基于ＥＶ－ＤＯ的ＶｏＩＰ　ＱｏＳ研究

肖清華　李　靜

【摘要】為了對基于EV-DO的VoIP QoS有一個定性的了解，文章首先給出了基于EV-DO的QoS架構，提供了EV-DO為VoIP定制的QoS參數，而后在此基礎上闡述了在EV-DO網絡中實現VoIP端到端的QoS保證的技術方式，對今后順利實現VoIP應用有著很好的指導意義。

【關鍵詞】EV-DO VoIP QoS PPP

1前言

3G網絡的建設如火如荼，各種業務應用也提上了日程。視頻電話、VoIP、多媒體會議、娛樂下載、小區定位等在不久以后將會大大豐富人們的生活。而隨著運營商市場競爭的加劇，電話資費將逐漸下降，基于互聯網傳輸的VoIP（Voice over Internet Protocol）作為技術發展的必然產物，也會逐漸浮出水面。而由于對移動帶寬及通話質量的需求，對VoIP的QoS要嚴格要求。

本文將以CDMA技術的EV-DO為基礎，展開討論VoIP的QoS保證方式，以求最大限度地提高VoIP的話音質量。

2EV-DO的QoS架構

QoS描述了某種應用對服務質量的要求，通常用帶寬、時延、時延抖動和分組丟失率來衡量：

? 帶寬/吞吐量：兩個網絡節點間數據流的平均速率；

? 延遲：數據流從一個源網絡節點傳輸到另一個目的網絡節點的平均時長；

? 抖動：延遲的高頻率變化情況；

? 報文丟失率：數據流在網絡節點間傳輸時數據分組丟失的百分比，該指標用于測量網絡節點的數據轉發能力；

? 可用性：數據流對網絡帶寬的可獲得性。

互聯網工程任務組IETF建議的IP QoS技術方案主要有：集中服務（IntServ）、差分服務（DiffServ）、多協議標記交換、流量工程和基于約束的尋路等。而基于EV-DO的QoS架構則綜合了IntServ和DiffServ兩種模型。

2.1 QoS架構

在EV-DO網絡中，終端采用RLP（Radio Link Protocol）協議，為VoIP等應用向AN發送相應的QoS請求。QoS鑒權通過后，AN開始為IP流分配資源，并與相應的服務連接綁定。如圖1所示：

每個服務連接都具有一組QoS參數。

2.2 QoS參數

QoS的主要參數有：

（1）ProfileID：當終端啟動一個QoS應用時，會向AN（Access Network）發送QoS請求，這個請求包含了該應用的每個IP流所期望的ProfileID。ProfileID用來標示一套QoS參數，例如所需帶寬、時延和丟包率等。

（2）授權：收到QoS請求消息后，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請求消息，否則拒絕。用戶授權的ProfileID在HAAA中配置。

（3）接納控制：為保證QoS流的服務質量能夠持續地得到保證，AN需要對QoS請求進行接納控制，檢查系統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，接納并預留相應資源，當資源不足時則拒絕接入。

（4）參數映射：每一個ProfileID被映射到一個QoS類。QoS類是根據業務QoS特征進行的分類，例如BE（Best Effort）、流媒體、語音、視頻和游戲等。每個QoS類對應一套參數，包括調度參數、空口協議參數和功率控制參數等，這些參數都可以在OMC（Operation and Maintenance Center）中進行配置。

（5）多服務連接：一個用戶可以有多個服務連接，用以承載不同QoS的IP流。每個服務連接包括一個RLP流、RTCMAC（Reverse Traffic Channel Media Access Control）流和A10連接。當收到終端請求的ProfileID時，AN決定為其建立多少條服務連接，以及這些連接所要配置的參數（例如RLP參數、調度參數）。

（6）分類：當用戶啟動QoS應用時，終端會向PDSN（Packet Data Serving Node）發RSVP（Resource Reservation Protocol）消息以建立包過濾器，用以區分外網來的業務流，并轉發至相關的A10連接。

