0、引言

　　隨著Internet技術的發展和計算機的多媒體化，VoIP得到飛速發展。VoIP是利用基于路由器的IP分組交換網絡實現話音通信的一項傳輸技術。該技術的優勢在于IP電話采用了先進的語音編碼技術，只需要8～12 kbit/s的帶寬，可以在比傳統電路交換網絡的64 kbit/s小得多的帶寬上傳輸。

1、VoIP基本原理與構架

　　VoIP是一種可以在IP網絡上傳輸語音信號的技術。它借助一連串的轉碼、編碼、壓縮、打包等程序，使得語音數據在IP網絡上傳輸到目的端，再經由相反的程序，還原成語音信號供接聽者接收。VoIP模型的基本結構圖如圖1所示。在IP網絡上傳輸語音信號，要求一個基本的VoIP架構大致包含四個基本元素：媒體網關器（Media Gateway）、媒體網關控制器（Media Gateway Controller）、語音服務器、信號網關器（Signaling Cateway）。它們主要負責語音信號的IP封包，信號傳輸與轉換，提供語音響應，進行相關交換控制以及增值服務等。

圖1　VoIP的模型結構

　　VoIP的傳輸過程可以大致分為五個階段：一是將模擬語音信號進行編碼，通過對模擬語音信號進行8位或6位的量化使得語音信號得以在IP網絡中傳輸，數字化的過程可以使用多種語音編碼方案來實現；二是將語音包以特定的幀長進行壓縮編碼，同時并添加尋址及控制信息，這樣才能通過網絡將數據轉發到目的地；三是IP包的傳送，根據每個數據報文的目的地址，路由完成報文從源地址到目的地址的傳送；四是IP包的數據處理，到了目的地址，由目的地的VoIP 設備接收這個IP數據并開始處理，去掉尋址和控制信息，保留原始的原數據，然后把這個原數據提供給解碼器；五是將數字語音重新還原為模擬語音，并通過特定的頻率用揚聲器播出。

2、VoIP在WLAN的應用

　　隨著基于802.11的無線數據網絡在全球日益普遍，終端用戶正尋找更多的途徑來擴展其應用模式，VoWLAN（Voice over WLAN）就是新興應用之一。與有線VoIP不同，VoWLAN是利用WLAN網絡實現無線的VoIP通話能力。它能讓使用者隨時訪問語音、電子郵件和其它已聯網的資源，同時提高了網絡效率并降低了每次呼叫的成本，從而降低總體IT費用。

（1）VoWLAN面臨的挑戰——QoS保證

　　VoWLAN系統中，由于無線鏈路引入的串擾和多徑傳播將導致衰落和色散，從而引起系統的附加時延和抖動。而語音業務對于時延和抖動非常敏感，因此在VoWLAN系統中提供一種QoS保證技術就顯得非常重要。IEEE 802.11標準定義了兩種不同的信道訪問機制：一種是點協調機制（PCF），基于CSMA/CA方式；另一種是分布式協同機制（DCF），基于輪詢方式。但是這兩種都沒有劃分優先級，因此隨著用戶數的增多，MAC不能保證為實時語音業務提供可靠的分組傳輸且傳輸時延和抖動在規定范圍內。為此，IEEE 802.11工作組的媒體訪問控制（MAC）改進任務組（即E任務組）對802.11的MAC層協議進行改進，使其可以支持具有QoS要求的應用，即 IEEE802.11e標準。IEEE 802.11e中，MAC接入采用混合協同功能（HCF）控制機制。HCF與PCF和DCF直接兼容，而且可以支持優先級和參數化的媒體訪問服務。HCF 結合了競爭和輪詢兩種機制，其中，基于競爭的訪問機制稱為增強式點協同功能（EPCF），而無競爭的訪問機制稱為增強式分布系統功能（ED-CF）。 EDCF對業務先進行分級，為不同的優先級數據提供不同的服務輸出隊列，每個服務隊列采用EDCF方法來競爭傳輸資源。主要表現在不同優先級隊列擁有的小閑散時間（DIFS）和競爭窗口不一樣，可利用參數來改變競爭窗口大小，從而可以獲得不同的重發等待時間，保證了實時業務有更高的服務優先級。

