有效提升无线IP话音传输品质_voip

有效提升无线IP话音传输品质

张彤 2007/10/31

　　早晨，Dave Goodman一边开车，一边在脑子里整理着公司下一步全面部署无线IP话音系统的思路，他计划一上班就立刻召集工程师们开一个会议，讨论实施这个方案的可行性。

　　Dave Goodman是美国一家经营房地产商业抵押贷款公司的CTO。这家公司已经为获得本地移动VoIP功能，专门建立了自己的无线网络。Dave Goodman解释说，公司的行政助理们常常到处走动，参加多个项目的讨论会，同时还要支持另一位行政助理的工作。他们需要能够接听打给他们自己的直拨PBX号码的电话，并且还需要在同事离开办公桌时“监控他们的分机”。

　　无线IP通信的应用，为企业用户提供了话音自由移动的便捷性和运营与管理的低成本，这些特点使其成为了企业通信不可或缺的组成部分。但对无线的传输品质，尤其是其稳定性、安全性的质疑，一直影响着这项技术成为未来企业通信承载平台的道路。语音或者视频是对网络传输品质有较高要求的应用，因此，随着企业用户对无线IP通信的重视程度的不断加深，无线如何提升网络的传输品质，就成为了一个现实的问题。

保障流畅的话音

　　对话音质量的考察，传统上是采用主观方法来衡量的。也就是人们在进行通话时感受到的话音是否连续、是否清晰、会不会突然中断等问题。

　　无线IP通信的话音传输关系到两个方面，第一是以VoIP技术为基础的各种应用和协议。第二是无线技术，目前研发的无线IP话音是遵循802.11协议的，所以选择支持802.11协议的设备也是建立无线IP语音的必要保证。对于无线话音品质而言，这两块需要分开来研究，我们先来讨论属于VoIP技术的时延问题。

　　把VoIP包直接转化为模拟信号前，话音数据包会预先保存在缓冲存储器中。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回声。然后编解码器从缓冲器中取出下一个连续的包并转化为模拟信号。这就造成了传输的时延，当时延过多时，数据包被取出的动作就会停止，等待新包的到来，导致通话的中断。同时，如果缓冲器处理的数据包太多，可能会产生显而易见的延时，进而恶化话音质量。另外，从整个数据包的网络通路来看，网络中的路由器、防火墙、交换机等网络设备也会令话音的传输产生时延。对于WLAN来说，由于路由时延会因网络的流量和拥堵情况而变化。因此，传输时延是由通信数据速率决定的。

　　传输时延可以通过优化网络结构加以改善。减少每个方向上总的单向时延。同时，AP的拥塞控制机制可以保证数据包丢失的最少。如果每个AP在发射信号之前能确保话音业务的优先级，就可以减少包的丢失。

　　一种叫做Encore的技术中包含了两项确保语音QoS的指标：一种是BroadRange功能，可提供高达125M的传输带宽，并且具有帧簇发功能。华硕网络通讯部产品经理傅建华说，这项技术可以在话音传输瞬间要求过大速率时，减少双向话音总的单向延迟。

　　另外一种技术是Wi-Fi联盟发布的无线多媒体(Wi-Fi MultiMedia，WMM）技术，它提供了流经无线局域网的数据包的优先次序。这对于语音和多媒体应用是非常必要的。它将作为IEEE 802.11e标准的子集之一，以满足业界对Wi-Fi网络应用与多媒体QoS解决方案的需求。华硕在自己的产品中同时提供了这两项技术，以确保语音与视频的优先传输。而ZyXEL公司则利用Pre-Authentication、 PMK Cache和 IAPP提升技术，提高无线传输在AP间漫游的速度，通过自动识别话音流量，分配最高优先级并保障此类应用的带宽。

　　对于同样影响话音传输质量的数据包失序到达问题，业界普遍采用实时传输协议RTP（Realtime Transport Protocol）和实时传输控制协议RTCP（Realtime Transport Control Protocol）加以解决。

