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SCTP-Based VoIP System in Campus Network

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Academic year: 2021

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(1)SCTP-Based VoIP System in Campus Network 陳雍穆、賴明彥、張少榛、林紹捷、鍾添曜 Department of Computer Science and Engineering Yuan Ze University {s929405, s937416, s912264, s912364}@mail.yzu.edu.tw, csdchung@saturn.yzu.edu.tw 中文摘要 隨著無線網路發展,語音通訊亦可藉由無線區域 網路(WLAN)來傳輸。近年來 VoIP 軟體如雨後春筍 般的出現,但多以 TCP 或 UDP 協定實做,存在 AP 切換以及異質性網路間換手(Handoff) 的問題。 由 IETF 新制定的 SCTP 擁有克服 Session 中斷問 題的特性,能夠有效的解決換手問題。而 IEEE 802.21 新制定異質性網路間換手時,通訊協定各 層間溝通的規範。本研究在校園網路內,實做一 個以 SCTP 與 802.21 為通訊基礎的 VoIP 系統, 並評估在校園等級的無線區域網路環境下,該系 統能達到的效能,以及面臨的問題。 中文關鍵字: 802.21, MIH, SCTP, SIP, VoIP ABSTRACT This work designs and implements a SCTPbased VoIP system in a campus network. The multi-homing capability and dynamic address configuration extension of SCTP are applied in the VoIP system to decrease handover delay and improve throughput performance. Also, IEEE 802.21 specifies 802 media access-independent mechanisms to optimize handoffs between heterogeneous 802 systems and between 802 systems and cellular systems. The proposed VoIP system combines SCTP and 802.21 MIH (Media Independent Handover) function to improve the performance of handoff in a campus network.. 於語音通話的服務上,會嚴重的影響通話品質。 本研究主要使用 SCTP 之 Multi-homing 特性與 IEEE 802.21 異質性網路換手通訊標準,在校園 內建制一個 VoIP 系統,使得 MN 在 WLAN 間,能無 礙的進行切換。. 2. 相關研究 在行動網路中,為了達到無礙式換手,有許 多 網 路 換 手 的 方 式 被 提 出 : SCTP-based[1][10] 、 Mobile IP-based[11]-[30] 、 HIPbased[32]-[34]及 SIP-based[35]-[44]。而在換 手過程中,使用者的認證與授權[13][43],影響 換手時間的延遲。為了達到異質性網路中的無礙 式換手,IEEE 更提出 802.21 的異質性網路換手 通訊標準[45][46]。以下將分別介紹現有的換手 機制、AAA 與 802.21 通訊標準。. 2.1. SCTP-based Handoff IETF Signaling Transport (IETF SIGTRAN) working group 定 訂 Stream Control Transmission Protocol (SCTP)的標準[1]-[4]。 其目的為了使電信控制訊號(SS7),能在 IP 網路 上傳輸。SCTP 具有以下特性: A. Multi-homing:SCTP 中一個連線稱為一組 關 聯 (association) 。 Multi-homing 的 特 性,就是兩個 MN 可使用多個 IP,與對方建 立一個關聯。在這關聯裡,存在多個通訊路 徑,傳輸時只會使用一條主路徑(primary path) , 其 他 的 通 訊 路 徑 則 為 備 用 路 徑 (backup path)。當主路徑發生問題而中斷 Keyword: Heterogeneous network handoff, 時,可以馬上利用備用路徑,繼續傳送資 IEEE 802.21, SCTP, SIP, VoIP 料 , 藉 以 提 供 高 度 可 靠 性 (high availability)。 1. 導論 B. 動態位址變更:SCTP 延伸協定中定義一個 ASCONF 封包[4],用以將本地端的位址變 動,通知給目的端,讓目的端重新設定本地 然而,無線網路的涵蓋範圍,相對的比公眾 端可用位址。利用這個封包,使 MN 在存取 陸 地 移 動 網 路 (Public Land Mobile Network ; 的不同的接取網路而 IP 位址有改變時,可 PLMN)小,行動裝置在無線網路中,需經常地在各 動態地改變本地端的位址,使連線不會中 個接取點(Access Point;AP)中換手。此狀況對 斷。 目 前 學 者 利 用 SCTP 來 達 成 垂 直 換 手 *The authors would like to thank the National Science Council, Taiwan, R.O.C. and BCM Communication Co., (Vertical Handoff) 的 方 式 有 mSCTP[5] 和 Ltd for financially supporting this research under cSCTP[6]。mSCTP 提出垂直換手的流程,但並沒 Contract No. 94-2815-C-155-020-E and No. RD930396..