　　EPCF信道訪問方法采用QoS相關的點協同功能，稱為混合協同器（HC）。HC利用點協同功能把優先級信道分配給無線終端，用于傳輸有QoS 需求的數據，來滿足預定義的傳輸優先級、服務速率、延時和抖動。有QoS需求的移動終端可以給HC發送預留請求（RR）。移動終端可以在EDCF模式或者 EPCF模式下發送RR，也可以在受控競爭間隔（CGI）內發送。

　　由上可見，隨著對QoS研究的不斷深入，IEEE 802.11e協議也在逐步完善，一方面在原有的框架內修改了分布式和集中式的協調機制，并保持了對傳統協議的兼容；另一方面也提出了一些獨特的解決方案，如批應答和準入控制。根據國外做出的研究和仿真報告，IEEE 802.11e可以實現很好的QoS性能。

（2）VoIP在WLAN的應用——移動性

　　移動性也是很大的挑戰。無線電話用戶可能會更頻繁地在接入點之間漫游，這就要求在接入點之間具有無縫的，低反應時間的轉移。當VoIP結點的移動跨越不同的子網時，即移動到不同的IP網段，這時光靠上一節的鏈路層切換還不能解決問題。目前對VoIP電話移動性支持包括網絡層的Mobile IP協議和應用層信令協議SIP。SIP信令能夠在VoIP結點的位置發生變化時，通話對方可以透明地撥打該VoIP電話，例如VoIP結點在甲地和乙地可以用同一個電話號碼進行通話。另外，當正在通話的用戶從甲地移動到乙地時，采用Mobile IP技術可以保證通話的不間斷。

　　目前使用Mobile IP技術的問題是三角路由問題，即當VoIP結點的位置發生變化時，通信對方發給VoIP結點的話音數據，仍然要先發給家鄉代理，再由家鄉代理向 VoIP結點轉發。雙方之間不能直接進行通信，會增大雙方的通話延遲時間。三角路由如圖2所示。為了消除三角路由，可以采用路由優化技術，如Mobile IPv6等。

圖2　三角路由問題

　　另外，由于IEEE 802.11網絡的覆蓋范圍有限，當VoIP結點移出WLAN時，通話就會中斷。對于這個問題，目前的雙模手機是一種很好的方法，如圖3所 示。當用戶在 WLAN范圍內時采用基于IEEE802.11的VoIP電話，若移出則采用GPRS等技術構成的VoIP電話。當然，若要使通話不間斷，實現平滑切換，可以考慮使用Mobile IP技術。

圖3　雙模手機應用模型

（3）VoIP在WLAN的應用——安全性

　　，安全性也是一個復雜的問題，但必須加以解決，以使用戶能放心地進行語音或數據通訊。從安全角度來看，語音和數據通訊是完全一樣的。安全算法解決方案，如目前的WPA和即將出臺的IEEE 802.11i標準（TKIP），都將增強WLAN網絡的安全性。 WPA包括基于IEEE 802.1X的認證和TKIP。TKIP采用RCA加密算法與各種機制，如Michael信息完整性代碼、每包密鑰構建機制（per-packet key）和擴展初始化矢量（IV）等，來消除WEP協議中潛在的安全性漏洞。IEEE 802.11i還將包含一個基于AES的加密/數據認證協議CCMP（CBC-MAC Protocol）。隨著802.11i標準的制訂和獲得批準，VoWLAN安全性將提供別的保護，使之可以得到廣泛布署。

3、VoWLAN發展前景

　　VoWLAN在實現和運營方面存在很多障礙，但消費者對此項應用的需求非常強烈。在企業領域，特別是在醫療衛生等垂直行業，VoWLAN發展勢頭將會越來越強勁。蜂窩-WLAN雙模手機將會逐漸普及，而且一旦價格降到一定水平，WLAN將成為手機的通用功能，因此VoLAN在消費領域有著巨大的增長潛力。