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無線網狀網支持VOIP應用前景樂觀

2007/05/10

　　隨著各種無線數(shù)據(jù)網絡的飛速發(fā)展，當今市場已經對于各種技術提出了苛刻的需求，必須滿足用戶需求的技術才能夠很好地生存下來。起源于軍事領域的移動自組織網絡（MANET）從上個世紀末開始便受到了各大研究組織的瘋狂關注，因為其易部署、自管理、不依賴于基礎設施等特性滿足災害、野戰(zhàn)等場景的需求，但是由于其性能和成本的劣勢至今沒有得到民用設施的廣泛應用。

　　為了改進MANET使其適用于民用網絡，無線網狀網絡（Wireless Mesh Network）最近幾年被提出，其核心思想是將傳統(tǒng)MANET中既充當路由器又充當主機的對等節(jié)點在物理上分離為無線網狀路由器（wireless mesh router）節(jié)點和無線網狀客戶端（wireless mesh client）節(jié)點，并且通過邊界網關將無線網狀路由器接入Internet。

　　無線網狀網絡繼承了MANET自組織的優(yōu)點，并且還具有高帶寬、低成本、可靠、可擴展等優(yōu)勢。因為無線網狀路由器屬于固定設備，部署后不輕易移動，所以其成本相對支持移動MANET的網卡低廉，眾所周知無線傳輸?shù)膸捄途嚯x成反比，因此增加低成本的無線網狀路由器可以有效增加傳輸帶寬。其次，由于無線網狀路由器之間是網狀的連接，因此一條鏈路的失效并不影響傳輸，這樣的網絡具有高度的可靠性。再次，由于無線網狀網繼承了移動自組織網絡的自管理特點，擴充的無線路由器能夠進行自配置，因此具有高度的可擴展性。最后，無線網狀網絡滿足了任何民用設施都不可缺少的Internet接入需求，比起MANET更為實用。

　　正是因為這樣的優(yōu)勢，無線網狀網絡成為當前各大研究機構關注的重點，而其對于上層應用支持的焦點則聚集在了移動話音業(yè)務，而傳統(tǒng)MANET對于VOIP業(yè)務的性能評估結果總是差強人意。在此，人們非常關注無線網狀網絡能否滿足用戶對于實時話音業(yè)務的質量要求。

　　專業(yè)測試公司Iometrix日前基于IEEE 802.11工作組的在研草案進行了首次無線網狀網絡的性能評估測試工作。這項測試比較了當前最為流行的兩類無線網狀網解決方案：室內單路無線回程（single-radio wireless backhaul）解決方案和室外多路無線網狀網（multi-radio outdoor mesh）解決方案。

　　這項測試通過單項時延、抖動和丟包率等指標來評估平均意見分（即Mean Opinion Socore，簡稱MOS，是電信業(yè)標準規(guī)定的用戶對于話音質量主觀體驗的評估指標）。這項測試同時還評估了用戶漫游場景下的切換時延等性能。最終的測試數(shù)據(jù)被有效地分析和提取出來，以表征和無線網狀網VOIP應用相關的系統(tǒng)特性。以下篇章我們基于測試結果詳細分析無線網狀網承載VOIP應用的性能特點。

　　話音質量對于網狀網絡的挑戰(zhàn)

　　隨著無線網狀網應用的日趨廣泛，使其支持話音應用的需求急劇增加。如何性能合乎要求，用戶非常樂意用廉價的基于無線網狀網的VOIP業(yè)務取代蜂窩電話，因為這樣的無線VOIP應用資費基本等同于無線寬帶基礎設施接入的費用。而市場上新進增加的各種結合802.11接入和蜂窩網絡接入的雙模手機更是加劇了這種趨勢。

　　然而，要想無線VOIP能夠滿足用戶對于話音質量的需求，其底層無線接入網絡必須具有高吞吐量、低時延、話音分組包端到端優(yōu)先排隊等特性，目前并不是所有的無線網狀網都滿足這樣的需求。

　　特別值得注意的是，由于多跳（Multi-hop，即接入網中的無線傳輸需要經過多個無線路由器才能到達AP。在傳統(tǒng)無線網絡中，無線傳輸僅僅是從移動終端到AP的一跳接入，而引入移動自組織網絡后，允許無線傳輸經由多個無線設備到達接入點，無線網狀網的路由器繼承了移動自組織網絡這樣的特性。）特性在無線網狀網中被保留，相應會引起帶寬衰減、網絡延時等性能問題。這樣的性能問題在無線網狀網部署規(guī)模擴大的時候可能會被放大得更為明顯。

　　為了支持VOIP應用，無線網狀網的路由器節(jié)點還需要合理地管理無線網狀網客戶端的其他業(yè)務流，使其不影響對于實時性要求較高的VOIP數(shù)據(jù)包的傳送優(yōu)先級。而目前最大的問題在于，標準化工作中已經規(guī)定了的對于話音類業(yè)務分組包的優(yōu)先級，并沒有在實際部署中被無線網狀網路由器節(jié)點有效地采用，因為這些節(jié)點不能很好地識別客戶端發(fā)起的VOIP數(shù)據(jù)包。

