Wi-Fi承載VoIP？
2005/09/20
對無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)來說，語音就是“殺手級應(yīng)用”。而高性能的Wi-Fi網(wǎng)狀網(wǎng)系統(tǒng)是殺手級IP無線網(wǎng)絡(luò)。不過不是所有的網(wǎng)狀網(wǎng)都是一模一樣的。隨著無線網(wǎng)狀網(wǎng)越來越流行――幾乎每天都會有人宣布新部署的公共和專用網(wǎng)絡(luò)，添加語音應(yīng)用的商業(yè)需求就需要網(wǎng)絡(luò)能提高總體性能，以便處理實時應(yīng)用。
一旦網(wǎng)狀網(wǎng)中出現(xiàn)多個中繼段（hop），就很容易出現(xiàn)一些問題，譬如帶寬衰退、網(wǎng)絡(luò)時延和應(yīng)用爭奪優(yōu)先級。如果網(wǎng)絡(luò)覆蓋廣大地區(qū)，這些問題會更加嚴(yán)重。缺乏網(wǎng)絡(luò)性能會嚴(yán)重影Wi-Fi服務(wù)提供商最希望提供的一些實時服務(wù)，譬如VoIP。這些問題的嚴(yán)重性大不相同，具體取決于部署環(huán)境具體采用的無線無網(wǎng)狀網(wǎng)架構(gòu)：單無線裝置、雙無線裝置還是多無線裝置架構(gòu)。
網(wǎng)狀網(wǎng)針對實時應(yīng)用在性能方面，有四個重要需求；而將無線IP語音傳輸（wVoIP）部署到Wi-Fi網(wǎng)狀網(wǎng)上，則可采用三種網(wǎng)狀網(wǎng)架構(gòu)；多無線裝置、多射頻架構(gòu)對部署所需的資本費用，是否有積極的影響，運維這些網(wǎng)絡(luò)，將需要那些費用？
Wi-Fi已經(jīng)儼然是面向數(shù)據(jù)應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。Wi-Fi網(wǎng)狀網(wǎng)具有Wi-Fi的諸多優(yōu)點，而且大大節(jié)省了規(guī)劃、部署及運行這類網(wǎng)絡(luò)所需的費用，尤其是在難以聯(lián)網(wǎng)、不可能聯(lián)網(wǎng)的環(huán)境，以及/或者在幾十平方英里內(nèi)連接上百個節(jié)點行不通的城域網(wǎng)環(huán)境。支持?jǐn)?shù)據(jù)和語音的融合型Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)甚至可以得益于網(wǎng)狀網(wǎng)架構(gòu)，因為部署的多個無線裝置擴(kuò)大了覆蓋距離、提高了帶寬密度。高容量網(wǎng)狀網(wǎng)節(jié)點通常可以為無線基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備及安裝提供最低的帶寬成本，另外還便于降低網(wǎng)絡(luò)運行成本。與使用接入點（AP）的有線Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)一樣，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的VoWLAN網(wǎng)絡(luò)也需要認(rèn)真規(guī)劃，先要選擇合理的一系列網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、手機(jī)和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以滿足性能上的眾多嚴(yán)格要求。
網(wǎng)狀網(wǎng)的四個需求
