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摘要 VoWLAN（VoIP over WLAN）技术是*种利用无线局域网（WLAN）来传输VoIP帧的技术。由于WLAN和VoIP的固有缺陷，使VoWLAN技术中仍有许多问题尚待解决。文章对VoWLAN技术中的语音质量、安全、功耗和移动性管理4个主要问题及其解决方案进行探讨，*后展望了VoWLAN技术的发展前景。
0、引言
随着以IEEE 802.11为基础的无线局域网（WLAN）的普及和VoIP的应用，人们看到了无线网络电话可以实现的希望。90年代末期就有公司开始提供专用的VoWLAN解决方案。目前，摩托罗拉、诺基亚、NEC等公司已开始为下*代Wi-Fi/蜂窝融合型网络提供产品和服务。
VoWLAN技术是基于WLAN的语音通信技术。从某种程度上讲，VoWLAN技术是对VoIP的扩展和更新，将VoIP无线化，使用户能更方便更直接地进行语音通信。
由于VoWLAN融合了VoIP和WLAN两种技术，因而继承了这两种技术话费便宜和使用方便的*势。但是VoIP和WLAN的固有缺陷和不足同时也在VoWLAN中显现出来。在有线环境中，QoS和安全性就*直困扰着VoIP，而在采用无牌照无线电频谱的WLAN中，这两个问题就变得更加复杂，QoS和安全性就更加难以得到保障。除了上述问题，由于VoWLAN利用无线链路作为*后1 km的传输通道，使得VoWLAN手机可以在WLAN接入点间自由往来，显然，VoWLAN手机的功耗和移动性管理成为VoWLAN的两个关键问题。同时，还有其他问题制约着VoWLAN。以下将对VoWLAN技术中的语音质量、安全、功耗和移动性管理4个主要问题及其解决方案进行探讨。
1、语音质量
VoWLAN完全建立在分组交换基础上，分组交换固有的时延、丢包等弱点使VoWLAN系统的通话质量*直无法保证。对传统的有线网络，可通过增加带宽来提高VoIP的语音质量，但是在WLAN环境之下，带宽资源是有限的，使问题难以解决。
1.1 时延
与传统的数据业务相比，语音业务受时延的影响大得多。时延过大会导致语音失真，严重时甚至可以使通话无法进行。VoWLAN中的时延主要包含传播时延、传输时延和处理时延。
传播时延是指信号通过介质从*个地方传播到另外*个地方所花费的时间。其大小由通信距离决定，因为无线电波的速度与光速*样，通常传播时延可以忽略不计。但是，如果通信距离太大（如跨洋通信和洲际通信）就必须考虑传播时延。
传输时延是由网络设备造成的时延。*般来讲，所有网络设备都会造成*定时延，并且不同的网络设备造成的时延是不同的。例如，集线器造成的时延是相对不变的，而路由器造成的时延则会随网络的流量和拥塞程度的变化而变化。在WLAN环境下，通信时的数据速率决定了传输时延，在IEEE 802.11b网络中，传输时延与数据传输速率成正比。
处理时延涉及的范围较广，从模/数转换到编/解码，从排队等待到缓冲器接收等，都会产生*定的时延。如果处理不好就会造成通话的瞬间中断。
以上三种时延中，只有传输时延在*定程度上是受控的，可通过*化网络结构加以改善。
1.2 丢包
无线网络中有两个主要的原因会造成数据包的丢失：a）时延变化过大；b）载波侦听多路访问（CSMA）域中流量过大，监听到有冲突的数据包就会被丢失。由于语音IP包的实时性，没有时间重发丢失的包，因而丢失的IP包会使通话中断。
从影响VoWLAN的语音质量的主要因素可看出，提高语音质量要从缩短时延和减少丢包着手。VoWLAN采用了*些*化语音质量的新兴IEEE标准，主要有IEEE 802.11e、IEEE 802.11r、IEEE 802.11i和IEEE 802.11k。这些**协议规定，语音通信在通过Wi-Fi基础架构时具有路径选择权，从而可将影响语音质量的丢包、时延和抖动减到*少。
