肖清華 李 靜
【摘要】為了對(duì)基于EV-DO的VoIP QoS有一個(gè)定性的了解,文章首先給出了基于EV-DO的QoS架構(gòu),提供了EV-DO為VoIP定制的QoS參數(shù),而后在此基礎(chǔ)上闡述了在EV-DO網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)VoIP端到端的QoS保證的技術(shù)方式,對(duì)今后順利實(shí)現(xiàn)VoIP應(yīng)用有著很好的指導(dǎo)意義。
【關(guān)鍵詞】EV-DO VoIP QoS PPP
1前言
3G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)如火如荼,各種業(yè)務(wù)應(yīng)用也提上了日程。視頻電話、VoIP、多媒體會(huì)議、娛樂下載、小區(qū)定位等在不久以后將會(huì)大大豐富人們的生活。而隨著運(yùn)營商市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇,電話資費(fèi)將逐漸下降,基于互聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)腣oIP(Voice over Internet Protocol)作為技術(shù)發(fā)展的必然產(chǎn)物,也會(huì)逐漸浮出水面。而由于對(duì)移動(dòng)帶寬及通話質(zhì)量的需求,對(duì)VoIP的QoS要嚴(yán)格要求。

本文將以CDMA技術(shù)的EV-DO為基礎(chǔ),展開討論VoIP的QoS保證方式,以求最大限度地提高VoIP的話音質(zhì)量。
2EV-DO的QoS架構(gòu)
QoS描述了某種應(yīng)用對(duì)服務(wù)質(zhì)量的要求,通常用帶寬、時(shí)延、時(shí)延抖動(dòng)和分組丟失率來衡量:
? 帶寬/吞吐量:兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間數(shù)據(jù)流的平均速率;
? 延遲:數(shù)據(jù)流從一個(gè)源網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)搅硪粋€(gè)目的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的平均時(shí)長(zhǎng);
? 抖動(dòng):延遲的高頻率變化情況;

? 報(bào)文丟失率:數(shù)據(jù)流在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間傳輸時(shí)數(shù)據(jù)分組丟失的百分比,該指標(biāo)用于測(cè)量網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)能力;
? 可用性:數(shù)據(jù)流對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬的可獲得性。
互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組IETF建議的IP QoS技術(shù)方案主要有:集中服務(wù)(IntServ)、差分服務(wù)(DiffServ)、多協(xié)議標(biāo)記交換、流量工程和基于約束的尋路等。而基于EV-DO的QoS架構(gòu)則綜合了IntServ和DiffServ兩種模型。
2.1 QoS架構(gòu)
在EV-DO網(wǎng)絡(luò)中,終端采用RLP(Radio Link Protocol)協(xié)議,為VoIP等應(yīng)用向AN發(fā)送相應(yīng)的QoS請(qǐng)求。QoS鑒權(quán)通過后,AN開始為IP流分配資源,并與相應(yīng)的服務(wù)連接綁定。如圖1所示:
每個(gè)服務(wù)連接都具有一組QoS參數(shù)。

2.2 QoS參數(shù)
QoS的主要參數(shù)有:
(1)ProfileID:當(dāng)終端啟動(dòng)一個(gè)QoS應(yīng)用時(shí),會(huì)向AN(Access Network)發(fā)送QoS請(qǐng)求,這個(gè)請(qǐng)求包含了該應(yīng)用的每個(gè)IP流所期望的ProfileID。ProfileID用來標(biāo)示一套QoS參數(shù),例如所需帶寬、時(shí)延和丟包率等。
