论文被查阅和借阅，可以将本 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、汇编本论文。 ( 保密论文在解密后适用本授权书。) 作者签名：锨虐舒师签名钐弧日期：2 尹p 盒f p 适j 、t 十嗍络语占流的胀务质量关键管挫机制 1 1v o i p 应用的发展 第一章引言 jp 网络经过几十年的迅猛发展，到今天它已成为社会基础通讯设施。i p 网络采用了统 计复用技术，丌放的、层次式的协议结构是i p 技术得以迅猛发展的根本动力之一。与传统 的、基于时分复用技术的电路交换网络相比，t p 网络无疑是具有技术优势和成本优势的。 表1 1 是电路交换网络和包交换网络的简单对比。技术和市场上的各种迹象已表明时分复 用技术已不再是未来通讯技术的发展方向，“一切基于i p ”( “e v e r y t h i n go v e ri p ”) 已 成为通讯网络发展的趋势。i p 网络的数据类型已由传统的单一数据类型，发展到多媒体数 据类型；其服务类型也趋于多样化，不仅包括t e l n e t ，f t p ，e m a i l ，w w w 等非实时服务， 而且包括i p 语音( v o t p v ( ) ic eo v e ri p ) 、视频点播、视频会议、远程教学、远程医疗等 实时服务。 表1 1电路交换网络和包交换网络对比 电路交换网络包交换网络 在封闭环境中运行在丌放环境中运行 网络仅为语音而设计网络中语音被当作数据处理 数据和视频在分离的网络中应用独立于网络 资源独占方式资源共享方式 升级和维护的成本高维护和升级的成本低 目6 j - v o i p 是最普遍、最突出的实时服务类型，也是增长最快的两大通讯技术之。v o i p 是指利用i p 技术在包交换网t 传输语音数据，i p 电话( 或i n t e r n e tt e l e p h o n e ) 是其典 型应用，两者常常被视作等同。实际 = ，围绕ip 网络传输语音数据的各种尝试由来已久。 1 9 9 5 年v o c a l t e c 首先用i n t e r n e t 网络传输语音数据。在一台多媒体p c 机上，用户可以 使用v o c a l t e c 因特网电话软件、麦克风、音箱，通过”网络进行语音通信。起初，i r 电 话系统要求用户端必须使用已安装了电话软件的多媒体p c 机，电话软件可以提供语音数据 的采集、压缩，以及i p 数据包的发送和接收等功能。经过多年的发展，l p 电话系统已经 得到丰富和完善。当前的i p 电话网关已可以提供i n t e r n e t 和p s t n 之蚓的双向语音通信。 语音会话可以使用标准的电话终端，而不再局限于与i n t e r n e t 互连的p c 机。目前，v o l p 应用情景有四种情况，从p c 机到p c 机、从p c 机经p s t n 到p c 机、从p c 机到p s t n 的电话、 从p s t n 网经i p 网到p s t n 网。第四种模式应用最为普遍，主要应用于长途电话。这是因为 数据和语音司以共享同一传输网络，从而可以为用户节约成本。 i p 网络应用于实时服务的缘出不仅仅是i p 网络自身的传输能力，而且是v o i p 具有以 第一市引南 f 技术和成本优势： 语音和数据的集成：由于i p 网络可以同时支持语音和数据应用，因此v o i p 可以很容 易地实现语音和数据的集成。一个多媒体的v o i p 应用将可以同时支持语音、视频和数 抓的传输和处理，从而向用户直接提供丰富的、直观的、灵活的交流方式，譬如白板 功能。 简单性：集成的基础架构可以支持所有形式的通信服务，这将允许进一步的标准化， 并减少设备成本和管理成本：集成的基础架构还允许进行带宽优化。 高级应用：v o i p 不仅可以提供传统的p s t n 电话服务和传真服务，而且开放的、层次式 的i p 协议还允许v o i p 提供目录服务、呼叫转移或拒绝、主叫号、个性铃声、多方电 话会议、基于w e b 的呼叫中心、多方电话会议等应用或服务。 