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1、上海交通大学硕士学位论文 I 无线局域网多媒体传输的 QoS 研究 摘摘 要要 无线局域网是有线网络在无线领域的一个延伸。由于它布网方便、吞吐量高、维护简单和费用相对较低等优点，无线局域网已经在公司、学校、机场以及个人寓所等公共和私人区域获得广泛应用，并成为宽带无线接入的一个有效途径。 传统无线局域网是针对数据业务设计的，随着带宽的不断增大和传输速率的不断提高，在无线局域网上实现多媒体，特别是实时多媒体业务已经成为人们的广泛需求。 由于无线网络资源的缺乏和无线信道的不确定性等特点，在无线网络上实现不同等级和质量保证的服务是一个极具挑战性的课题。 本文主要研究在无线局域网上进行语音、视频等多媒体
2、业务的服务质量。论文首先介绍多媒体数据的编码方式，介绍了 H.264 编码方式支持无线传输的一些新特性。接着介绍 IP 网络的 QoS 体系架构、无线局域网的概况、体系结构、传输性能和已有协议标准对 QoS 的支持。针对两种业务各自的特点和对服务质量的不同要求， 论文详细分析了几种典型 QoS 方案的优点和不足。在此基础上，作者对几种不同的QoS 实现方法作了归纳和创新。 论文的主要工作是分析 802.11e 协议对两种主流的多媒体业务：VoIP 和 H.264 视频流的 QoS 支持。对已经提出的 QoS 控制技术进行分析，最后通过对模拟实验仿真结果的分析，提出可行的 QoS 方案。 上海交
3、通大学硕士学位论文 II 关键词： 无线局域网，服务质量，网络视频，语音传输，差错控制，服务质量映射 上海交通大学硕士学位论文 III RESEARCH OF QOS FOR MULTIMEDIA TRANSMISSION OVER WIRELESS LANS ABSTRACT Wireless LAN is an extension of wired networks in wireless domain. It has been extensively deployed in such pubic or private areas as companies, schools, airpor
4、ts, and apartments, for its advantages as flexible deployment, high throughput, easy maintenance and relatively cheap cost. It also has become an effect way for wireless access. The legacy wireless LAN was designed for data traffic, however with the broadening of bandwidth and the increasing of data
5、 rate, multimedia, especially real-time multimedia transmission over WLAN has becoming an urgent need by many people. Since the scarce resources and the time varying characteristic of wireless channel, enabling different classes and quality ensured services over WLAN is a challenging topic. This pap
6、er focuses on the QoS improvement of multimedia transmission over WLAN. Firstly, it introduces the general status of current WLAN, its performance, and the existing standards for providing QoS support. Secondly it analyzes the structure of two different medium access mechanisms of IEEE802.11e: EDCA
7、and HCCA. According to the different characteristics and requirements of various kinds of services, this paper focuses on the advantages and the disadvantage of the two mechanisms when applying to these services. Based on these analyses, the author generalizes some existing QoS mechanisms and provid
8、es his own viewpoints. The main task of this paper is to analyze the QoS performance of IEEE802.11e when supporting VoIP traffics and H.264 video streams. Generalize the existing QoS mechanisms and derive some viewpoints of the author. In the end, the author verified 上海交通大学硕士学位论文 IV the rationale of
9、 these viewpoints through simulation results. Key words : wireless LAN, Quality of service, voice over IP, network video, error correction, QoS mapping 上海交通大学上海交通大学 学位论文原创性声明学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标
10、明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：秦毅峰 日期： 2007 年 1 月 27 日 上海交通大学上海交通大学 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。 本人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密保密，在 年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密不保密。 （请在以上方框内打“” ） 学位论文作者签名：秦毅峰 指导教师签名：陈
11、黎平 日期： 2007 年 1 月 27 日 日期： 2007 年 1 月 27 日 上海交通大学硕士学位论文 1 第一章 绪 论 1.1 引言 随着无线网络的发展，人们对无线通信的需求越来越高，希望在任何时间、地点都能与他人进行高速、实时、高质量的通信。用移动终端来获得各种多媒体服务已成为未来无线网络发展的必然趋势。由于硬件技术和信号传输、处理等底层技术的飞速发展，无线传输的带宽越来越大、数据传输速率也越来越高，这使得在无线终端上进行高质量多媒体通信成为可能。 作为无线通信的一个重要组成部分，无线局域网技术在近年来也得到了高速发展，并获得了广泛应用。无线局域网是计算机网络与无线通信技术相结合
12、的产物。它利用射频(RF)技术，取代旧式的双绞铜线构成局域网络，提供传统有线局域网的所有功能，网络所需的基础设施不需再埋在地下或隐藏在墙里，也能够随需移动或变化。使得无线局域网络能利用简单的存取构架让用户透过它，为通信的移动化，个人化和多媒体应用提供了潜在的手段，并成为宽带接入的有效手段之一。 1.2 无线局域网的发展历史 1997 年 IEEE802.11 标准的制定是无线局域网发展的里程碑，它是由大量的局域网以及计算机专家审定通过的标准。 IEEE802.11 标准定义了单一的 MAC 层和多样的物理层，其物理层标准主要有 IEEE802.11b,a 和 g。 1.2.1 IEEE802.