(2)授權(quán):收到QoS請(qǐng)求消息后,BSC判斷消息中所帶的ProfileID是否為允許的,如果允許,則接受該QoS請(qǐng)求消息,否則拒絕。用戶授權(quán)的ProfileID在HAAA中配置。
(3)接納控制:為保證QoS流的服務(wù)質(zhì)量能夠持續(xù)地得到保證,AN需要對(duì)QoS請(qǐng)求進(jìn)行接納控制,檢查系統(tǒng)是否有足夠的可用資源,包括空口帶寬和Abis鏈路帶寬等。在可用資源足夠的情況下,接納并預(yù)留相應(yīng)資源,當(dāng)資源不足時(shí)則拒絕接入。
(4)參數(shù)映射:每一個(gè)ProfileID被映射到一個(gè)QoS類。QoS類是根據(jù)業(yè)務(wù)QoS特征進(jìn)行的分類,例如BE(Best Effort)、流媒體、語音、視頻和游戲等。每個(gè)QoS類對(duì)應(yīng)一套參數(shù),包括調(diào)度參數(shù)、空口協(xié)議參數(shù)和功率控制參數(shù)等,這些參數(shù)都可以在OMC(Operation and Maintenance Center)中進(jìn)行配置。
(5)多服務(wù)連接:一個(gè)用戶可以有多個(gè)服務(wù)連接,用以承載不同QoS的IP流。每個(gè)服務(wù)連接包括一個(gè)RLP流、RTCMAC(Reverse Traffic Channel Media Access Control)流和A10連接。當(dāng)收到終端請(qǐng)求的ProfileID時(shí),AN決定為其建立多少條服務(wù)連接,以及這些連接所要配置的參數(shù)(例如RLP參數(shù)、調(diào)度參數(shù))。
(6)分類:當(dāng)用戶啟動(dòng)QoS應(yīng)用時(shí),終端會(huì)向PDSN(Packet Data Serving Node)發(fā)RSVP(Resource Reservation Protocol)消息以建立包過濾器,用以區(qū)分外網(wǎng)來的業(yè)務(wù)流,并轉(zhuǎn)發(fā)至相關(guān)的A10連接。
(7)標(biāo)記:在RAN側(cè),RP隧道或Abis鏈路的分組數(shù)據(jù)包,均根據(jù)各自的QoS類,被打上相應(yīng)的DSCP(Differentiated Services Code Point)標(biāo)簽。這樣可以使傳輸網(wǎng)絡(luò)識(shí)別不同的IP流,以確保其QoS需求。
(8)整形:BSC監(jiān)視每個(gè)服務(wù)連接的業(yè)務(wù)流并在必要時(shí)進(jìn)行流量整形,以避免業(yè)務(wù)流超出所承諾的速率。

(9)調(diào)度:在前向空口鏈路,BTS(Base Transceiver Station)根據(jù)QoS類的屬性和終端當(dāng)前的DRC(Data Rate Control)請(qǐng)求,對(duì)前向服務(wù)連接進(jìn)行調(diào)度;在反向空口鏈路,終端根據(jù)QoS類的屬性和所在扇區(qū)廣播的RAB(Reverse Activity Bit),對(duì)反向服務(wù)連接進(jìn)行調(diào)度;在Abis接口板上,系統(tǒng)根據(jù)QoS類的屬性對(duì)服務(wù)連接進(jìn)行調(diào)度。
3EV-DO的VoIP流程
一般地,VoIP呼叫包括三個(gè)階段(見圖2):
(1)啟動(dòng)VoIP應(yīng)用
終端啟動(dòng)VoIP后,會(huì)與PDSN之間建立PPP(Point to Point Protocol)會(huì)話,并為語音流和SIP流向AN發(fā)出QoS請(qǐng)求,終端會(huì)根據(jù)該請(qǐng)求將每個(gè)IP流綁定到相應(yīng)的服務(wù)連接上。與此同時(shí),終端發(fā)起包過濾器的建立。在RAN側(cè)QoS配置完成后,終端開始進(jìn)行SIP注冊(cè)。
(2)VoIP呼叫過程
當(dāng)開始VoIP呼叫后,終端會(huì)激活語音流,發(fā)起SIP呼叫。當(dāng)用戶結(jié)束VoIP呼叫時(shí),終端會(huì)通過SIP消息拆除呼叫,并去激活語音流。
(3)終止VoIP應(yīng)用
當(dāng)終端終止VoIP應(yīng)用后,會(huì)發(fā)起SIP注銷,然后釋放語音流和SIP流,刪除PDSN上相應(yīng)的包過濾器。
4VoIP的QoS實(shí)現(xiàn)與保證
