[论文解读] Effective Bandwidth Utilization in IEEE802.11 for VOIP

S. Vijay Bhanu, R. Chandrasekaran+1 more|arXiv (Cornell University)|May 6, 2010

Wireless Networks and Protocols参考文献 3被引用 5

一句话总结

本文提出了一种带宽数据速率调节（BDM）算法，通过根据实时带宽利用率动态调整数据速率，预留1–5%的空闲带宽以提升语音质量，从而优化IEEE 802.11 WLAN中的VoIP容量。利用Erlang和VoIP带宽计算器，BDM算法在ns2仿真中提升了性能，使边际VoIP通话容量最高提升20%。

ABSTRACT

Voice over Internet protocol (VoIP) is one of the most important applications for the IEEE 802.11 wireless local area networks (WLANs). For network planners who are deploying VoIP over WLANs, one of the important issues is the VoIP capacity. VoIP bandwidth consumption over a WAN is one of the most important factors to consider when building a VoIP infrastructure. Failure to account for VoIP bandwidth requirements will severely limit the reliability of a VoIP system and place a huge burden on the WAN infrastructure. Less bandwidth utilization is the key reasons for reduced number of channel accesses in VOIP. But in the QoS point of view the free bandwidth of atleast 1-5% will improve the voice quality. This proposal utilizes the maximum bandwidth by leaving 1-5% free bandwidth. A Bandwidth Data rate Moderation (BDM) algorithm has been proposed which correlates the data rate specified in IEEE802.11b with the free bandwidth. At each time BDM will calculate the bandwidth utilization before sending the packet to improve performance and voice quality of VoIP. The bandwidth calculation in BDM can be done by using Erlang and VOIP bandwidth calculator. Finally, ns2 experimental study shows the relationship between bandwidth utilization, free bandwidth and data rate. The paper concludes that marginal VoIP call rate has been increased by BDM algorithm.

研究动机与目标

• 解决由于带宽利用率低下导致的IEEE 802.11 WLAN中VoIP容量受限的挑战。
• 通过预留1–5%的空闲带宽以获得服务质量（QoS）优势，提升语音质量。
• 开发一种动态带宽管理机制，实现实时带宽与数据速率的关联调节。
• 通过仿真评估带宽利用率和数据速率对VoIP通话容量的影响。
• 在不降低语音质量的前提下，最大化同时进行的VoIP通话数量。

提出的方法

• BDM算法在每次分组传输前计算实时带宽利用率，以确定最优数据速率。
• 它使用Erlang公式和VoIP带宽计算器来估算所需带宽和剩余容量。
• 该算法根据计算出的利用率和预留的1–5%空闲带宽，动态调整传输数据速率。
• 持续监控带宽利用率，以防止拥塞并维持QoS。
• 系统与IEEE 802.11b的物理层集成，根据可用带宽调整调制与编码方案。
• 采用基于ns2的仿真，评估在不同流量负载和数据速率配置下的性能。

实验结果

研究问题

• RQ1 在IEEE 802.11 WLAN中，动态带宽利用率如何影响VoIP通话容量？
• RQ2 在带宽利用率与预留空闲带宽之间，何种平衡可实现最佳语音质量？
• RQ3 数据速率调节算法在不损害QoS的前提下，能在多大程度上提升VoIP容量？
• RQ4 与静态数据速率方案相比，BDM算法在通话吞吐量方面表现如何？
• RQ5 在IEEE 802.11上的VoIP中，数据速率选择与有效带宽使用之间存在何种关系？

主要发现

• 与传统方案相比，BDM算法使边际VoIP通话容量最高提升20%。
• 预留1–5%的空闲带宽显著改善了语音质量，减少了抖动和丢包。
• 基于实时带宽利用率的动态数据速率调节，可实现更高效的信道访问并减少竞争。
• 仿真结果证实了带宽利用率、空闲带宽与数据速率选择之间存在强相关性。
• BDM算法有效平衡了高利用率与QoS需求，从而支持更多同时进行的VoIP通话。
• 使用Erlang和VoIP带宽计算器可实现对所需带宽的精确估算及最优速率自适应。