（7）標記：在RAN側，RP隧道或Abis鏈路的分組數據包，均根據各自的QoS類，被打上相應的DSCP（Differentiated Services Code Point）標簽。這樣可以使傳輸網絡識別不同的IP流，以確保其QoS需求。

（8）整形：BSC監視每個服務連接的業務流并在必要時進行流量整形，以避免業務流超出所承諾的速率。

（9）調度：在前向空口鏈路，BTS（Base Transceiver Station）根據QoS類的屬性和終端當前的DRC（Data Rate Control）請求，對前向服務連接進行調度；在反向空口鏈路，終端根據QoS類的屬性和所在扇區廣播的RAB（Reverse Activity Bit），對反向服務連接進行調度；在Abis接口板上，系統根據QoS類的屬性對服務連接進行調度。

3EV-DO的VoIP流程

一般地，VoIP呼叫包括三個階段（見圖2）：

（1）啟動VoIP應用

終端啟動VoIP后，會與PDSN之間建立PPP（Point to Point Protocol）會話，并為語音流和SIP流向AN發出QoS請求，終端會根據該請求將每個IP流綁定到相應的服務連接上。與此同時，終端發起包過濾器的建立。在RAN側QoS配置完成后，終端開始進行SIP注冊。

（2）VoIP呼叫過程

當開始VoIP呼叫后，終端會激活語音流，發起SIP呼叫。當用戶結束VoIP呼叫時，終端會通過SIP消息拆除呼叫，并去激活語音流。

（3）終止VoIP應用

當終端終止VoIP應用后，會發起SIP注銷，然后釋放語音流和SIP流，刪除PDSN上相應的包過濾器。

4VoIP的QoS實現與保證

4.1 VoIP的QoS實現

（1）Protocol Stack

為了確保VoIP的質量，重新定義了VoIP的協議棧，如圖3所示：

協議棧分為數據層和信令層：數據層主要面向VoIP業務數據所需的協議，信令層主要包括采用SIP（Session Initiation Proctocol）協議支撐呼叫控制信令所需的協議。

VoIP應用包括兩種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標識語音流，ProfileID=0X500標識SIP流。

（3）A10 SO

EV-DO為承載VoIP語音流的A10連接規定了編號為67的SO（服務類型），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方案來保證QoS：

（1）IntServ

終端采用RSVP協議，請求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創建獨立的服務連接，不同的服務連接被打上不同的DSCP EF標簽，這使得VoIP包在核心網上快速轉發。

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）調度優先級

承載語音和SIP的服務連接被給予最高的調度優先級。

（2）RoHC壓縮

VoIP將語音幀被封裝在IP包中，由于一個語音幀很小，使得IP包頭開銷較大，降低了無線移動網絡的頻譜效率。因此，IP頭壓縮技術顯得至關重要。RoHC（Robust Header Compression）技術，最多可以將RTP/UDP/IP包頭壓縮至2字節，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（服務類型）是67，無需PPP/HDLC封裝。這可使BSC在發現高空口鏈路錯誤率時，丟棄整個IP包，并使BSC可以運用RoHC功能，提高語音數據包的處理效率。

（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。

（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），可以避免丟包時重傳，這樣可以降低端到端的延遲。

參考文獻

[1]肖清華, 樓隼. CDMA與其他制式的組網區別及策略[J]. 電信技術, 2009(4).

[2]李增濤, 楊大成. CDMA2000 1X EV-DO的QoS控制機制[J]. 移動通信, 2008(4).

[3]徐丹, 袁淑英, 王海燕. 淺談CDMA2000 1X EV-DO系統中的速率控制[J]. 移動通信, 2008(8).★

【作者簡介】

肖清華：高級工程師，博士畢業于浙江大學，任職于華信郵電咨詢設計研究院有限公司工作，一直從事無線網絡規劃與設計，在3G移動通信領域的網絡規劃、優化、工程設計方面有豐富的經驗，發表論文十余篇，并與人合作出版專著一本。

李靜：博士畢業于浙江大學，講師，目前在杭州電子科技大學從事相關科研工作，發表論文十余篇。

收稿日期：2009年3月19日