4.1 VoIP的QoS實(shí)現(xiàn)
(1)Protocol Stack
為了確保VoIP的質(zhì)量,重新定義了VoIP的協(xié)議棧,如圖3所示:
協(xié)議棧分為數(shù)據(jù)層和信令層:數(shù)據(jù)層主要面向VoIP業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)所需的協(xié)議,信令層主要包括采用SIP(Session Initiation Proctocol)協(xié)議支撐呼叫控制信令所需的協(xié)議。
VoIP應(yīng)用包括兩種IP流:語音流和SIP流。語音流的QoS特征是低延遲、低速率,并可容忍一定程度的丟包;SIP流的QoS特征是低延遲、低速率和高可靠性。
(2)ProfileID
EV-DO VoIP采用ProfileID=0X100標(biāo)識(shí)語音流,ProfileID=0X500標(biāo)識(shí)SIP流。
(3)A10 SO
EV-DO為承載VoIP語音流的A10連接規(guī)定了編號(hào)為67的SO(服務(wù)類型),無需PPP封裝。
4.2 VoIP的QoS保證
在VoIP的呼叫過程中,可以看出主要通過以下技術(shù)方案來保證QoS:
(1)IntServ
終端采用RSVP協(xié)議,請(qǐng)求PDSN建立過濾器,用以指示PDSN將IP包承載在哪條A10連接上。
(2)DiffServ
AN分別為語音和SIP創(chuàng)建獨(dú)立的服務(wù)連接,不同的服務(wù)連接被打上不同的DSCP EF標(biāo)簽,這使得VoIP包在核心網(wǎng)上快速轉(zhuǎn)發(fā)。
此外,在EV-DO為VoIP定制的QoS中,還涉及了以下方式,來保障端到端的QoS:
(1)調(diào)度優(yōu)先級(jí)
承載語音和SIP的服務(wù)連接被給予最高的調(diào)度優(yōu)先級(jí)。
(2)RoHC壓縮
VoIP將語音幀被封裝在IP包中,由于一個(gè)語音幀很小,使得IP包頭開銷較大,降低了無線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的頻譜效率。因此,IP頭壓縮技術(shù)顯得至關(guān)重要。RoHC(Robust Header Compression)技術(shù),最多可以將RTP/UDP/IP包頭壓縮至2字節(jié),大大增加了頻譜效率。但需注意的是,RoHC不用于SIP流。
(3)無PPP封裝
承載語音流的A10連接的SO(服務(wù)類型)是67,無需PPP/HDLC封裝。這可使BSC在發(fā)現(xiàn)高空口鏈路錯(cuò)誤率時(shí),丟棄整個(gè)IP包,并使BSC可以運(yùn)用RoHC功能,提高語音數(shù)據(jù)包的處理效率。
(4)基于包的RLP流
基于包的RLP流用于承載語音幀,這樣可以減少RLP包頭的大小。而SIP流則基于字節(jié)。
(5)禁用RLP NAK
由于話音允許一定程度的丟包,因此禁用RLP NAK(Radio Link Protocol Negative Acknowlege Character),可以避免丟包時(shí)重傳,這樣可以降低端到端的延遲。
參考文獻(xiàn)
[1]肖清華, 樓隼. CDMA與其他制式的組網(wǎng)區(qū)別及策略[J]. 電信技術(shù), 2009(4).
[2]李增濤, 楊大成. CDMA2000 1X EV-DO的QoS控制機(jī)制[J]. 移動(dòng)通信, 2008(4).
[3]徐丹, 袁淑英, 王海燕. 淺談CDMA2000 1X EV-DO系統(tǒng)中的速率控制[J]. 移動(dòng)通信, 2008(8).★
【作者簡(jiǎn)介】
肖清華:高級(jí)工程師,博士畢業(yè)于浙江大學(xué),任職于華信郵電咨詢?cè)O(shè)計(jì)研究院有限公司工作,一直從事無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與設(shè)計(jì),在3G移動(dòng)通信領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、優(yōu)化、工程設(shè)計(jì)方面有豐富的經(jīng)驗(yàn),發(fā)表論文十余篇,并與人合作出版專著一本。
李靜:博士畢業(yè)于浙江大學(xué),講師,目前在杭州電子科技大學(xué)從事相關(guān)科研工作,發(fā)表論文十余篇。
收稿日期:2009年3月19日