2、安全
WLAN是*个开放性的网络，安全问题严重制约VoWLAN的发展。早期的WLAN并没有考虑安全问题，只是采用简单的访问控制机制控制访问。
安全问题可进*步分为访问控制和数据包加密，IEEE 802.1用于访问控制，IEEE 802.11i用于数据包加密。目前，并不是所有WLAN基础设施都支持IEEE 802.1x和IEEE 802.11i，而且基于IEEE 802.1x的身份认证方法变化形式很多，3GPP和UMA支持基于SIM卡的认证，但很多WISP提供其他认证方法，甚至是非标准方法，使VoWLAN的安全功能难以落实，特别是在域间进行切换时。
针对上述安全问题，从体制和技术上提出了以下安全策略：
1）完善WLAN基础设施，使之能支持IEEE 802.1x和IEEE 802.11i，消除由基础设施引起的安全隐患。
2）统*标准，避免域间切换带来的安全问题。
3）采用WLAN VPN技术可有效防止非法用户的入侵。VPN主要采用DES、3DES等技术来保障数据传输的安全，将其与IEEE 802.11b安全技术结合，是目前比较理想的安全解决方案。但是VPN技术在封装语音包时，不能对高低***加以识别，还可能导致延迟，降低语音质量。
4）基于IEEE 802.11b的安全保证。由于IEEE802.11b制定了WEP机制，为WLAN提供了WLAN ESS ID、访问控制列表和二层加密等保护手段。
5）防火墙技术，将接入点（AP）放置在防火墙外部，只允许具有合法地址的用户进入。
3、功耗
通常，GSM手机的通话时间超过5小时，待机时间超过100小时，人们希望VoWLAN手机也能达到这个标准，甚至超过这个标准。但WLAN采用CSMA/CA技术控制介质访问，研究和对实际系统的测试结果都表明，CSMA/CA是比TDMA耗能的访问机制，这是因为如果有数据包需要发送或接收，WLAN移动台必须始终保持在唤醒状态。
VoWLAN手机的功耗问题可归结为空闲模式和工作模式两种。
1）空闲模式
在空闲模式下，VoWLAN手机可以进入IEEE 802.11中定义的*种节能模式（PSM），如果没有数据包需要接收或发送，WLAN接口会*直休眠。这时，所有的射频和基带电路都会关闭，只有计数用的振荡器工作，因此，休眠模式下的功耗非常低。为了监听来自接入点的信标消息（beacon message），节能状态下的VoWLAN手机在每个监听间隔（listen interval）内都得唤醒*次。为了减小空闲模式下的功耗，在硬件方面，可以减少休眠和接收模式下的功耗，降低唤醒时间的精度，使接收信标消息的时间达到*小。在软件方面，可以扩大VoWLAN手机的监听间隔，以减少每个周期内的唤醒次数，但这要求当VoWLAN手机休眠时，接入点必须拥有足够的缓存来暂时存储分组。通常，保持在空闲模式下的VoWLAN手机，其功耗在5mW到50mW之间，但与GSM手机相比，功耗仍然较高。
2）工作模式
工作模式下的功耗是VoWLAN手机的又*关键问题，它决定了VoWLAN手机的*长通话时间。由于语音分组周期性到达，*直接的方法就是使 WALN移动台始终保持唤醒，称为持续访问模式（CAM）。然而，基于持续访问模式的VoIP要求WLAN移动台始终保持唤醒状态，即VoWLAN手机没有分组可发送或接收也存在能量消耗。对于VoWLAN，基于IEEE 802.11中持续访问模式下的平均功耗在500mW到1W之间，具体值依WLAN的芯片而定。