VoIP业务Qos性能优化研究_针对voip做qos
VoIP业务Qos性能优化研究由刀豆文库小编整理，希望给你工作、学习、生活带来方便，猜你可能喜欢“针对voip做qos”。
VoIP 业务QoS 性能及其优化研究
张路宜
200522160013
VoIP(voice over IP)就是通过IP 网络承载语音业务,也称IP 网络电话。当网络出现拥塞或传输差错时,语音包就会产生时延、抖动甚至丢失,导致语音不连续或中断,严重影响语音质量。VoIP 业务有着严格的实时性要求,时延、抖动和丢包这3 个影响VoIP 服务质量的主要因素与承载网的性能密切相关。
目前,优化QoS(服务质量)的业务模型主要有intserv(集成服务)、diffserv(区分服务)和MPLS(多协议标签交换)3 种。intserv 可扩展性差,在现有的网络上实现起来非常困难;diffserv 提供了基于类的QoS ,具有良好的可扩展性,但缺乏有效的end2to2end(端到端)机制;MPLS TE(流量工程)通过有效地管理带宽资源,间接改善网络服务质量,但其带宽管理
以及MPLS TE 隧道都无法做到基于业务类别。如果EF(加速转发)、AF(保证转发)、BE(尽力而为)这几类业务都承载在一个MPLS TE 隧道中,那么EF和AF 业务将受到严重的影响。因此, 单独采用diffserv或MPLS TE 服务模型来优化VoIP 业务的QoS ,效果都不尽如人意。
MPLS diffserv2aware TE 是具有diffserv 感知能力的MPLS 流量工程,综合了diffserv 和MPLS TE 两者的优点形成的一种新的集成业务模型,实现了基于业务类别的带宽管理和隧道服务,可以有效保证VoIP 业务在承载网上的服务质量。VoIP 传输基本原理
传统的电话网采用电路交换方式传输语音,可以确保语音传输质量。VoIP 技术将发送的模拟语音信号数字化之后进行编码、压缩,然后转换为IP数据包在网络上传输;在接收端再进行拆包、解压、解码等逆向处理,最后转化为模拟语音输出。包含基本配置的IP 电话网结构如图1 所示,我们以电话用户025 呼叫022 为例,简单介绍VoIP 的通信接和传输过程。025 话机拨号向022 话机发起呼叫,呼叫信令进入语音网关编码、压缩成特定的帧,经过IP 网络送入关守(GK:gate keeper)后对025 话机进行鉴权。如鉴权成功,则对被叫号码022 进行地址解析,通过落地网关与PSTN(公用交换电话网)建立逻辑通道,分别给主叫送回铃音、给被叫送振铃音。至此,经由接入语音网关与落地网关的一个呼叫流程就建立起来了。发送的模拟语音信号由接入语音网关进行编码、压缩、组帧,语音分组通过IP 网络传输到达落地网关,再经过拆包、解压缩、解码等一系列逆向处理,转变为模拟语音信号,通过PSTN 到达被叫话机。VoIP 业务QoS 性能分析 2.1 时延
时延是一个分组从发送端发出后到达接收端的时间间隔,是端到端的时延。ITU2T G.114 规定,对于高质量语音可接受的单向时延是150ms。网络时延可分为固定网络时延和变化网络时延2 部分。固定网络时延是指在发送端和接收端间的信号传输时延、语音编码时延以及VoIP 编解码的语音打包时间。网络的传输时延值约为6.3μs/ km , G.729编解码标准编码时延为25ms(包括2 个10ms帧加5ms算法时延),打包时延为20ms。变化网络时延主要源自网络拥塞,而拥塞是不定时发生的,所以由此产生的时延也是变化的。这种可变时延会因在外出接口队列中长时间的等待或较大的串行化延迟而迅速增长。语音分组在外出队列中排在一个大数据分组后导致长时延情况如图2所示。为了控制语音数据包到达目的地的时延,必须有足够的带宽来保证。
图2 语音分组排在大数据分组后产生的时延
2.2 抖动
