新款無線網(wǎng)絡標準VoIP詳解(一)
2009/10/19
無線網(wǎng)絡標準VoIP介紹
隨著WiFi標準的改善、802.11芯片體積不斷減小而功能不斷擴充,無線區(qū)域網(wǎng)絡語音(VoWLAN)電話系統(tǒng)的可行性也逐漸提升。雙頻移動電話可使用WLAN連線提供可靠的屋內(nèi)話音服務,而寬帶電話服務則通過WLAN連結筆記電腦。另一方面,架構于WLAN的網(wǎng)絡電話手機,由于只需一臺WLAN基地站便能輕易支持多個手機,與具備低成本優(yōu)勢的傳統(tǒng)無線電話機相比毫不遜色。
802.11標準建立了提供可靠、高性能的WiFi網(wǎng)絡電話系統(tǒng)所需之基本機制。其中顯著的例子為安全性(802.11i/WPA)與QoS(802.11e/Wi-Fi多媒體)。此外,諸如Atheros開放程序碼的JumpStart
for Wireless這類單鍵安全設定法,可讓所有使用者即使在手機無法顯示英文字母與數(shù)字的狀況下,仍能快速設定WLAN網(wǎng)絡電話手機的組態(tài)。
WLAN網(wǎng)絡電話系統(tǒng)中其中一項尚未標準化的項目為輪詢方法(polling method)。因此本文就現(xiàn)有的兩種輪詢方法,分別討論其不同的優(yōu)點和缺點,并且特別著墨于移動裝置中最關鍵的要素──耗電量。
所有降低耗電量的方法,均必須盡可能讓用戶裝置使用低功耗的睡眠模式,而802.11芯片必需以睡眠模式中最低的耗電量以支持此作法802.11芯片必須以睡眠模式的最低可能耗電量支持此種作法。例如,Atheros
的AR6000移動型射頻單芯片(radio-on-a-chip mobile;ROCm)裝置,實現(xiàn)了極低耗能量的睡眠模式,以及自動省電模式(Automatic
Power-Save Delivery;APSD)技術。ROCm同時提供絕佳的性能,能啟用高速傳輸以縮短發(fā)送/接收的時間,而芯片上的嵌入式處理器之自給式驅動程序,可分攤處理主機處理器上的經(jīng)常性的網(wǎng)絡維護操作。通過以上的做法與其他省電策略,ROCm芯片能改善WLAN操作的耗電效率,效果可比傳統(tǒng)WLAN芯片的高達六倍,因此能改善電池壽命。現(xiàn)時可實現(xiàn)各種VoIP應用的新一代802.11裝置,就包含這類的芯片。
將語音導入WLAN
802.11 WLAN可利用高性能的元件以提供可靠的整體性能,然而,此媒體的特性在處理語音流量時,仍面對相當嚴苛的挑戰(zhàn)。由于WLAN使用免執(zhí)照頻譜,因此必須容忍來自不同外部裝置與其他WLAN的大量干擾。此外,如同其他IP網(wǎng)絡,WLAN并不支持同步操作(synchronous
operation)。因此,通常無法在微秒級下做預測。由于VoIP是以固定時間間隔產(chǎn)生VoIP封包(即訊框)的固定數(shù)碼速率(CBR)應用,因此WLAN的CSMA競爭法明顯缺乏中央同步時序(centralized
synchronous timing)。
此現(xiàn)象與移動電話系統(tǒng)所實作的標準電話機制形成更大的對比。移動電話系統(tǒng)使用授權頻譜與小心規(guī)劃的基地站部署,務求將無線電干擾減至最低。移動電話系統(tǒng)從電話到骨干線路都保持同步,于是能掌握微秒層級的時序而且永不偏離,也因此能預知容量的大小,且容量提供給單一類別服務設計應用:語音。
這些移動電話系統(tǒng)的特性令它能輕易符合ITU-T建議的G.114標準,此標準指定端點對端點延遲預算不得大于150微秒。由于移動電話系統(tǒng)整體的架構采用可決定的方式應用時脈語音封包,因此不需因為要確保低延遲,而對語音封包以特殊的服務品質(zhì)(QoS)機制排定優(yōu)先順序。移動電話系統(tǒng)利用現(xiàn)有時槽、多工與語音服務管理加入資料服務。
WLAN則剛好相反,語音服務必須借助于原本針對資料而設計的功能。WLAN僅能用到端點對端點延遲預算150微秒的一部份,如果兩端都使用WLAN進行對話,那么延遲預算還要更進一步縮限。此外,若語音封包必須跨越網(wǎng)際網(wǎng)絡或忙碌的企業(yè)網(wǎng)絡,那么封包將無法避免延遲抵達,有時甚至無法抵達。遲到的封包可能成群抵達。
只要使用過舊式轉碼器在網(wǎng)際網(wǎng)絡或通用WLAN中以語音通信的人,都會熟悉這些問題。建立高品質(zhì)VoWLAN的作法之一是改變WLAN以符合傳統(tǒng)編碼器的需要。事實上,無論是全時或分時,專屬實作均顯示802.11
MAC可改變?yōu)槭褂猛健r槽式的TDMA作法;此作法能有效解決以WLAN傳輸話音問題,不過這類系統(tǒng)通常與現(xiàn)有的WiFi裝置與網(wǎng)絡不相容。
雖然完全同步的網(wǎng)絡頗具吸引力,但缺乏嚴格同步卻也正是802.11的主要強項。這些年來,我們可在以太網(wǎng)絡和ATM網(wǎng)絡之間的競爭中看到這類IP網(wǎng)絡的優(yōu)點。當可靠而具適應式(夠好)之通道存取對上嚴格時(完美)序式作法時,夠令人滿意的作法通常因更具多樣性而比受歡迎。
在設計VoWLAN系統(tǒng)時避免使用同步作法的另一個原因,是這些系統(tǒng)并非在封閉環(huán)境下運作。使用WLAN傳輸語音的主要賣點,是讓雙模移動電話與其他語音裝置能利用現(xiàn)有的WLAN基礎結構。
C114中國通信網(wǎng)
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