便捷的服务升级：与p s t n 网络相比较，用户终端具有更强的处理能力，应用层智能是 驻留在用户端的。这就允许一个个地进行服务升级，而不是等待全网的服务升级。丌 放的、层次式的i p 协议架构也为便利的服务升级提供了技术基础。 成本优势：i p 网络的成本优势也是促进i p 网络应用于实时服务的动力。与资源独占的 传统电话相比，i p 网是资源共享的。另外，v o i p 的语音压缩编码、静音抑制等技术可 以减少流量。随用户数、服务的增加，每个电话用户的成本也会逐步将低。据统计分 析，i p 电话每k b i t 代价为$ o 0 4 ，而传统电话为$ 0 15 。所以，v o i p 具有较高的 带宽有效性、成本有效性。 i p 电话的应用和发展可以为用户、厂商和运营商带来了丰厚的收益。v o i p 可以为用户 节约成本，长途呼叫是主要的节减成本的途径；同时，用户可以获得更多的服务。i p 电话 的应用和推广产生了新产品、新应用和新服务需求，这就为厂商提供了一个新的、不断增 长的庞大市场。而运营商则可以从大量的、有潜力的新服务或新业务中获利。由于业务类 型的丰富和细化，与传统的p s t n 网络运营商相比，基于i p 网络的运营商可以拥有更多的、 更好的收益模式，以致于世界上诸多电话巨人都惊呼这一新技术可以使现有的电话公司都 破产。】p 电话的研究机构i l o c u s 宣布，2 0 0 1 年全球共传送了6 8 亿个呼叫，平均每一个月 要处理1 0 亿分钟的v o l p 。依据i d c 分析专家e 1 i z a b e t hf a r r a n d 预测，2 0 0 6 年近一半的 跨国境语音数据将通过i n t e r n e t 传输。据统计分析，v o i p 服务在2 0 0 2 年是1 3 0 亿美元， 到2 0 0 7 年将可以增长到1 9 7 0 亿美元。这些无疑都说明了v o i p 的强大优势和美好前景。 1 2 开展语音流服务质量机制研究的意义 有关如何通过公共的i n t e r n e t 网络为用户提供实时的、交互的、多媒体通讯服务的研 究其实早已丌始。1 9 7 7 年，d c o h e n 就首先提出了i p 网络上传输语音数据的问题 c 0 7 7 。 随后，围绕语音通信的各个环节的实现技术或机制的研究逐渐丰富起来。经过几十年的研 究积累，目前现实环境中已有很多的v o i p 具体应用。但是v o i p 运营商和用户依然认为难 以完美地实现v o i p 服务，服务甚至会陷入窘境。这是因为a 、b 两点之间语音数据的实际 传输仅仅是整个语音通讯服务的- d , 部分。v o l p 系统不仅应为语音提供质量保证。而且还 适j 衄十旧络语占流的服务质量关键管螋机制 要为整个系统服务提供保证。这就需要更多的、完善和可靠的协议或控制机制，譬如信令 协议，用以建立和维持呼叫、定义具体的业务操作、组织三方或更多方的会议、以及与p s t n 的互操作等。唯有这样，j 可能提供一个完整的v o l p 服务。针对i p 网络上实现实时语音 服务，i t u t 和t e t f 已先后制订了相应的标准h ，3 2 3 h 3 2 3 和s 】p s jp ，定义了v o l p 的 架构模型、呼叫管理和控制信令等。另外，欧洲电信标准协会( e t s i ) 实施了t i p h o n ( t c l e c o m m u n i e a t i o n sa n di n t e v n e lp r o t o c o i l a r m o n is a t j o no v e rn e t w o r k s ) 项目， 设立了7 个工作组从事1 p 电话标准的研究。标准的制定促进了v o i p 应用广泛、深入地发 展。