(2) 有提出垂直換手中 MN 的架構。cSCTP 則提出 MN 應有的架構。如圖 1 所示,MN 主要會有三個元 件,第一為 Host Agent Component,幫助 MN 可 以進入或離開 Access Router(AR)。第二個元件 為 cSCTP Component。MN 和 Correspondent Node 都有此元件,用以資料傳輸使用;同時該元件亦 擁 有 Dynamic Address Reconfiguration 的 功 能。第三個元件為 SIP User Agent Component, 主要為位置管理(location management),用來記 錄 MN 的位置。. 圖 1. Cellular SCTP operation. SCTP 提供 Partial Reliability 模式(簡稱 PR-SCTP)。SCTP 未啟動 PR 模式時,運作如同 TCP 一樣提供可靠的傳輸服務。PR-SCTP 模式下,則 提供一個部份可靠的傳輸服務。在傳送封包時, PR-SCTP 指定此一封包的生命時間(Lifetime), 若在時間內無法將封包成功傳送,PR-SCTP 便會 放棄該封包的傳送,並以 FORWARD-TSN 封包通知 遠端略過此一封包。 SCTP 在 實 做 中 提 供 Nagle-like 演 算 法 [7][50]。SCTP 中一個資料區塊稱為一個 chuck, 一個封包中可以有一至多個 chuck。Nagle-like 演算法會合併數個將要送出的 chuck 成為一個封 包,以減少網路資源消耗在 header 上,並降低封 包傳送的頻率,提高傳輸效率。 2.2. Mobile IP-based Handoff Mobile IP (MIP)是在無線行動網路中,使用 VoIP 的網路層(Network Layer)解決方案。雖然 MIP 並不直接與 VoIP 應用程式相關連,但 MIP 可 以提供在行動通訊中實現 VoIP。 IETF 在 RFC3344 中 [14] , 定 義 行 動 節 點 (Mobile Node, MN)、本籍代理(Home Agent, HA) 和外籍代理(Foreign Agent, FA)。MN 是一個會 更換網路接取點(point of attachment)的主機或 是路由器,通常是指行動終端裝置。在 MIP 的環 境中,存在兩個行動代理人(Mobility Agent), HA 存在於 MN 的本籍網路中(Home Network),FA 存 在 於 MN 所 拜 訪 的 外 籍 網 路 (Foreign Network)。在 Mobile IP 下,當一個 MN 準備移動 到一個新的外籍代理(New FA, nFA)服務範圍時,. 會取得一個新的 Care-of Address(CoA),並繼續 維持原本的網路連線。整個換手的過程中,應用 層並不會知道網路層的 IP 已經經過轉換的程序, 而繼續使用原本的 IP 位址。MIP 的運作流程如 下: z 第一步:Mobility Agent(即 HA/FA)會定 期發送廣告封包(Agent Advertisement), 此 廣 告 封 包 是 延 伸 ICMP 的 Router Advertisement 再加上 CoA 的資訊。 z 第二步:MN 根據收到的廣告封包訊息,可 判 斷 自 己 是 在 Foreign Network 還 是 在 Home Network。 z 第三步:若 MN 是在 Home Network,則維持 原本的 IP 路由機制;否則的話,MN 根據收 到的廣告封包可以取得一個 CoA。 z 第四步:MN 透過 FA 向 HA 進行註冊,將 MN 的 Home Address 和 CoA 的關係記錄在 HA, 再加上一個記錄的維持時間(lifetime)。 z 第五步:之後若有通訊節點(Correspondent Node, CN)欲和 MN 進行通訊,會將資料送往 MN 的 Home Address。此時所有送往 MN 節點 的封包都會被 HA 所攔截,並根據 MN 註冊的 記錄,將封包透過通道(tunnel)送往服務 MN 的 FA 節點。 z 第六步:當 FA 收到被 tunnel 起來的封包, 會進行 de-tunnel,再把封包轉送給 MN。 z 第七步:若是 MN 欲送資料給其它節點,則 把 FA 當成一般的 Router,直接對其它節點 進行傳送。. 圖 2. Mobile IP 運作過程. 在 MIP 中,原本是 MN 和 CN 二個節點之間的 資料傳輸,卻得經過 HA 將封包攔截後,tunnel 導向給 FA,最後才送到 MN 節點。這部分將會形 成一個三角式繞送(Triangular Routing),對於 即時性的網路服務,會增加不必要的延遲時間 (delay)。圖 2 表示 Mobile IP 的運作過程。 但使用 MIP 對於 VoIP 而言,所產生的延遲仍 然過大,如 Triangular Routing 造成封包傳送 延遲,換手過程的等待時間(Latency),以及封包 遺失。.

