基于语音视频业务的交换机性能分析

摘要

近年来，随着网络技术的发展，单一的语音服务已无法满足用户对通信的需求，取而代之的是多媒体通信等综合业务。多媒体业务主要体现在以音视频数据和网络文件下载为代表的实时流业务，这些应用对网络带宽要求较高，且对网络的传输性能提出了严格的标准。
　　 基于多媒体业务传输特性，IEEE802.1 AVB(Audio/Video Bridging Task Group)工作组制定了IEEE Std802.1 BATM-2011标准。通过对现有的以太网进行功能进行扩展，建立高质量、低延迟、时间同步的音视频以太网络，从而保障带宽，限制延迟和精确时钟同步，提供良好的服务质量，以支持各种基于音频、视频的网络多媒体应用。针对该标准的研究学习，目前已有一些理论结合实践的仿真工作，但在基于传统以太网扩展技术和多媒体业务流转发机制方面的仿真分析尚未进行。本文将以此为重点对语音视频转发技术进行研究分析。
　　 笔者首先针对传统网桥及交换机工作原理及转发策略进行了介绍，结合现有交换机转发技术，确定了由音视频交换技术与传统交换技术相融合的体系结构思想，规划并设计了适用于语音视频转发技术的数据帧格式。
　　 其次，由于以太网原本只设计用于处理纯粹的静态非实时数据并保证其可靠性，对于包到达顺序和时延及抖动等并非作为重要的考虑因素。但是对于实时业务而言，却是影响服务质量(QoS)的关键因素。对此，通过分析不同业务流对QoS的需求，采用业务流区分策略，将语音、视频及普通异步TCP流与优先级进行映射，同时针对不同业务流的流量特性进行资源预留。从而为服务质量提供了保障，改善了传统交换技术中，多媒体实时流量与普通异步TCP流量间的资源竞争而导致的时延和抖动。
　　 再次，通过对语音视频系统中域的构成及划分进行了深入研究，确定了本论文所用的语音视频传输系统结构。基于综合业务流区分策略及语音视频转发技术，设计了由传统交换架构及语音视频交换技术相结合的语音视频传输系统。
　　 最后，笔者采用OPNET网络仿真工具对所设计的语音视频传输系统进行仿真，仿真结果充分表明音视频交换技术与传统交换技术相融合的可行性，同时验证了语音视频转发技术在改善语音视频业务转发性能方面的有效性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 论文的研究背景和意义

1．2 论文主要方法和研究进展

1．3 论文组织结构

第2章 语音视频通信网络与互连设备介绍

2．1 多媒体传输网络的性能指标

2．1．1 时延

2．1．2 吞吐量

2．1．3 延迟抖动

2．2 音频流对网络的需求

2．2．1 音频流对传输速率的需求

2．2．2 音频流的传输延迟

2．3 视频流对网络的需求

2．3．1 视频流的传输速率需求

2．3．2 实时视频的延时抖动

2．4 局域网的互联

2．4．1 网桥的基本原理

2．4．2 网桥的工作方式

2．4．3 交换机基本概念和工作原理

2．5 本章小结

第3章 语音视频交换系统及QoS技术介绍

3．1 语音视频交换技术

3．1．1 语音视频交换技术的发展

3．1．2 语音视频交换系统的网络构成

3．2 流量整形技术

3．2．1 漏桶算法

3．2．2 令牌漏桶算法

3．3 保证QoS的网络传输技术

3．3．1 拥塞控制技术

3．3．2 差错控制技术

3．4 等效带宽

3．4．1 音视频业务流模型

3．4．2 音视频业务流等效带宽理论模型

3．5 本章小结

第4章 语音视频交换系统的详细设计

4．1 音视频交换系统中的数据帧格式

4．1．1 未标记帧格式

4．1．2 标记帧格式

4．2 AVB中流业务区分及流预留策略

4．2．1 AVB中流业务区分

4．2．2 AVB中流预留策略

4．3 语音视频交换系统中域的划分

4．3．1 由非AVB组件构成的AVB域

4．3．2 基于业务流区分的AVB域划分

4．4 语音视频交换机原理及转发策略

4．4．1 语音视频交换机的入口过程(Ingress Process)

4．4．2 语音视频交换机转发过程(Forward Process)

4．4．3 语音视频交换机出口过程(Egress Process)

4．5 语音视频交换系统总体结构设计

4．5．1 语音视频交换系统网络组织结构

4．5．2 采用传统交换技术的方案比较

4．6 本章小结

第5章 语音视频交换系统仿真

5．1 AVB组件及非AVB组件构成的交换系统

5．1．1 仿真场景和目标

5．1．2 网络拓扑结构

5．1．3 节点模型建模

5．1．4 数据帧格式

5．1．5 仿真设置与结果分析

5．2 传统交换机构成的交换系统

5．2．1 仿真场景和目标

5．2．2 网络拓扑结构

5．2．3 节点模型建模

5．2．4 数据帧格式

5．2．5 仿真设置与结果分析

5．3 本章小结

工作总结与工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文