13、11b 1999 年 9 月正式通过的 IEEE802.11b 标准是 IEEE802.11 协议标准的扩展。它可以支持最高 11Mbps 的数据速率，运行在 2.4GHz 的 ISM 频段上，调制技术采用补偿码键控(CKK)，共有 3 个不重叠的传输信道。或者根据直接序列扩频技术调整到 2Mbps 和 1Mbps，以保证设备正常运行与稳定。 802.11b+ 一个非正式的标准，称为增强型 802.11b。802.11b+跟 802.11b 完全兼容，只是采用了数据包二进制卷积编码(Packet Binary Convolutional Coding ,PBCC)数据调制技术，所以，能够实现高
14、达 22Mbps 的通讯速率，完全适用于数字图像、视频、MP3 等多媒体文件的传输。 1.2.2 IEEE802.11a IEEE802.11a 工作 5GHz 频段上，传输速率范围为 6Mbps54Mbps，共有 12上海交通大学硕士学位论文 2 个不重叠的传输信道。这样的速率既能满足室内的应用，也能满足室外的应用。802.11a 与 802.11b 两个标准都存在着各自的优缺点，802.11b 的优势在于价格低廉,但速率较低；而 802.11a 优势在于传输速率快且受干扰少，但价格相对较高。另外， 802.11a 与 802.11b 工作在不同的频段上,不能工作在同一服务集的网络中，因此
15、802.11a 与 802.11b 互不兼容。 1.2.3 IEEE802.11g 为了解决上述兼容性问题，进一步推动无线局域网的发展，2003 年 7 月802.11 工作组批准了 802.11g 标准， 该标准与以前的 802.11 协议标准相比有以下两个特点： 其在 2.4G 频段使用 OFDM 调制技术， 使数据传输速率提高到 20Mbps以上； IEEE802.11g 标准能够与 802.11b 的 WIFI 系统互相连通， 共存在同一服务集的网络中，保障了后向兼容性。这样原有的 WLAN 系统可以平滑的向高速无线局域网过渡，延长了 IEEE802.11b 产品的使用寿命，降低用户的
16、投资。 1.2.4 IEEE802.11n IEEE 已经成立 802.11n 工作小组，以制定一项新的高速无线局域网标准802.11n。802.11n 工作小组是由高吞吐量研究小组发展而来的，由 802.11g 工作小组主席 Matthew B. Shoemaker 担任主席一职。该工作小组在 2003 年 9 月召开首次会议。IEEE802.11n 计划将 WLAN 的传输速率从 802.11a 和 802.11g 的54Mbps 增加至 108Mbps 以上， 最高速率可达 320Mbps。 和以往地 802.11 标准不同，802.11n 协议为双频工作模式, 包含 2.4GHz 和 5GHz 两个工作频段。这样802.11n 保障了与以往的 802.11a b, g 标准兼容。 IEEE802.11n 计划采用 MIMO 与OFDM 相结合，使传输速率成倍提高。另外，天线技术及传输技术，使得无线局域网的传输距离大大增加，可以达到几公里并且能够保障 100Mbps 的传输速率。IEEE802.11n 标准全