(3) 對於一個行動裝置而言,進行換手的程序可 以分為二個層次。第一個層次是 OSI 第二層(Data Link Layer)的換手。當一個行動裝置進入 nFA 的 服務範圍時,必須先取得該 nFA 所提供的一個頻 道(Channel),才能使用該無線網路的服務。第二 個層次是第三層(Network Layer)的換手,為 MN 取得一個 CoA 並完成註冊的程序。但是,MN 完成 第二層的換手後,才進行第三層的換手程序,將 產生較長的內在延遲(built-in delay)。論文[30] 提出當 MN 偵測到可能需要換手時,就進行第三層 的換手。在第二層進行換手之前,先行讓 MN、舊 的 FA(oFA)、HA 以及 nFA 進行第三層的換手程序 註冊。當確定要由 oFA 切換到 nFA 時,就可以馬 上透過 nFA 繼續通訊。 雖然[30]能縮短內在延遲時間,但 MN 卻會因 偵測到即將離開 oFA 的服務範圍,立即進行第三 層的註冊,但 MN 的移動速度與方向不定,造成 MN 並不是真正要進入 nFA 服務範圍內,就切換到 nFA 的 系 統 中 而 過 渡 佔 用 網 路 位 址 (IP Address)。 MIP 雖為 3G 系統[51][52]所選定的換手標 準,但在網路層實行換手則需 ISP 等的介入,涉 及 AAA、計費策略與 VPN Gateway 等複雜設定, 又擁有路徑選擇最佳化(Route Optimization)的 IPv6 尚未全面佈建於網路中(TANet),故本實驗 系統實作於傳輸層協定- SCTP 上。 2.3. SIP-based Handoff SIP 是在無線行動網路中,使用 VoIP 的應用 層解決方案。SIP 可由 UDP、TCP、SCTP[42]傳 輸。SIP 可以提供四種 Mobility 的模式[38]: Personal Mobility 、 Service Mobility 、 Session Mobility 、 Terminal Mobility 。 Personal Mobility 提 供 一 個 邏 輯 位 址 , 對 應 (mapping)到擁有不同裝置的單一使用者。方法上 使用 SIP Forking Proxies,使一個位址對應到 不同的終端設備,也可以讓不同的位址對應到同 一個終端設備。 Service Mobility 提供當行動裝置更換、移 動或改變使用的 ISP 時,允許使用者維持原本的 服務資訊內容,例如網路儲存設備所儲存通訊 錄。 Session Mobility 提供當通訊的使用者更換 裝置時,允許使用者維持原本的 Session。透過 Third-party Call Control[36] 和 Call Transfer 兩種方法,使舊的通訊裝置通知新的通 訊裝置與對話者執行換手,雙方用 SIP 建立新的 Session。 Terminal Mobility 提供當終端設備移動跨 越不同的 IP 子網路時,可以維持連線。在考慮終 端設備移動狀態,分有三種維持 Session 的機制 Pre-Call、 Mid-Call 和 Recover from network partitions。Pre-Call 是指 MN 在通話前執行換. 手,維持 Session。換手期間,MN 取得新的 CoA 後,會向 Home Registrar 重新註冊。當 CN 要和 MN 通話時,透過 Redirect Server 取得 MN 的最 新的 CoA,直接向 MN 發起 INVITE。Mid-Call 指 MN 在通話期間執行換手。在通話期間有換手的發 生時,MN 會直接向 CN 重新發佈 INVITE 的動作。 此時,包含 SDP 和新 CoA 的 INVITE 不經過任何的 中 繼 的 SIP Proxy , 但 會 產 生 一 個 One-Way delay (MN 發 INVITE 給 CN 告知換了新的 IP 位址 的傳輸延遲)。當發出的請求在一段時間內都沒有 回應,就要啟動重新發送的機制。而在更久的時 間內都沒回應,代表對方已經失去連戀,此時就 要重新執行重新連建立線程序。 