可以利用IEEE 802.11中的节能模式来减小工作模式下的功耗问题。在IEEE 802.11规范中指出，所有移动台都可*通知接入点然后进入休眠。当VoWLAN手机有分组需要发送时，它就唤醒自己，然后发送上行链路语音分组，发送完后，接着发出节电轮询（PS-poll）信息，以获取接入点的下行语音分组队列。由于下行链路语音分组被缓存在接入点内，将会产生*定的时延，通过使用抖动缓冲器可以减缓这种抖动。如果在工作模式下采用节能模式的方法，VoWLAN手机就只需在发送和接收上行链路/下行链路语音分组时进行唤醒，接着回到休眠状态，直到下*轮上行链路/下行链路语音分组的到来。这样可以降低50%～80%的功耗。
从以上分析可看出，若要降低VoWLAN手机的功耗，需得从减小接收、发射及休眠模式的功耗着手，这主要依靠硬件上的改进。在软件设计中，尽量减小 MAC层无线信道竞争，将语音特点融入到对MAC层的设计中，同时可以考虑蜂窝系统中的*些设计概念，如不连续接收（DRX）和不连续发射（DTX），将它们引入到VoWLAN系统中。
4、移动性管理
通常，WLAN接入点的覆盖半径为50m～300m，如果VoWLAN手机不断移动，则会导致节点间的频繁切换。对于VoIP，语音分组时延的推荐标准是低于50ms，如果某个分组的时延超过了200ms，则认为该分组丢失。也就是说，VoWLAN手机从*个接入点移动到另*个接入点，其分组时延必须控制在50ms内。WLAN的移动性管理可分为两种情况：a）VoWLAN手机在接入点间切换，而不用改变其IP地址；b）由于两个接入点属于不同的子网，切换之后VoWLAN手机的IP地址会改变。为了恢复会话，可以考虑应用层切换，如会话启动协议（SIP）移动性。如果应用移动IP，那么应用层切换问题就可以留到IP层解决，因为移动IP可以确保VoWLAN的IP不变。
对于没有采用IEEE 802.1x和IEEE 802.11i的WLAN，50ms的时延标准比较容易达到。研究表明，要加入到新的WLAN中，*个移动台大约需要300ms～500ms的时间，这个过程包括扫描和加入新信道、认证以及联系新接入点。为了减小扫描时间，可采用SyncScan进行被动扫描，以减小WLAN的扫描时间。在VoIP会话期间同样可以扫描接入点，因为语音分组到达的时间间隔为10ms～30ms，而VoWLAN手机只需1 ms～2ms的时间来发射和接收上行链路/下行链路分组，VoWLAN手机可以利用空闲时间与其他信道进行交换，扫描WLAN的接入点。交换前，*向接入点发送*个PSM请求，以便缓存分组，或者只与新信道交换而不用通知接入点，但是前者会引入时延，后者会导致分组丢失。
维持接入点间的QoS及确保接入点间的安全等，是VoWLAN移动性管理将面临的挑战。同时，接入点间切换造成的时延必须低于50ms。IEEE 802.1x/802.11i要求新接入点内的移动台生成安全的密钥，而生成新密钥至少需要4次握手，这将会带来更大的时延。另外，安全性、QoS及其他参数的上下文转移可能会产生新问题。众多的研究、IEEE 802.11r和新的IEEE 802.11 WGs都试图为快速切换和快速上下文转移设计出新的协议。目前，*种可行的方法是利用邻居图来减小切换时延。
5、结束语
除上述主要问题外，VoWLAN技术还存在其他问题，如漫游、网络资源利用率、干扰、双模或多模等问题。
尽管VoWLAN在实现和运营方面存在很多问题，但是随着IEEE 802.11系列标准的制定和相关核心算法的日趋成熟，这些问题也将随之化解。可以预见，在未来的几年内，VoWLAN将呈现出高速发展的趋势，特别是在企业领域（如医疗卫生等垂直行业），VoWLAN的发展势头将会越来越强劲。