網(wǎng)狀網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施性能必須能夠提供高吞吐量、低時延和端到端服務(wù)質(zhì)量，不僅僅是在無線手機(jī)和接入點之間，還要跨網(wǎng)狀網(wǎng)鏈路延伸到有線終結(jié)點（通常是IP交換機(jī)）。正因為如此，網(wǎng)狀網(wǎng)骨干網(wǎng)必須提供：
跨多個中繼段的高吞吐量。不管中繼段有幾個（通常是3到10個），網(wǎng)狀網(wǎng)骨干網(wǎng)必須能夠支持流量負(fù)載。提供高吞吐量的能力直接關(guān)系到所支持的語音和數(shù)據(jù)用戶的多少。如果跨多個中繼段的帶寬不足，就會導(dǎo)致用戶密度無法讓人滿意；還需要往網(wǎng)絡(luò)上使用額外設(shè)備及更多的有線終結(jié)點。
跨多個中繼段的低時延。光有高吞吐量并不夠。為了避免信號抖動，每個中繼段必須盡量降低數(shù)據(jù)包時延。在網(wǎng)狀網(wǎng)中，必須盡量縮短數(shù)據(jù)包在任何節(jié)點里面的等待時間（最好縮短至每個中繼段僅為可忽略不計的5毫秒）。正因為如此，應(yīng)當(dāng)在接收到前一個節(jié)點發(fā)來的某個數(shù)據(jù)流里面的所有數(shù)據(jù)包之前，先把某個數(shù)據(jù)包發(fā)送出去。在網(wǎng)狀網(wǎng)上傳送數(shù)據(jù)必須是異步，而不是同步。在同步情況下，需要某種高度同步的節(jié)點間數(shù)據(jù)包路由協(xié)議。
端到端服務(wù)質(zhì)量――優(yōu)先處理語音數(shù)據(jù)包。如果網(wǎng)絡(luò)負(fù)載很大，單單高吞吐量和低時延還不夠。為了處理爭用現(xiàn)象和負(fù)載需求的自發(fā)性，必須優(yōu)先處理整個網(wǎng)狀網(wǎng)骨干網(wǎng)上的語音流，并且采用端到端流量優(yōu)先級劃分機(jī)制加以終結(jié)。僅僅為無線手機(jī)和為該設(shè)備提供服務(wù)的AP無線裝置（就像有線AP那樣）之間提供服務(wù)級別已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。網(wǎng)狀網(wǎng)需要整個骨干網(wǎng)都要有服務(wù)質(zhì)量，避免可能會在網(wǎng)狀網(wǎng)中的每個中繼段出現(xiàn)的爭用現(xiàn)象。這種服務(wù)級別需要自動化（取決于基礎(chǔ)設(shè)施），最好通過專門面向語音的不同的虛擬局域網(wǎng)/服務(wù)集標(biāo)識符（VLAN/SSID）加以處理。802.11e離實際部署還有很遠(yuǎn)的距離，別指望它會在不遠(yuǎn)的將來普遍出現(xiàn)在無線基礎(chǔ)設(shè)施和所有客戶機(jī)設(shè)備上。
第二層交換網(wǎng)絡(luò)。第二層網(wǎng)絡(luò)最大程度地緩解了第三層網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)的漫游問題。第三層網(wǎng)絡(luò)還需要針對不同類型的較高級協(xié)議進(jìn)行認(rèn)真規(guī)劃。這兩個因素導(dǎo)致了性能問題和協(xié)議配置問題。第二層無線網(wǎng)絡(luò)則可以充當(dāng)一條高級“線路”。
上述四個因素都直接影響到可擴(kuò)展性（指用戶數(shù)量和網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍方面）和語音質(zhì)量。如果特定的多中繼段拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)沒有顧及到這些需求，免不了功能有限，而且缺少語音質(zhì)量功能。
三種部署之道