目前现有的i t u t 和i i 计r 等制定的标准只是对v 0 1 p 的、l k 务操作有较完全的定义，并 1 i 能涵盖每个部分，仍然有相当多的技术问题有待解决。 业界已逐渐认识到在i p 网络之上传输多媒体通讯业务依然是很棘手的问题，仍然有诸 多根本问题困扰v o i p 应用的发展。众所周知的技术或运营问题有i p 网络上服务质量问题、 用户认证和授权问题、计费模型问题、不同厂商的v o l p 产品白j 互操作问题、v o i p 设备和 系统的可扩展问题、安全性问题、可靠性问题。刚被人们认识到或不为人所熟知的技术或 运营问题有与p s t n 运营商的无缝互连、v o l p 运营商问的无缝互连、v o i p 网络的扩展性、 v o i p 信令协议的不足、v o i p 网络模型的不足。运营问题的解决一般是依赖于商务操作，而 技术问题的解决则要依赖于新的研究成果。 在这些问题中，服务质量保证问题无疑是影响v o l p 发展的根本问题之一。i p 网络是 以用户自律为基础自由发展的，缺少有效的管理和运营手段，面临诸如安全、q o s 等方面 的问题。在当前t p 网络架构之上，网络的服务质量( o o s ) 保证问题，直接影响网络的进一 步发展。特别是当增加了实时业务需求时，i p 网络的服务质量保证问题显得尤为突出。对 于v o l p 应用而苦，服务质量保证机制直接影响用户的会话质量，进而影响服务的应用范围； 并直接影响系统资源的利用率、系统的可扩展性，并间接影响系统的计费方式、系统的互 连、信令等问题。市场竞争因素必然要求网络能够实现集成服务，即提供具有不同级别q o s 要求的服务。服务提供商会要求对v o i p 网络的定质定量，能为不同的用户提供不同级别的 服务，对网络的服务能力有定量的数据，以适应业务的发展。已习惯传统电话的用户也自 然要求v o i p 的质量能够与原有技术持平。v o i p 一方面是一个技术问题，要求有具体的服 务质量保证机制作为实现基础：另一方面又是一个运营问题，尤其是在多个运营商互连的 大舰模网络j 二实施v o i p 系统时，各种费用的结算、服务等级和策略控制的转换或衔接都需 要通过运营商之间的协商解决。因此，多年来围绕v o l p 的服务质量保证问题一直是网络领 域一个重要而又活跃的研究课题。 目6 u 】p 网络服务是尽力而为型的( b e s t e t f o r t ) ，其平面的协议结构缺乏严格的服务 质量控制，也没有向底层网络提供错误控制、流量控制，这些工作都交由高层协议处理。 i p 网络可以向延迟不敏感、丢包敏感的非实时应用提供可靠的服务，但难以向 v o i p ( v o i c e o v e r i p ) 、视频点播、视频会议、远程教学、远程医疗等实时服务提供可靠的 服务。这是因为它们对带宽、包延迟、延迟抖动分别有严格的服务质量要求，而网络拥塞 在i p 网络中是不可避免的，进而可能导致包丢失、过大的延迟和延迟抖动。另外，v o f p 鹕一章一j l 高 的语音传输通常是采用u d p 协议而u d p 本身是个不可靠的传输协议。 v o i p 应用的质量主要受包的丢失、延迟和延迟抖动所影响。如果包丢失，除非有如f e c 或重传等恢复机制纠正已丢失的包，否则性能必将下降。如果包经历了太大的延迟，超过 包的死限( d e a d l in e ) ，那么就成为滞后丢失。对v ( ) 1p 应用而吉，滞后丢失等同于包丢失。 传统电话的延迟为5 0 一7 0 毫秒i p 电话的延迟町以增至5 0 0 毫秒，而人可以忍受的延迟 为2 5 0 毫秒。而延迟抖动则直接影响接收端收听语音的平滑和可听性。1 1 u t 已明确提出 了语音通信的单向延迟不能大于15 0 m s ，4 0 0 m s 是可接受的语音通信的延迟死限，丢包率要 小于1 0 g 1 1 4 。 由于u d p 存在的不可靠性，以及语音服务质量控制要求，v o i p 的服务质量保证机制成 为重要的研究核心内容。目前尚无质量控制标准存在。