抖动是指由于各种时延的变化导致网络中数据分组到达速率的变化。它主要由以下几个因素引起:排队时延、可变的分组大小、中间链路和路由器上的相对负载。补偿抖动的常用方法是在接收端设备上进行缓冲处理。虽然这与减小时延的目标相悖, 但对消除抖动带来的影响是必要的。如图3 所示,在时延一定时,当抖动增大时抖动缓冲区也得相应增大,而增大缓冲区就意味着需要占用接收端设备更大的存储器空间并带来更大的时延。
抖动幅度与抖动缓冲区大小关系示意图消除抖动的缓冲区大小可按下列方法估算。假设在一次连接中,所有分组中传输时间最短的那个时延值等于固定传输时间, 即Tmin = min{ Tn}式中Tn 是每个分组的时延。
每个分组的时延抖动为Xn = | Tn – Tmin 一段时间内的平均时延抖动(期望值)为M = E(Xn)
平均时延可用来确定消除抖动的缓冲区的大小。在相对稳定的情况下,设某种语音编码方式的帧长为F ,一段时间内的平均时延抖动为M ,帧速为f ,则缓冲区大小为Mf F。
2.3 丢包
语音分组在传输过程中有可能被丢失,其原因主要是分组超时或网络拥塞。IP 数据报在网络中寻径具有随机性,为避免数据报进入死循环,系统在一个新数据报产生时,会在其头部TTL(time to live)标志位设定其在网络中的最大生存时间。如果超过这个时间限制,系统自动将其丢弃。造成拥塞的主要原因是网络中的设备没有足够的缓冲区接收数据,如果通向某一路由的队列排队太长,将会产生溢出,导致分组丢失。当单个分组丢失时,采用插值技术可以近似恢复,对语音的理解影响不大。但是,如果有多个连续分组丢失,那么只能靠插入静默帧来处理。通常,语音编解码可以允许3 %～5 %的丢包率。3 VoIP 业务QoS 性能优化
3.1 MPLS diffserv2aware TE模型
diffserv 将流量分成几个等级并按每个等级分配网络资源。为了避免采用信令协议, 它以6 位diffserv码点(DSCP)直接在数据包上标记等级。DSCP 字段是IP 报头中服务类型(ToS)字段的一部分。IETF 对很少使用的ToS 字段进行了重新定义,将其分隔成6 位DSCP 字段和2 位显式拥塞通知(ECN)字段。diffserv 为流量提供不同的转发处理,从而为不同的流量执行特定的QoS。它是一种可扩展的解决方案,不需要在网络核心基于流信令和状态进行维护。但是,如果流量的传输路径不能提供足够的资源来满足QoS 要求,diffserv 将无法保证QoS。
MPLS TE 利用可用资源沿链路建立标签交换路径(LSP),从而确保始终为特定流提供有保证的带宽,以避免在稳定或故障情况下出现拥塞。如果沿最短路径的可用资源不足, 可以不按照最短路径来设计LSP , 从而实现传输资源优化。
MPLS 通过链路保护和快速重路由等机制实现故障发生时的快速恢复。但MPLS TE 忽略了在一个汇聚级别(包含所有服务类别)的可用带宽上,进行CoS(cla of service ,服务等级)的分类和操作。MPLS diffserv2aware TE 通过将diffserv 与TE 两者的功能结合在一起,使MPLS TE 能够感知CoS ,允许根据CoS 细粒度来预留资源,并在每个CoS 级别提供MPLS 容错机制。因此,MPLS diffserv TE 可以用来为VoIP 业务提供QoS 保证,从而满足严格的SLA(servicelevel agreement ,服务等级协定)。
3.2 VoIP 业务QoS 优化方法
在MPLS diffserv2aware TE 中,可以采用BE 和EF这2 种diffserv PHB(per hop behavior ,单跳行为),BE用于数据传输,EF 用于语音传输。EF 在diffserv 域比BE 具有更高的优先级。我们的目标是对语音业务提供服务质量保证。每条链路上配置2 个调度队列,一个用于BE ,另一个用于EF。IETF 要求支持最多8 个CT(cla type ,级别类型),从CT0 到CT7。我们将CT0 映射到BE 队列,CT1 映射到EF 队列(用于传输VoIP 业务)。一个diffserv TE LSP 只能传送一个CT 的流量,但是传送同一个CT 流量的LSP 可使用相同或不同的抢占机制。本文从描述的简单性出发,只考虑支持2 种CT , 分别用于语音和数据业务。其中CT1 比CT0 具有更高的资源占用优先级。