無線網(wǎng)狀網(wǎng)方案各不相同，但大多數(shù)的技術(shù)源自無線分布系統(tǒng)（WDS）這一最初概念。WDS是一種無線AP模式，采用無線橋接和無線中繼。前者是指AP只在彼此間進(jìn)行通信，不允許無線客戶機(jī)訪問自己。后者是指，AP不僅可以彼此通信，還可以同無線客戶機(jī)進(jìn)行通信。用戶流量在離開網(wǎng)絡(luò)前必須通過幾個節(jié)點（譬如通過有線局域網(wǎng)），這是各類網(wǎng)狀網(wǎng)的固有特點。用戶流量到達(dá)目的地所要通過的中繼段的數(shù)量將取決于網(wǎng)絡(luò)設(shè)計、鏈路長度、所用技術(shù)及其他不確定因素。
必須克服802.11協(xié)議具有的半雙工特性，才能解決上述的吞吐量和時延問題。正因為如此，專門用來處理無線手機(jī)和網(wǎng)狀網(wǎng)骨干網(wǎng)的無線裝置的數(shù)量，以及每個無線裝置在特定拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的作用，就至關(guān)重要，能夠直接滿足上述的四個需求。
單無線裝置方案――同一信道傳輸各種信號 單無線裝置方式是功能最弱的無線網(wǎng)狀網(wǎng)方案。接入點只使用一個無線電信道，并由無線客戶機(jī)和骨干網(wǎng)流量共享（流量在兩個AP之間轉(zhuǎn)發(fā)）。如果往網(wǎng)絡(luò)上添加更多的AP，更多比例的無線帶寬會專門用來轉(zhuǎn)發(fā)骨干網(wǎng)流量，從而使得無線客戶機(jī)沒有多少容量可以使用，因為無線網(wǎng)絡(luò)是共享介質(zhì)。另外，AP也無法同時進(jìn)行收發(fā)；有效距離內(nèi)的另一個AP在傳輸信號時，它也無法發(fā)送。這樣一來，僅僅通過3個中繼段后，就會導(dǎo)致時延讓人無法接受。
這意味著，在單無線裝置網(wǎng)狀網(wǎng)架構(gòu)中，一個無線裝置會在回程傳輸入站、回程傳輸出站及訪問客戶機(jī)之間不斷切換，從而導(dǎo)致時延很高。
只要簡單算一下，就可以證明：在這種單無線裝置方案中，每個無線客戶機(jī)只有很有限的吞吐量可以使用。譬如，假如你有5個AP，每個AP與20個無線客戶機(jī)相連，因為所有AP和客戶機(jī)共享同一個802.11b信道（5Mbps），所以相當(dāng)于每個用戶只有50至100Kbps――吞吐量與撥號連接一樣。又因為所有無線客戶機(jī)和AP必須在同一個信道上工作，網(wǎng)絡(luò)爭用和射頻干擾就會導(dǎo)致時延無法預(yù)測。
雙無線裝置方案――共享回程傳輸 如果采用雙無線裝置方案，一個無線裝置可以專門用于支持無線客戶機(jī)，而另一個無線裝置專門用于支持無線回程傳輸――回程傳輸信道由入站流量和出站流量共享。因為雙無線裝置方案為客戶機(jī)訪問和回程傳輸提供了一個單獨的無線裝置，這在一定程度上緩解了客戶機(jī)端的擁塞現(xiàn)象（低吞吐量、低時延），但回程傳輸網(wǎng)狀網(wǎng)信道由入站流量和出站流量共享，因為回程傳輸無線裝置仍必須在回程傳輸網(wǎng)狀網(wǎng)入站和回程傳輸網(wǎng)狀網(wǎng)出站之間不斷切換。因而與單無線裝置架構(gòu)相比，這種方案對緩解回程傳輸?shù)钠款i問題作用甚小，對改善整個網(wǎng)狀網(wǎng)上的時延問題也只有少許幫助。
多無線裝置方案――結(jié)構(gòu)化無線網(wǎng)狀網(wǎng) 在多無線裝置或者“結(jié)構(gòu)化網(wǎng)狀網(wǎng)”方案中，有幾個專用的鏈路接口，而每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點至少使用三個無線裝置，包括一個無線裝置用于無線客戶機(jī)流量，第二個無線裝置用于802.11a無線回程傳輸流量的入站，第三個無線裝置用于802.11a回程傳輸流量的出站。與單無線裝置或者雙無線裝置方案相比，這種無線網(wǎng)狀網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)方案大大提高了性能。它允許專用的網(wǎng)狀網(wǎng)回程傳輸鏈路可以同時收發(fā)，因為每條鏈路都在不同的信道上。
