無線局域網(wǎng)上VoIP傳輸?shù)姆召|量機制研究.pdf

1、無線局域網(wǎng)技術從其被提出的時候開始，就因其高帶寬、支持移動、簡單靈活、低廉方便的特點獲得了極大的發(fā)展和應用。隨著WLAN技術的不斷完善和成熟，在WLAN上傳輸多媒體包括語音、音頻和視頻等信息成為需要和可能。VoIP技術和WLAN技術的融合是未來通信技術發(fā)展的必然趨勢。由于IEEE802.11WLAN系統(tǒng)主要采用的是基于競爭的分布式接入模式，VoIP等多媒體流在其之上傳輸時難以得到良好的帶寬保證。VoIP在WLAN上傳輸時受到較多方面的限

2、制，如容量較小、語音質量難以保證、缺乏合適的接納控制調度機制等問題。因此，怎樣提升WLAN上VoIP傳輸容量，增強傳輸可靠性，提高傳輸質量等成為當前推廣WLAN上VoIP廣泛應用急需要解決的問題。本文重點對這幾個方面的問題進行研究。 IEEE802.11e草案提出了在WLAN中增強QoS機制的方法和原理，但它僅僅為VoIP提供了最高優(yōu)先級調度的功能，而在容量水平提高方面、語音質量保證等方面沒有進行規(guī)范，其接納控制過程也沒有考慮V

3、oIP傳輸過程中帶寬預留的實際需要以及站點移動情況下的接納調度問題。針對這些情況，本文在全面分析國內(nèi)外相關研究的基礎上，圍繞著提高WLAN上VoIP傳輸?shù)哪芰退?，在容量水平分析、提高容量的方法、接納控制方法、移動時自動速率的選擇和動態(tài)資源預留接納控制等方面進行深入研究，提出相應的解決方法。 本文研究工作是在“公共無線局域網(wǎng)絡安全體系及其應用研究(國家863計劃No.2002AA143010)”和“WPA安全體系及其應用研究(

4、國家863計劃No.2003AA143040)”項目基礎上進行的。首先，分析了VoIP在IEEE802.11各標準協(xié)議上傳輸?shù)娜萘恐?，提出了基于發(fā)送負載均衡方法來提高VoIP在IEEE802.11各標準協(xié)議上的傳輸容量；接著分析了WLAN上VoIP傳輸時的接納控制問題，提出了基于活動站點估計并考慮帶寬資源預留的接納控制方法和基于信道測量的信道利用估計(MA-CUE)接納控制方法；同時考慮站點移動的情況，提出了基于信道預測的自適應鏈路調整

5、算法和自適應資源預留CUE接納控制方法來實現(xiàn)速率自動選擇和自適應接納控制過程；最后分析了WLAN上VoIP技術的幾種結合模式和具體應用模型，并描述了前面提出的各種機制和方法在一個公共無線局域網(wǎng)具體系統(tǒng)中的實現(xiàn)過程。 本文的主要貢獻包括以下幾個方面： (1)全面分析了近年來國內(nèi)外在WLANQoS方面的相關研究成果，包括如何支持語音、視頻等多媒體在WLAN上傳輸?shù)南嚓P機制和方法。本文將已有的QoS機制大致分成三大類：(一)分

6、布式QoS保證機制，包括優(yōu)先級調度方法和公平性保證調度方法；(二)接納控制及帶寬分配機制；(三)自適應鏈路調整機制。 (2)針對VoIP在IEEE802.11WLAN上傳輸受限問題，考慮碰撞概率的影響，提出了基于馬爾可夫鏈模型對VoIP在IEEE802.11各標準協(xié)議上傳輸?shù)淖畲笕萘恐颠M行分析。仿真驗證結果表明，在不同的傳輸速率和不同語音包大小情況下，VoIP的傳輸容量值是不一樣；傳輸速率越高，VoIP語音包越大，其對應的容量值

7、也越大。 (3)提出了基于發(fā)送負載均衡(TLB)機制的VoIP傳輸容量提高方法。該方法針對VoIP鏈路的雙向傳輸特性，分析了在多路VoIP傳輸時AP上存在的下行發(fā)送重負載問題，提出了降低AP發(fā)送負載的TLB機制。該機制均衡了AP和站點之間的發(fā)送負載問題，并降低了幀頭和協(xié)議額外負載對語音傳輸?shù)挠绊憽?shù)值計算和仿真結果表明，TLB機制在IEEE802.11b下可以提高50％的容量水平，在802.11a/g和802.11e下，容量水平

8、甚至可提高60％。 (4)在IEEE802.11e接納控制基礎上，提出了兩種針對VoIP傳輸?shù)慕蛹{控制方法，即在全VoIP傳輸環(huán)境中的基于活動站點估計的接納控制方法和在混合數(shù)據(jù)VoIP傳輸環(huán)境中的基于信道測量的改進CUE接納控制方法。這兩種接納控制方法都考慮了帶寬的資源預留，同時考慮VoIP鏈路的雙向傳輸特性，計算簡單，可實現(xiàn)性好，效率高。 (5)針對VoIP連接的站點在AP覆蓋范圍內(nèi)移動時需要解決的自動速率選擇問題，以

9、及在剛開始接納這路VoIP時的資源預留問題，提出了基于信道預測的自適應速率選擇算法和自適應資源預留CUE接納控制方法。自適應速率選擇算法采用線性AR預測模型，根據(jù)歷史接收幀的RSS數(shù)據(jù)來估計出當前數(shù)據(jù)發(fā)送時的RSS值，并結合發(fā)送幀長度和幀重傳數(shù)來共同決定當前數(shù)據(jù)發(fā)送的最佳速率選擇。仿真結果表明該方法能更準確地選擇幀發(fā)送的速率，提高吞吐量。針對站點移動情況下的資源預留接納控制過程，提出了一種自適應資源預留CUE接納控制方法，根據(jù)各站點的站

10、點移動歷史，記錄在過去一段時間內(nèi)站點的速率變化的過程，統(tǒng)計出對應的使用概率，估計出一個考慮移動預留的期望速率值，然后根據(jù)這個期望速率值來計算期望CUE并進行接納控制，從而得到合適的資源預留量來保證站點移動時通話的可靠保持及帶寬資源節(jié)省之間的均衡。 (6)最后，分析了WLAN和VoIP結合的模式，以及WLANVoIP模式在家庭、企業(yè)和公共熱點地區(qū)的應用模型，同時還指出了前面提出的各機制和方法在一個公共無線局域網(wǎng)系統(tǒng)中具體實現(xiàn)的過程