我们采用RDM(Ruian doll model)带宽分配模式,将CT1(话音流量)的带宽限制在链路的某个比例,以确保话音流量具有较小的队列延迟。通过IGP(内部网关协议)广播每条链路上基于CT 的每个优先级的可用带宽, 采用改进的最短路径优先(CSPF)算法,在原来TE 的限制条件下再加入CT 特定的带宽要求作为限制条件来计算路径。LSP 的CT信息在RSVP 路径消息的全新级别类型对象(CT对象)中进行传输,并规定请求预留带宽的CT。以下2 个规则可确保在网络中渐进部署diffserv TE:CT对象只用于从CT1 LSP(如果CT1 对象丢失,则假定为CT0);节点接收到包含CT 对象的路径信息时,如果它无法识别该消息,将拒绝建立路径。
承载在路径消息中的CT 信息,指定了沿路径的每个节点上都执行许可控制的CT。如果沿路径的节点的资源足够,则接收新LSP ,节点计算每个CT 新的可用带宽和优先级别,这些信息随后被送回IGP。另外,我们采用基于Exp 位的diffserv 处理方法(简称E2LSP),在整个diffserv 域中配置一致的Exp2PHB 映射。简而言之,MPLSdiffserv2aware TE 就是对IGP 进行扩展,收集EF 和BE 类的资源使用情况,分别建立TED(流量工程数据库),通过信令协议携带类别建立LSP。这种集成服务模型的优点在于LSP 的建立是基于每个CT 的带宽要求,既可以实现基于类的QoS ,又可以进行带宽控制,提供了低丢失、低延迟、低抖动以及确定的带宽服务,可以很好地满足VoIP 的QoS 要求。
参考文献
[1 ] 张登银, 张庆英.基于因特网的QoS 技术及其业务分析[J ].计算机工程与科学, 2002 ,24(3):31 —35.[2 ] 桂海源.IP 电话技术与软交换[M].北京:北京邮电大学出版社,2004.[3 ] 张登银, 孙精科.VoIP 技术分析与系统设计[M].北京:人民邮电出版社,2003.[4 ] LOVELL David.Cisco IP 电话技术[M].北京:人民邮电出版社, 2002.[5] VoIP业务Qos性能分析 张登银 施伟 南京邮电学院 江苏通信技术 2005-02
[6] BLAKE S , BLACK D , CARLSON M, et al.An architecture fordifferentiated services[ EB/ OL ].RFC2475 ,1998212.
刀豆文库小编为你整合推荐3篇浅谈前端性能优化，也许这些就是您需要的文章，但愿刀豆文库能带给您一些学习、工作上的帮助。......
【导语】刀豆文库的会员“lucykaixin520”为你整理了“web服务器性能优化”范文，希望对你的学习、工作有参考借鉴作用。作为一种资源的组织和表达机制，Web已成为Internet最主......
浅谈前端性能优化1、前端性能优化的一点：对js、css、图片等进行压缩，尽可能减小文件的大小，减少文件下载的时间，从而减少网页响应的时间。2、前端性能优化的另一点：对HTTP传输进......
谈优化无线网络性能（推荐10篇）由网友“糯米糍”投稿提供，下面是小编为大家整理后的谈优化无线网络性能，以供大家参考借鉴!篇1：谈优化无线网络性能 对于无线网络的速度总是不尽人......
我也做了很长时间医疗软件，也写过不少sql优化，没有详细记录下来，个人感觉下面转载的更符合医院医疗软件实际业务，很认可大部分所写的原则，固转载过来，以作借鉴。软件的根本还是在......