　　RTP提供了时间信息和实现流同步，而RTCP负责提供传输质量在当前应用进程之间的交换控制。在RTP会话期间，各参与者周期性地传送RTCP包，包中含有已发送的数据包的数量、丢失的数据包的数量等统计资料。因此，服务器可以利用这些信息动态地改变传输速率，甚至改变有效载荷类型。RTP和RTCP配合使用，能以有效的反馈和最小的开销使传输效率最佳化，故特别适合传送网上的实时数据。

语音的安全“特权”

　　当前面说的两个条件都满足后，就可以通过Wi-Fi手机将音频信号数字化并以数据包的形式通过无线网络发送出去。

　　在电信领域，保证语音传输品质的标准有两个“死规定”，一是“5个9”的网络稳定性；另一个是“50ms”的切换间隔。对于无线话音来说，移动电话等终端设备必须能够迅速地切断与一台接入点的连接，然后连接到另一台接入点上。切换过程超过50毫秒，这种间隔就会被人耳感觉到。但是，802.11网络中目前的漫游延时平均在数百毫秒，这将导致话音质量下降。快速的切换对于基于无线的话音得到广泛部署是必不可少的。

　　802.11r标准用于加快WLAN中的接入点之间或蜂窝之间的切换速度。

　　802.11r将优化移动终端在接入点之间移动时的切换过程。这项协议可以使无线终端在进行切换前、在新接入点上建立安全和QoS状态，这样做将大大减少连接丢失和应用中断。全面采用这项协议不会带来新的安全漏洞。

　　802.11r将控制漫游移动终端与候选接入点的通信方式，建立安全联系并预留QoS资源。使用802.11r时，终端可以利用当前的接入点作为与其他接入点连接的管道，从而大大减少切换信道造成的中断。

　　随着无线网络使用的普及，为了满足增加的容量，接入点的密度可能会增加，这将导致更频繁的切换。这种环境将会从802.11r提供的功能中受益。

　　另外，无线语音所提供的随时随地自由通信的功能，必须基于在任何地点都能通过无线接入网络的架构，这对于企业网的安全势必造成更大的压力。它要求企业的网络能够应对不断出现的访问控制及高性能业务的安全要求，更明确地协调统一控制应用。

　　通过将安全政策从网络核心扩展到边缘，有效的访问控制能够在一定程度上应对承载语音流传输的无线网络对安全性的特殊要求。对此，Juniper在原来的统一接入控制产品基础上推出了加强版本的 UAC 2.1，将访问控制扩展到网络流量，从而减少企业资产外露的相关风险。该公司系统工程师梁小东介绍说，增强的Juniper入侵检测与预防(IDP)平台2～7层可见性，使网络有能力将风险隔离在某个用户或设备上，进而针对上述用户或设备采取可设定的策略。其具有身份识别功能的Profiler技术，将用户身份和角色信息绑定到网络和应用程序使用上，使企业能够更有效地追踪并审计网络和应用访问。同时提供对不可管理设备的动态应对，帮助强化基于角色或资源的访问控制。

不可忽视的QoS

　　要在WLAN上实现语音和视频等多媒体通信，就需要在传输数据的时候，对数据进行传输优先级分类，这就是QoS的思路。在无线网络中实现QoS的标准是IEEE 802.1e，这项标准将使WLAN管理员能够设置不同种类数据包的优先范围，并可控制被发送数据包之间的时间间隔。这就为语音和视频的传输开了绿灯。

　　WLAN的QoS应当根据数据包的类型来处理流量，如将它们分为语音、数据或视频等。服务级特性（Class-of-Service）对流量进行分类，而QoS特性则对传输的流量设置优先级。

　　802.11e标准中已经增加了一套提高性能的标准。增加的条款能够让网络管理员设置网络，以便满足应用程序的要求。

　　一项称作“增强分布式协调访问”(EDCA)的访问方式和名为“混合控制信道访问”(HCCA)的访问方式扩展了原来802.11标准规定的访问方式。EDCA使每一种访问类型对应一类数据。这些参数能够让网络管理员根据应用程序组合和通信量调整网络。因此，高优先等级数据的延迟不会随着网络通信的增加而遭到损失。这就为保证无线语音的QoS优先级服务的实现提供了保证，也提供了目前语音和多媒体等应用需要的服务质量和增强的网络性能。

