基于EV-DO的VoIP QoS研究

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【摘要】为了对基于ev-do的voip qos有一个定性的了解，文章首先给出了基于EV-DO的QoS架构，提供了EV-DO为VoIP定制的QoS参数，而后在此基础上阐述了在EV-DO网络中实现VoIP端到端的QoS保证的技术方式，对今后顺利实现VoIP应用有着很好的指导意义。

【关键词】EV-DO VoIP QoS PPP

1前言

3G网络的建设如火如荼，各种业务应用也提上了日程。视频电话、VoIP、多媒体会议、娱乐下载、小区定位等在不久以后将会大大丰富人们的生活。而随着运营商市场竞争的加剧，电话资费将逐渐下降，基于互联网传输的VoIP（Voice over Internet Protocol）作为技术发展的必然产物，也会逐渐浮出水面。而由于对移动带宽及通话质量的需求，对VoIP的QoS要严格要求。

本文将以CDMA技术的EV-DO为基础，展开讨论VoIP的QoS保证方式，以求最大限度地提高VoIP的话音质量。

2EV-DO的QoS架构

QoS描述了某种应用对服务质量的要求，通常用带宽、时延、时延抖动和分组丢失率来衡量：

 带宽/吞吐量：两个网络节点间数据流的平均速率；

 延迟：数据流从一个源网络节点传输到另一个目的网络节点的平均时长；

 抖动：延迟的高频率变化情况；

 报文丢失率：数据流在网络节点间传输时数据分组丢失的百分比，该指标用于测量网络节点的数据转发能力；

 可用性：数据流对网络带宽的可获得性。

互联网工程任务组IETF建议的IP QoS技术方案主要有：集中服务（IntServ）、差分服务（DiffServ）、多协议标记交换、流量工程和基于约束的寻路等。而基于EV-DO的QoS架构则综合了IntServ和DiffServ两种模型。

2.1 QoS架构

在EV-DO网络中，终端采用RLP（Radio Link Protocol）协议，为VoIP等应用向AN发送相应的QoS请求。QoS鉴权通过后，AN开始为IP流分配资源，并与相应的服务连接绑定。如图1所示：

每个服务连接都具有一组QoS参数。

2.2 QoS参数

QoS的主要参数有：

（1）ProfileID：当终端启动一个QoS应用时，会向AN（Access Network）发送QoS请求，这个请求包含了该应用的每个IP流所期望的ProfileID。ProfileID用来标示一套QoS参数，例如所需带宽、时延和丢包率等。

（2）授权：收到QoS请求消息后，BSC判断消息中所带的ProfileID是否为允许的，如果允许，则接受该QoS请求消息，否则拒绝。用户授权的ProfileID在HAAA中配置。

（3）接纳控制：为保证QoS流的服务质量能够持续地得到保证，AN需要对QoS请求进行接纳控制，检查系统是否有足够的可用资源，包括空口带宽和Abis链路带宽等。在可用资源足够的情况下，接纳并预留相应资源，当资源不足时则拒绝接入。

（4）参数映射：每一个ProfileID被映射到一个QoS类。QoS类是根据业务QoS特征进行的分类，例如BE（Best Effort）、流媒体、语音、视频和游戏等。每个QoS类对应一套参数，包括调度参数、空口协议参数和功率控制参数等，这些参数都可以在OMC（Operation and Maintenance Center）中进行配置。

（5）多服务连接：一个用户可以有多个服务连接，用以承载不同QoS的IP流。每个服务连接包括一个RLP流、RTCMAC（Reverse Traffic Channel Media Access Control）流和A10连接。当收到终端请求的ProfileID时，AN决定为其建立多少条服务连接，以及这些连接所要配置的参数（例如RLP参数、调度参数）。

（6）分类：当用户启动QoS应用时，终端会向PDSN（Packet Data Serving Node）发RSVP（Resource Reservation Protocol）消息以建立包过滤器，用以区分外网来的业务流，并转发至相关的A10连接。

（7）标记：在RAN侧，RP隧道或Abis链路的分组数据包，均根据各自的QoS类，被打上相应的DSCP（Differentiated Services Code Point）标签。这样可以使传输网络识别不同的IP流，以确保其QoS需求。

（8）整形：BSC监视每个服务连接的业务流并在必要时进行流量整形，以避免业务流超出所承诺的速率。

（9）调度：在前向空口链路，BTS（Base Transceiver Station）根据QoS类的属性和终端当前的DRC（Data Rate Control）请求，对前向服务连接进行调度；在反向空口链路，终端根据QoS类的属性和所在扇区广播的RAB（Reverse Activity Bit），对反向服务连接进行调度；在Abis接口板上，系统根据QoS类的属性对服务连接进行调度。