因為客戶機(jī)入站、回程傳輸出站和回程傳輸入站這三項功能由專用的無線裝置負(fù)責(zé)處理，所以可以：
�。�1）確保10個中繼段上的高吞吐量；
（2）每個中繼段的時延也被限制在4至5毫秒，10個中繼段總共也就50毫秒――遠(yuǎn)低于語音所需的120毫秒。
�。�3）如果每個無線裝置支持服務(wù)質(zhì)量，并支持多個SSID/VLAN，語音流量從無線手機(jī)通過網(wǎng)狀網(wǎng)到達(dá)有線終結(jié)點的整個過程中都會得到合理的優(yōu)先級處理。
服務(wù)提供商的最終目標(biāo)：以最低的資本費用和運營費用確保QoS用于購買及安裝無線基礎(chǔ)設(shè)施的投資取決于每兆位的資本費用以及特定地區(qū)內(nèi)可以提供服務(wù)的用戶數(shù)量。日常性的運營費用不僅包括網(wǎng)絡(luò)的管理及維護(hù)費用，還包括通常因為DSL、T1線、T3線以及或者OC3寬帶終結(jié)點付給基礎(chǔ)設(shè)施寬帶提供商的費用。
對服務(wù)提供商的資本費用而言，最主要的是每個無線裝置所付的費用（1個無線裝置可提供54兆位帶寬，相當(dāng)于根據(jù)為每個用戶分配的帶寬量支持一定數(shù)量的用戶），以及按照所需密度以滿足用戶需求而部署無線裝置的費用。多無線裝置、多射頻和多信道無線網(wǎng)狀網(wǎng)架構(gòu)能夠以最具有成本效益的方案，部署密度最高的無線裝置。與三個雙無線裝置的節(jié)點相比，購買及部署單個六無線裝置的節(jié)點，每兆位的成本應(yīng)當(dāng)較低。分區(qū)的多無線裝置節(jié)點所能處理的并發(fā)語音呼叫數(shù)量應(yīng)當(dāng)至少三倍于一個典型的單無線裝置或雙無線裝置節(jié)點。
作為一筆重要的運營費用，寬帶接入點（PoP）提供商通常會按照每條管道每個PoP的帶寬收取費用。也就是說，雖然1條T3線的帶寬相當(dāng)于30條T1線，但T3線的成本大致僅為T1線的三倍，所以T3線的帶寬成本只有后者的十分之一。歸根到底，利用3條T3線而不是90條T1線可顯著降低成本。譬如從部署架構(gòu)方面來看，T3鏈路允許每個PoP可以使用多出十倍的網(wǎng)狀網(wǎng)節(jié)點，這樣提供商就能充分利用所有的T3帶寬。實現(xiàn)這一點的惟一方法就是通過使用多無線裝置、多射頻、多信道的無線網(wǎng)狀網(wǎng)架構(gòu)，以便最充分、最有效地利用有線PoP。譬如說，如果使用單無線裝置節(jié)點，每5平方英里就需要10個終結(jié)點；而改用多無線裝置節(jié)點，一個有線終結(jié)點就夠了。
就每個無線裝置而言，多無線裝置、多射頻節(jié)點所需成本通常較低，安裝成本也較低，而且可以通過使用每兆位成本較低但容量更高的帶寬，利用經(jīng)濟(jì)得多的寬帶終結(jié)點。
為了滿足語音等實時通信應(yīng)用的需求，Wi-Fi網(wǎng)狀網(wǎng)就需要多無線裝置、多射頻、多信道架構(gòu)。想部署具有成本效益的網(wǎng)狀網(wǎng)，并具有必要的傳輸容量和覆蓋范圍，以實現(xiàn)高吞吐量、低時延和高優(yōu)先級的語音流量，就需要專門支持客戶機(jī)入站、網(wǎng)狀網(wǎng)回程傳輸入站和網(wǎng)狀網(wǎng)回程傳輸出站的高容量節(jié)點。購買、安裝及運營具有所需商業(yè)模式和回報的服務(wù)需要帶寬密度和每平方英里用戶數(shù)這兩方面的衡量標(biāo)準(zhǔn)，而高容量、多無線裝置的節(jié)點使服務(wù)提供商能夠滿足這些標(biāo)準(zhǔn)。
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