早期的v o l p 技术研究并没有侧重考 虑其服务质量保证问题，随着服务质量的要求逐渐强烈，有关v o i p 的服务质量的研究也逐 渐深入和广泛，涉及到发送端、接收端、传输过程和整个系统级的服务质量控制。 a 发送端和接收端增强机制 主要是通过可变速率编码、多速率编码器和f e c 等机制增强v o i p 应用对网络负载变化 的适应能力，提升v o i p 的服务质量。目前多数语音编码算法或标准，包括g 7 11 、g 7 2 9 、 g 7 2 3 ，都是固定的单一速率，可变速率编码可以依据实际的语音信号和背景信号的特征提 高编码效率，允许编码器在不损伤语音质量的情况下减小语音流的带宽需求 b e 9 9 。多速 率编码器包含多个速率版本的语音编码算法，速率控制算法可以依据网络负载状态和丢包 率动态选择语音编码格式，调整语音流的峰值速率。g s m a m r ( g s ma d a p t i v em u l t i - r a t e ) 可支持从4 7 5k b s 到1 2 2k b s 的速率选择 e h j s 9 9 。新的i s om p e g 一4 语音标准包括 一个可变位速率的c e l p 语音编码器，支持速率从3 8 5k b s 到1 2 2k b s i s 0 9 8 。前向 纠错( f e c ) p h h 9 8 等错误纠诈措施可以通过信息冗余的方法克服部分的包丢失，提高应 用层容错能力并保证语音质量。b o o t b f t 9 9 基于f e c 提出了一个适应性错误控制机制， 通过结合速率控制算法优化语音质量。语音数据经过网络传输到达接收端后，由于网络负 载的动态变化，就产生了延迟抖动。为了吸收延迟抖动、克服延迟抖动对v o i p 质量的影响、 保证语音的平滑性和可听性，通常是在接收端设置延迟抖动缓冲区。r a m j e e r k t s 9 4 、 m o o n m k t 9 8 、p i n t o p c 9 9 、d e l e o n d s 9 9 】、r o s e n b e r g r q s 0 0 】等研究了同定时间的延迟抖 动缓冲区算法。x i e x l l s 9 9 、s r e e n a n s c a n 0 0 和i 。i a n g l f g 0 1 等提出了动态适应性的延 迟抖动缓冲区算法，以改善缓冲区延迟和滞后丢包之州的平衡。b o u t r e m a n s b b 0 3 考虑到 延迟抖动缓冲区对端到端延迟的影响，提出了一个适应性延迟抖动缓冲区和f e c 的联合调 整机制，通过一个联合速率、错误和回放延迟的控制算法来优化语音质量。l i a n g l s g o i 还提出了一个多路径同时传输语音流的方法，多个语音流之白j 是存在语音信息冗余，以减 小传输延迟和丢包，并提高语音质量。 适心 。叫络语占流的服务质量关键警理机制 b 传输控制机制 语音流经过网络传输可能产生延迟、丢包。为了避免延迟和丢包对语音质量的影响， 需要从数据层面和控制层面来控制语音包的转发、语音会话连接的建立、资源分配和路径 选择。数掘层面的队列管理和调度策略直接控制语音包的逐级转发操作，尽可能实现最快、 无丢失的包传递。由于语音流是延迟敏感、丢包不太敏感的，而数据流是延迟不敏感、丢 包敏感的，对语音流和数据流进行分类是必然的选择。各种分类或优先级的调度算法 l z o s o o ，w l 0 1j ，包括s t a t i cp r i o r i t y ( s p ) ，w e i g h t e df a jro u e u jn g ( w f q ) ，f a j rq u e u e v i r t u a lc l o c k ，e a r l l e s td e a d l i n ef ir s t ( e d f ) ，d e a y e a r i e s td u ed a t e ，j i t t e r e a r lj e s t d u e d a t e ，可以为v ( ) i p 流提供包转发的服务，并为控制层面的控制机制提供实 现基础。