　　Aruba提供了另一种独特的语音流分类（VFC）功能支持的无线话音QoS，VFC功能实现了每个流的高级策略制订和优先级控制，对角色或用户、设备以及正在发送的实际流量进行比较。而QoS策略制定可提高合法话音流量的优先级功能。因此，性能质量更高，即使存在大量WLAN数据流量的情况下也如此。

802.11n高速路

　　话音对传输品质的要求非常苛刻。可靠性、可持续的数据流的要求在无线VoIP中非常重要。在现阶段，作为补偿，用户必须部署更多的接入点，而且接入点需要用全向天线代替常规的单向天线集中向某个区域发射无线电信号。这就加大了用户在管理和成本方面的投入。

　　802.11n标准在速度、覆盖范围和安全方面被认为是与话音无线传输最相匹配的技术之一。在传输速率方面，802.11n能在20MHz到40MHz的带宽内实现将目前802.11a及802.11g提供的54Mbps提高到108Mbps，甚至高达500Mbps。北电企业网工程师经理孙志方认为，这使得话音在传输过程中的数据流延迟得到有效控制。而且基于MIMO(多入多出)与OFDM(正交频分复用)技术的结合，不但提高了话音无线传输质量，也使传输速率得到极大提升，理论上，WLAN传输速率可达到目前传输速率的10倍，从而实现高质量的话音传输效果。

　　在覆盖范围方面，802.11n采用智能天线技术，通过多组独立天线组成的天线阵列，可以动态调整波束，保证让WLAN用户接收到稳定的信号，并可以减少其他信号的干扰，从而提升语音的清晰度。

　　美国Duke大学对这项新的技术进行了实际使用环境的测试。在一所校园宿舍中，该大学部署了8台Cisco Aironet 1250接入点，该宿舍中住着大约50位学生。每台接入点都通过交换机实现千兆以太网连接，交换机通过安装在建筑中的1台路由器和专用的WLAN控制器互联。Duke大学网络人员监测到同时多达30个以上的客户机连接在这条802.11n无线网路上，其中的多数客户机使用11b/g/a，一些客户机使用全新的优盘11n接口。

　　测试结果是令人满意的，据Duke大学信息技术办公室通信基础设施副主管说，这个802.11n基础设施不仅在性能上，而且在无线可靠性和一致性上都向前迈进了一大步。他说：“802.11n可以帮助我们现实与有线网络相媲美的无线网络的目标。它能够更简单地使企业或校园内获得相当于蜂窝电话的移动性。用户将可以借助它向VoIP迁移，也可以利用它完成端到端的WLAN覆盖。

编看编想

强制性的品质保证

　　越来越多新的应用（比如文中提到的语音和视频的应用），大量消耗现有的互联网带宽，同时对网络传输的品质也提出了更高的要求。为了获得更加优越的移动性能，新应用对于无线网络的服务质量有非常高的要求。记者曾经就这个问题专门咨询了Wi-Fi联盟的高级市场总监Karen Hanley女士，他的回答是：关于稳定性，“为了得到更好的无线话音传输效果，在过去几年的时间里，已经有很多厂家在接受802.11n的测试。未来在下一代的802.11n的技术中，将把目前的性能提升5倍，在这样的背景之下，承载话音应用的平台服务质量将会成为一个强制性的测试和认证。而同样被提到很高要求的还有安全问题，Hanley强调了WPA2认证加密技术。她认为，这项技术能够对无线传输过程中的数据包执行更加高安全性的加密和更加严格的认证程序。同样，未来这种WPA2加密认证将是任何一种在802.11n协议基础上进行的无线传输，必须要进行的强制性的测试，使话音的私隐性和传输的稳定性都得到提升。

　　作为当前无线领域最具影响力的认证机构之一，Wi-Fi联盟在认可802.11n提供的更高速度和传输距离的同时，更强调了对安全和传输稳定性测试的强制性保证，这就像是当年买车根本不需要考虑尾气排放一样，而今天一辆没有达到排放标准的车已经不能在我们城市的街道上行驶了，未来没有品质保障的无线也会面临同样的结果。

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