　　無線網狀網話音業(yè)務質量測試方法

　　Iometrix對于室內單路無線回程和室外多路無線網狀網這兩類解決方案進行了性能測試比較，以評估其是否能滿足以上所提及的話音質量需求。

　　第一個測試系統(tǒng)是基于室內單路無線回程方案設計的，用于酒店、會館、醫(yī)院、寫字樓和學校。這個系統(tǒng)可以看作最為基本的無線網狀網接入方案，是無線網狀網系統(tǒng)的比較基準。

　　第二個測試系統(tǒng)是基于無線網狀網設計的，由Strix Systems提供，用于支持高帶寬的無線數(shù)據(jù)業(yè)務，這套方案共采用了6個復用的無線信道。

　　這兩套參加評估的系統(tǒng)共用了一些統(tǒng)一的性能配置：他們都使用專用802.11a無線網卡進行回程連接，這比起同時使用一個頻段進行上下行連接更為高效，并且比起802.11b接入具有更高的帶寬。

　　Iometrix在Azimuth System的800瓦射頻屏蔽環(huán)境下進行了上述兩套無線網狀網系統(tǒng)的VOIP話音質量測試，結果分離了噪聲、干擾等各種無線環(huán)境所可能帶來的過早隨機擾動。通過嚴格控制的射頻衰減，這套實驗系統(tǒng)同時還模擬了真實情況下的距離、移動和障礙物等因數(shù)，包括了600個無線網狀網客戶端。

　　為了測試話音質量，Azimuth System建立了30條雙向的端到端無線呼叫，每條呼叫跨于了1到4跳的中繼無線路由器，并且在兩端監(jiān)控VOIP業(yè)務流。Iometirx則負責測量單向時延、抖動和丟包率等指標，從而核算MOS值。其中，網絡抖動的測量是遵照RFC 1889協(xié)議進行的。

　　最后，這項測試還分別在無其他業(yè)務流和加入50％其他業(yè)務流兩種場景下同時進行（加入其他業(yè)務流干擾時，都采取了相應技術來保護話音業(yè)務的優(yōu)先級），觀測其他業(yè)務流對于VOIP業(yè)務流的影響力度，從而比較VOIP業(yè)務的優(yōu)先級是否在實際產品中生效。

　　測試結果分析

　　通過上述實驗，Iometrix得出以下的結論：

　　首先是在無其他業(yè)務流加載的情況下比較室內單路無線回程和室外多路無線網狀網兩種方案。結果顯示前者大多符合質量要求的呼叫由1跳的無線路由完成，一旦呼叫經過2跳以上質量便開始急劇下降；而后者符合質量要求的呼叫經過1－4跳路由分布均勻，即是說在多路無線網狀網接入的情況下，無線跳數(shù)的增加不會影響呼叫質量。

　　其次，當加入50％其他業(yè)務流干擾的時候，室內單路無線回程方案1跳路由的話音質量削弱了10％－45％，而室外多路無線網狀網方案中符合質量要求的呼叫由沒有加載其他業(yè)務流前的36個減少為23個。

　　最后，為了測試漫游切換的性能，Iometrix構建了一個無線網狀網客戶端節(jié)點（作為移動終端）在兩個無線網狀網路由器節(jié)點之間移動的場景。而整個切換時延開始于切換前節(jié)點最后一次收到移動終端發(fā)出的幀，中止于切換后節(jié)點第一次收到移動終端發(fā)出的幀。測試結果表明，兩套系統(tǒng)在切換性能方面都具備很好的性能，這得以于網狀網的結構。其中，室內單路無線回程方案的丟幀率為零，因為系統(tǒng)在一跳無線鏈路毀壞前已經建立了下一條就近的鏈路；室外多路無線網狀網方案的切換時延小于50毫秒，這完全能夠滿足VOIP業(yè)務對于話音質量的要求。

　　作為移動自組織網絡在民用設備市場的演進，無線網狀網絡繼承了MANET自組織的優(yōu)點，并且還具有高帶寬、低成本、可靠、可擴展等優(yōu)勢，因此今年來得到了各大研究領域極其重點的關注。而其對于上層應用，特別是VOIP應用的支持，是其能否取得市場成功的關鍵所在。日前Iometrix開始了首次無線網狀網承載VOIP應用的性能評估工作，測試對象是室內單路無線回程和室外多路無線網狀網兩種方案，結果顯示無線路由跳數(shù)增加對于前者干擾較大，而對于后者幾乎沒有影響。收益于網狀的網絡結構，兩套方案切換時延都能夠很好地滿足VOIP話音業(yè)務的需求。

IT168


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