但目前主要队列管理和调度算法并没有考虑语音流和传统数据流的差异性。 s a n n e c k s l w c 0 1 和 t a m d i h a 9 8 f 对语音流的独特性，分别提出了d i f f l r e d 和l i f o 算 法应用于语音流的队列管理和调度，以改善在网络拥塞时语音流的转发性能。 控制层面机制主要研究如何控制系统和路径中用户量或连接数，系统中各个资源的分 配和预留，以及语音流的传输路径，以实现对系统中语音流可能遭遇的最坏情况进行控制， 确保语音流的延迟和丢包率在可以接收的范围内。它主要包括资源预留、流量工程、q o s 路由、接纳控制等。i e t f 已定义了标准资源预留协议一r s v p r s v p ，实现系统范围内资源 请求和分配，但它要求应用和设备都支持r s v p 协议，并存在可扩展性的问题。流量工程是 从运行网络的设计、资源的规划和调整等方面进行业务量处理的优化，通过它可以平衡网 络中不同的链路、路由器和交换机之i 、日j 业务负荷，使所有这些设备既不会过度使用，也不 会未被充分利用，达到有效利用整个网络资源的目的。多协议标记交换( m p l s ) m p l s 是 实施流量工程的有效工具。o o s 路由方式是通过选择满足多重条件约束的路径来提供q o s 保证的，约束条件包括链路( 带宽、延迟、丢包) 约束、路径约束( 带宽、延迟、丢包) l h h 9 5 、拓扑结构和策略约束等。约束路由可以对网络业务进行均衡的分配，避免拥塞 并有效利用网络资源。约束路由还可以结合多协议标记交换来完成路径的选定。约束路由 尤其是延迟约束路由可以有效的帮助v o i p 改善语音质量，s h i g a n gc h e n c n 9 8 和阔应骅 m i n 0 3 分析和讨论了延迟带宽约束算法和延迟花费约束路由的启发性算法。 传统p s t n 网络是通过呼叫接纳控制机制控制网络中呼叫的建立，确保每个呼叫对其经 历的线路资源的独占。v o i p 的接纳控制也是要控制语音会话对系统资源的占用。接纳控制 算法般是依据语音流的流量特征和当时系统资源的利用状态，通过特定的延迟和丢包分 析算法或测量技术，判定当前系统可用资源是否可以满足新进语音连接的服务质量要求。 若可以满足延迟和丢包要求，则可以接纳新进连接；否则拒绝它。d a i i a n a s d b 9 4 、 f i r oj u f k t 9 7 、l i e b e h e r r l w f 9 6 、u r v o y u n d 0 0 、s z a b o s z 9 9 、n a n d i t a n k j 0 1 和 z h a o c x b z 0 0 等研究了基于参数的接纳控制算法，可提供确定的或统计的服务质量保证： 6 u e r i n 6 a n 9 1 、f l o y d f i 。9 6 、k n i g h t l y k q 0 1 等研究了基于测量的接纳控制算法，由于 测量的精度原因，只能提供统计的服务质量保证。 第一章r j l 高 c 系统控制机制 服务质量的保证彳i 可能是依赖某个单一的技术，应是个技术的集合，相互协作。v o i p 服务质量保证可以分为两个层碰，一是单个语音流经l | ) 网传输的质量保证，：二是整个系统 内所有i p 语音流的质量保证。因为系统级的服务质量保证需要实现系统范围内所有资源的 合理化应用，需要解决各种技术之间的协调一致问题，所以它显得尤为重要。