3EV-DO的VoIP流程

一般地，VoIP呼叫包括三个阶段（见图2）：

（1）启动VoIP应用

终端启动VoIP后，会与PDSN之间建立PPP（Point to Point Protocol）会话，并为语音流和SIP流向AN发出QoS请求，终端会根据该请求将每个IP流绑定到相应的服务连接上。与此同时，终端发起包过滤器的建立。在RAN侧QoS配置完成后，终端开始进行SIP注册。

（2）VoIP呼叫过程

当开始VoIP呼叫后，终端会激活语音流，发起SIP呼叫。当用户结束VoIP呼叫时，终端会通过SIP消息拆除呼叫，并去激活语音流。

（3）终止VoIP应用

当终端终止VoIP应用后，会发起SIP注销，然后释放语音流和SIP流，删除PDSN上相应的包过滤器。

4VoIP的QoS实现与保证

4.1 VoIP的QoS实现

（1）Protocol Stack

为了确保VoIP的质量，重新定义了VoIP的协议栈，如图3所示：

协议栈分为数据层和信令层：数据层主要面向VoIP业务数据所需的协议，信令层主要包括采用SIP（Session Initiation Proctocol）协议支撑呼叫控制信令所需的协议。

VoIP应用包括两种IP流：语音流和SIP流。语音流的QoS特征是低延迟、低速率，并可容忍一定程度的丢包；SIP流的QoS特征是低延迟、低速率和高可靠性。

（2）ProfileID

EV-DO VoIP采用ProfileID=0X100标识语音流，ProfileID=0X500标识SIP流。

（3）A10 SO

EV-DO为承载VoIP语音流的A10连接规定了编号为67的SO（服务类型），无需PPP封装。

4.2 VoIP的QoS保证

在VoIP的呼叫过程中，可以看出主要通过以下技术方案来保证QoS：

（1）IntServ

终端采用RSVP协议，请求PDSN建立过滤器，用以指示PDSN将IP包承载在哪条A10连接上。

（2）DiffServ

AN分别为语音和SIP创建独立的服务连接，不同的服务连接被打上不同的DSCP EF标签，这使得VoIP包在核心网上快速转发。

此外，在EV-DO为VoIP定制的QoS中，还涉及了以下方式，来保障端到端的QoS：

（1）调度优先级

承载语音和SIP的服务连接被给予最高的调度优先级。

（2）RoHC压缩

VoIP将语音帧被封装在IP包中，由于一个语音帧很小，使得IP包头开销较大，降低了无线移动网络的频谱效率。因此，IP头压缩技术显得至关重要。RoHC（Robust Header Compression）技术，最多可以将RTP/UDP/IP包头压缩至2字节，大大增加了频谱效率。但需注意的是，RoHC不用于SIP流。

（3）无PPP封装

承载语音流的A10连接的SO（服务类型）是67，无需PPP/HDLC封装。这可使BSC在发现高空口链路错误率时，丢弃整个IP包，并使BSC可以运用RoHC功能，提高语音数据包的处理效率。

（4）基于包的RLP流

基于包的RLP流用于承载语音帧，这样可以减少RLP包头的大小。而SIP流则基于字节。

（5）禁用RLP NAK

由于话音允许一定程度的丢包，因此禁用RLP NAK（Radio Link Protocol Negative Acknowlege Character），可以避免丢包时重传，这样可以降低端到端的延迟。

参考文献

[1]肖清华, 楼隼. CDMA与其他制式的组网区别及策略[J]. 电信技术, 2009(4).

[2]李增涛, 杨大成. CDMA2000 1X EV-DO的QoS控制机制[J]. 移动通信, 2008(4).

[3]徐丹, 袁淑英, 王海燕. 浅谈CDMA2000 1X EV-DO系统中的速率控制[J]. 移动通信, 2008(8).

【作者简介】

肖清华：高级工程师，博士毕业于浙江大学，任职于华信邮电咨询设计研究院有限公司工作，一直从事无线网络规划与设计，在3G移动通信领域的网络规划、优化、工程设计方面有丰富的经验，十余篇，并与人合作出版专著一本。

李静：博士毕业于浙江大学，讲师，目前在杭州电子科技大学从事相关科研工作，十余篇。

收稿日期：2009年3月19日