隨著Internet技術的發(fā)展和計算機的多媒體化，VoIP得到飛速發(fā)展。VoIP是利用基于路由器的IP分組交換網(wǎng)絡實現(xiàn)話音通信的一項傳輸技術。該技術的最大優(yōu)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(tǒng)電路交換網(wǎng)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(wǎng)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(shù)據(jù)在IP網(wǎng)絡上傳輸?shù)侥康亩耍俳?jīng)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(wǎng)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(wǎng)關器（Media Gateway）、媒體網(wǎng)關控制器（Media Gateway Controller）、語音服務器、信號網(wǎng)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(wǎng)絡中傳輸，數(shù)字化的過程可以使用多種語音編碼方案來實現(xiàn);

　　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(wǎng)絡將數(shù)據(jù)轉發(fā)到目的地;

　　三是IP包的傳送，根據(jù)每個數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)處理，到了目的地址，由目的地的VoIP 設備接收這個IP數(shù)據(jù)并開始處理，去掉尋址和控制信息，保留原始的原數(shù)據(jù)，然后把這個原數(shù)據(jù)提供給解碼器;

　　五是將數(shù)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(shù)據(jù)網(wǎng)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(wǎng)絡實現(xiàn)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(lián)網(wǎng)的資源，同時提高了網(wǎng)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(zhàn)——QoS保證

　　VoWLAN系統(tǒng)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(tǒng)的附加時延和抖動。而語音業(yè)務對于時延和抖動非常敏感，因此在VoWLAN系統(tǒng)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(xié)調機制（PCF），基于CSMA/CA方式;

　　另一種是分布式協(xié)同機制（DCF），基于輪詢方式。但是這兩種都沒有劃分優(yōu)先級，因此隨著用戶數(shù)的增多，MAC不能保證為實時語音業(yè)務提供可靠的分組傳輸且傳輸時延和抖動在規(guī)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(xié)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(xié)同功能（HCF）控制機制。

　　HCF與PCF和DCF直接兼容，而且可以支持優(yōu)先級和參數(shù)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(xié)同功能（EPCF），而無競爭的訪問機制稱為增強式分布系統(tǒng)功能（ED-CF）。

　　EDCF對業(yè)務先進行分級，為不同的優(yōu)先級數(shù)據(jù)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(xiàn)在不同優(yōu)先級隊列擁有的最小閑散時間（DIFS）和競爭窗口不一樣，可利用參數(shù)來改變競爭窗口大小，從而可以獲得不同的重發(fā)等待時間，保證了實時業(yè)務有更高的服務優(yōu)先級。

　　EPCF信道訪問方法采用QoS相關的點協(xié)同功能，稱為混合協(xié)同器（HC）。HC利用點協(xié)同功能把優(yōu)先級信道分配給無線終端，用于傳輸有QoS 需求的數(shù)據(jù)，來滿足預定義的傳輸優(yōu)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(fā)送預留請求（RR）。移動終端可以在EDCF模式或者 EPCF模式下發(fā)送RR，也可以在受控競爭間隔（CGI）內發(fā)送。

　　由上可見，隨著對QoS研究的不斷深入，IEEE 802.11e協(xié)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(xié)調機制，并保持了對傳統(tǒng)協(xié)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(jù)國外做出的研究和仿真報告，IEEE 802.11e可以實現(xiàn)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(zhàn)。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(wǎng)時，即移動到不同的IP網(wǎng)段，這時光靠上一節(jié)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(wǎng)絡層的Mobile IP協(xié)議和應用層信令協(xié)議SIP.SIP信令能夠在VoIP結點的位置發(fā)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技術最大的問題是三角路由問題，即當VoIP結點的位置發(fā)生變化時，通信對方發(fā)給VoIP結點的話音數(shù)據(jù)，仍然要先發(fā)給家鄉(xiāng)代理，再由家鄉(xiāng)代理向 VoIP結點轉發(fā)。

　　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(yōu)化技術，如Mobile IPv6等。

　　圖2? 三角路由問題

　　另外，由于IEEE 802.11網(wǎng)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(xiàn)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

　　最后，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(shù)據(jù)通訊。從安全角度來看，語音和數(shù)據(jù)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(wǎng)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(xié)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(shù)據(jù)認證協(xié)議CCMP（CBC-MAC Protocol）。隨著802.11i標準的制訂和獲得批準，VoWLAN安全性將提供最高級別的保護，使之可以得到廣泛布署。

　　3、VoWLAN發(fā)展前景

　　VoWLAN在實現(xiàn)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(yè)領域，特別是在醫(yī)療衛(wèi)生等垂直行業(yè)，VoWLAN發(fā)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。