先后有各种 q o s 模型被提出，包括i b m 公司欧洲删络中心的h e i d e l b e r gq o s 模型 v w h w 9 6 、哥伦比亚 大学c o m e t 小组的e x t e n d e di n t e g r a t e dr e f e r e n c em o d e l ( x r m ) l b l 9 4 、宾夕法尼亚 大学的o m e g a 结构 n s 9 6 、加利福利亚大学伯克利分校的t e n e t 小组的t e n e t 架构 b f m m v z 9 6 ，f e 9 8 、华盛顿大学的终端系统q o s 框架 6 p 9 4 。以及其他研究组织或项目提出 的q o s a 模型 c c g h i ，9 3 、o s iq o s 框架 i s 0 9 5 、t i n aq o s 框架 t i n a 9 5 、m a s i 端到端模 型 b d f t t 9 4 。结合相关的q o s 结构模型的研究成果，i e t f 先后制定了两个标准q o s 框架： 集成服务模型i n t s e r v b c s 9 4 和区分服务模型d i f f s e r v j a 9 7 ，n j z 9 9 。i n t s e r v 模型是基 于逐个语音流通过资源预留协议( r s v p ) ，实现端到端的细粒度的服务质量保证，它同样存 在可扩展性问题。d i f f s e r v 模型是根据业务流的要求在网络边缘对业务流分类和聚合，通 过逐跳转发行为的控制实现粗粒度的服务质量控制。业务流的分类和聚合提高了q o s 模型 的可扩展性。i n t s e r v 和d jf f s e r v 模型为i p 网络上实现q o s 保证提供了标准架构，已在 一些具体的网络或v o i p 产品得到实现和应用。但是，i n t s e r v 和d i f f s e r v 模型仅仅是一 个框架式的标准，并没有也不能够涵盖q o s 保证的各个方面，以及与其它机制的衔接和关 系，也没有考虑具体应用的特征。 i p 网络的简单性是其可以得到自由、迅速发展的重要原因之一。随着i p 网络业务的增 加，尤其是v o l p 等实时业务的出现，i p 网络缺乏控制信令的不足显露得愈加清晰。而传 统的p s t n 网络具有7 号信令等控制信令，控制语音和数据业务的操作、资源的调配，从而 可以确保业务和系统的正常运转。为i p 网络发展与其业务规模相称的控制信令，无疑是及 时之需。h 3 2 3 、媒体网关控制协议( m e d i ag a t e w a yc o n t r o lp r o t o c o l m g c p ) a r 9 9 和s i p 标准已为v o i p 提供了丰富的业务操作信令 s r 9 8 ，d f 9 9 ：i e t f 的资源分配协议工作 组( r e s o u r c ea l o c a i o np r o t o c o l r a p ) 定义了通用丌放式策略服务协议( c o m m o no p e n p e l i c ys e r v i c e s - - c o p s ) b c d i t r s 0 0 ，提供了策略信息传递和策略控制的标准模型，r f c 2 7 4 9 进一步提供了c o ，s 和r s v p 协议协作机制 b c d h r s o o a 。g o y a l 等提出了d o s a 模型以 实现呼叫信令和资源管理操作的集成，从而满足语音会话的q o s 要求 g g k m m n r 9 9 。r f c 3 3 1 2 提供了资源管理和s i p 的集成标准 c m r 0 2 。i e t f 的下一步信令工作组( n e x ts t e p si n s i g n a l i n g - - n s i s ) f 在从事一个包括传输层和应用层的两层控制信令标准的研究和制定， 其首要应用对象将是q o s 信令 n s i s 。统一的、具体的、明确的可适应于v o i p 系统的、与 q o s 管理控制的紧密相关的信令协议仍是一个研究热点，它必须能够有效地实现业务控制、 资源分配、接纳控制、o o s 管理、策略控制等v o i p