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VoWLAN若干问题的分析与对策


    随着无线通信技术和移动终端的迅猛发展,以IEEE802.11为基础的无线局域网的应用越来越广泛。据In-Stat/MDAR公司预测VoWLAN(无线局域网上传输语音)将成为竞争力很强的语音传输技术,预计到2006年,将有50万台基于802.11无线局域网标准的语音终端设备投向市场,其前景十分乐观。尽管VoWLAN的应用方案(见图1)已经呈现在我们的面前,但是要保证业务能顺利开展还有许多问题有待解决,主要表现在以下几个方面。
 
 



图1VoWLAN应用方案



  一、语音质量问题
  传统的IP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,存在失序到达和时延抖动甚至分组丢失等情况。数据业务对实时性要求不高,但话音属于实时业务,对时序、时延等有严格的要求。

  语音质量传统上是采用主观方法来衡量的。它主要采用ITU 建议的P.800中的MOS(mean opinion score)指标。ITU P.800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。ITU 推荐标准G.107采用E-MODEL 来测量语音质量。E-MODEL告诉我们有两个主要因素会影响数字语音在WLAN上的传输,它们是时延和数据丢失,失序到达问题可以采用RTP和RTCP技术加以解决,下面分别加以介绍。

  1.时延的影响

  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。VoWLAN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

  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.711的IP打包速度比较快,大约1ms。低码流编解码器要用更多的时间,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.723把模拟信号转化为数字信号有67.5ms的时延。因而使用高压缩率的解码器可以减少VoWLAN上的流量,相应的时延也会增加。也就是说一旦编解码器的算法选定,是时延便固定了。

  (3) 缓冲器时延

  缓冲器在接收机上主要用来消除当VoIP包失序到达时产生的语音回声。把VoIP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VoIP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,这样就会导致通话的中断。所以设计VoWLAN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

  从路由器到防火墙再到交换机等等,网络设备都会产生时延。有些设备例如集线器,时延是相对不变的。其他设备例如路由器的时延会因为网络的流量和拥堵情况而变化。对于WLAN来讲传输时延是有通信数据速率决定的。在802.11b网络中,如果传输速率是1Mbit/s,时延则要比11Mbit/s的高出11倍。

  虽然以上四种时延都会影响语音质量,但是前三种是不受控的,能提高的余地很小;而传输时延可以通过优化网络结构加以改善。

  2.数据丢失的影响

  因为VoIP包传输具有时实性的特点,所以就没有时间重新发送丢失的包。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会使通话变得好无意义。

  无线网络中有两个主要的原因会导致包的丢失:CSMA域中流量过大,有冲突的包就会被丢弃;或者时延变化过大,因为包到达缓冲器过晚或过早而被丢弃。

  WLAN中有三种方法可以用来改善语音质量。

  (1) 减少每个方向上总的单向时延。WLAN中语音和数据均以最大速率进行传输可以解决这个问题。

  (2) 减少时延的差异。减少每个CSMA域中客户的数量可以解决这个问题。

  (3) 减少包丢失,特别是脉冲丢失。即使包丢失可以有802.11协议的重试机制来减轻,AP的拥塞控制机制也必须要保证语音包丢失的最少。如果每个AP在发射信号之前能确保语音业务的优先级,就可以减少包的丢失。

 

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