臺灣博碩士論文加值系統

摘 要

近年來因行動資料的快速成長，在蜂巢網路中提供資料服務成為一熱門研究議題，隨之而有結合行動通訊網路與無線區域網路而成的雙模無線通訊網路。其應用與服務的傳輸速度變快，還可以隨身攜帶，更重要的是通訊費相當便宜。在眾多網際網路服務當中，多媒體串流服務被視為是否能夠成功的一項關鍵性應用，其中又以 Voice over WLAN最被看好，這是由於VoIP技術具有低通話費之優勢，進而擴展至WLAN之上，只要使用者位於可使用WLAN的環境之中，即可使用WLAN環境撥打語音電話以節省通話費用。但由於IEEE 802.11 有著容易因被遮蔽而降低傳輸速度甚至無法使用的無線傳輸特性，因此容易有無法直接與無線存取點連接或者無法得到適當的服務品質以及較低的服務中斷率的問題。

此外，由於語音訊務的資料長度大小以及對傳輸延遲與延遲顫動敏感的特性，因此考慮使用群播方式來傳送封包，嘗試將數個小的語音封包封裝成一個較大的群播封包來傳遞語音訊務。而多重跳躍網路架構，是為可使用行動台之間的支援，動態地利用無線連結形成一隨意網路路由結構連結至無線存取點，進而存取有線網路。如此使用者在選用VoWLAN服務時可以獲得較佳的服務品質與較低的服務中斷率。於是本論文對於在結合多重跳躍無線區域網路的雙模無線通訊網路架構下提供語音訊務，提出叢集多重跳躍群播機制。

而在雙模無線通訊網路中，網路拓墣資訊可以藉由GSM/GPRS很容易將行動台之相對位置集中收集到基地台內，做為中央集中式的計算，因此沒有必要使用需要較高耗費的分散式路由算法，因此在群播路徑考量設計上將採用中央集中式的路由計算法。同時，比較樹狀結構的群播協定，發現到這一類的群播協定由於是建立於網路層上之協定，相對的未考慮到實際在WLAN上的傳輸程序，而造成多餘的頻寬浪費。因此在設計群播協定方面，以具有時間延遲限制的啟發式史坦那樹演算法為基礎，加上雙層優先權佇列選擇方法，設計適當的群播路徑選擇協定來進行收發語音訊務。並以馬可夫鏈建立其數學模型，其可由最大跳躍數估計出語音訊務服務的延遲時間限制以及語音封包使用頻寬時間的耗費。進而從MATLAB程式上設計相對應本論文的系統，與之模擬。考慮語音訊務服務的延遲時間限制以及語音封包使用頻寬時間的耗費，並統計出服務中斷率，藉此探討並比較此架構與傳統單播架構在語音訊務傳送上的差別。所得之結果可以發現，叢集多重跳躍群播機制相對於傳統單播方法皆有相當良好的改善。

Abstract

Voice over WLAN promises to be a killer application in the integrated dual-mode wireless communication network (DWCN). However, the outage probability is high because the WLAN radio is easily sheltered from objects. Besides, the voice packet delay varies with the number of voice users because of channel contention. A multihop method along with voice packet aggregation can be used to reduce the outages of voice calls’ service and enlarge the number of voice calls. In this paper, we propose an aggregated multihop multicasting (AMM) method for carrying voice packets over DWCN and a heuristic Steiner tree algorithm for the generation of the multicast routing tree. A delay constraint which guarantees the quality of voice calls’ service is added in the algorithm. The cost function and delay constraint of the heuristic algorithm is analyzed and the performance of the aggregated multihop multicasting scheme are obtained via simulation. The simulation result shows that the outage probability can be improved more than twofold constrained 150 ms of delay requirement.

目錄


目錄 ••••••••••••••••••••••••••• i

圖目錄 •••••••••••••••••••••••••• ii

表目錄 •••••••••••••••••••••••••• iii


第一章 緒論 ••••••••••••••••••••••• 1

1.1 前言 ••••••••••••••••••••••• 1

1.2 研究動機與問題討論 •••••••••••••••• 2


第二章 相關背景討論 ••••••••••••••••••• 9

2.1 無線網路IEEE 802.11協定 ••••••••••••• 9

2.1.1 Wireless LAN之架構 ••••••••••••• 10

2.2.2 IEEE 802.11 MAC層傳輸協定•••••••••• 13

2.1.3 MAC層提供之服務 •••••••••••••• 16

2.2 VoIP (Voice over Internet Protocol) ••••••• 17

2.2.1 VoIP之技術架構 ••••••••••••••• 18

2.2.2 SIP協定 ••••••••••••••••••• 21

2.3 VoWLAN (Voice over WLAN) ••••••••••••• 24

2.4 馬可夫鏈 (Markov Chains) ••••••••••••• 26


第三章 叢集多重跳躍群播機制 ••••••••••••••• 31

3.1 系統架構 ••••••••••••••••••••• 31

3.2 雙重優先權佇列選擇演算法 ••••••••••••• 37

3.3 耗費估計分析 ••••••••••••••••••• 41

3.4 程式模擬 ••••••••••••••••••••• 47


第四章 結果分析與討論 ••••••••••••••••••• 52


第五章 結論與未來相關研究 •••••••••••••••• 57

5.1 結論 ••••••••••••••••••••••• 57

5.2 未來相關研究 ••••••••••••••••••• 58


參考資料 Reference •••••••••••••••••••• 59


圖目錄


圖1.1 雙模網路架構示意圖 ••••••••••••••••• 3

圖1.2 群播樹建立之差異 •••••••••••••••••• 6


圖2.1 IEEE 802.11 隨意網路架構 •••••••••••••• 11

圖2.2 IEEE 802.11 基礎網路架構 •••••••••••••• 11

圖2.3 直接傳送訊框範例 •••••••••••••••••• 14

圖2.4使用RTS/CTS 傳送連續片段範例 •••••••••••• 15

圖2.5 VoIP運作方式 •••••••••••••••••••• 20

圖2.6 SIP運作方式 ••••••••••••••••••••• 23

圖2.7 狀態轉移圖 ••••••••••••••••••••• 28


圖3.1 多重跳躍語音訊務群播環境 •••••••••••••• 33

圖3.2 語音封包之叢集處理與傳送 •••••••••••••• 35

圖3.3 傳播樹之建立 •••••••••••••••••••• 36

圖3.4 群播樹建立之程序 •••••••••••••••••• 39

圖3.5 群播樹在無時間延遲限制條件下之生成情形 ••••••• 40

圖3.6 模擬環境示意圖 ••••••••••••••••••• 48


圖4.1 最大跳躍數與延遲限制條件之關係圖 •••••••••• 53

圖4.2 AMM與單播架構之耗費比較 •••••••••••••• 54
(a) one AP AMM與單播架構之耗費比較 •••••••••••• 54
(b) 25APs AMM 與單播架構之耗費比較 •••••••••••• 54

圖4.4 中斷機率比較圖 ••••••••••••••••••• 56
(a) one AP 之中斷機率 •••••••••••••••••• 56
(b) 25 APs 之中斷機率圖 ••••••••••••••••• 56


表目錄


表1.1 ITU G114 語音通訊中使用者對延遲的忍受度 ••••••• 7

表3.1 相關模擬參數表 ••••••••••••••••••• 50

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