為了達到快速換手,MN 在開始與 CN 連線 時,發給 CN 的 IP 位址不是 MN 的 CoA,而是 SIP Proxy 或是在 Proxy 裡的 RTP Translator[54]位 址。當有換手發生時,Proxy 會改寫 SDP 的位 址,而 RTP Translator 也會將封包攔截並且導到 MN 的正確位址。 在本實驗系統實作中,本團隊使用 SER[49] 為 SIP Proxy,主要處理 User Location 記錄與 查詢機制。 2.4. AAA (Authentication & Authorization & Accounting) 網絡中各類資源的使用,需要由認證、授權 和計費管理。在確認用戶身份後,根據用戶身份 的不同,系統可以授予客用相應的權限。最後, 在用戶使用系統資源時,統計用戶對資源的使用 情況,據此向客戶收取相應的費用。在本實驗系 統實作中,本團隊使用 FreeRADIUS[53]提供 AAA 服務。 2.5. 802.21 (Media Independent Handover, MIH) IEEE 802.21[45][46]標準的發展目的,主要 是提供異質性網路的換手最佳化。802.21 定義 MIH 中介層與其通訊協定,使 Layer 2 及其以下 通訊協定的網路資訊,可以告知 Layer 3 及其上 層的通訊協定,Layer 3 及其上層的通訊協定, 可下達命令給 Layer 2 及其以下通訊協定,使 MN 在異質網路環境下的換手能達到最佳化 [47][48]。MIH 運作概念如圖 3 所示。.

(4) 圖 4. SCTP-based VoIP 系統的校園環境 圖 3. MIH Function and Key Services [45]. 當 MN 漸 漸 遠 離 Base Station(BS) 服 務 範 例,其通訊訊號變弱時, MN 需要切換到其他訊 好較強的 BS。另一方面,對於不移動的使用者, 換手的需求發生在使用者欲強制切換頻道,以改 變頻寬及改善傳輸速度時。802.21 定義了數種事 件進行觸發,使得當下層通訊協定或網路有所變 動時,用來通知上層通訊協定進行換手。部分函 式如表 1 所示。 當事件觸發通知上層通訊協定後,網路選擇 元 件 (Network Selector / Handover Policy Control Function)收集下層之網路資訊(例如: 連線品質),並經過演算法的評估(例如:換手策 略等),實行換手。 表 1、Link layer triggers 描述 L2 產生改變,無論是 MAC 層或 PHY 層。 Link_down 連線中斷無法再傳遞封包。 Link_Parameters_ 當 連 線 的 品 質 低 於 一 個 臨 界 Change 值,通知換手決策單元有 Handoff 的準備。 Link_Going_Down L2 連線將在一段時間後斷線。 但 後 續 未 收 到 link_down 訊 號,則撤銷此通知。 Link_Detected 發現一個新的接取網路 AP 的訊 號 ( 根 據 beacon 或 是 主 動 偵 測) 。 MIH Configure 傳送上層協定對下層協定所設 定的控制參數 MIH_Network_Addr 取得 Network Address 相關參 ess_Information 數,包括新的 IP Address。 鏈結層 觸發 Link_up. 3. 系統環境與架構 本研究所提出的系統適合運作在一般校園的 環境下。如圖 4 所示,在系統的佈建上,SER 伺 服器用以進行註冊與使用者定位(Location)的工 作。在 SIP 伺服器後設定 FreeRADIUS 伺服器, 為此系統進行 AAA 作業。透過這兩台 Server 的相 互配合,系統能夠有效的管理使用者。. 校園內佈建有數個 AP,其無線訊號能涵蓋整 個校園。要在校園的每個角落,都能提供通話服 務的需求下,表示必須要在校園內隨意移動,並 且進行通話而不斷線。為了達到此目的,本研究 所提出以 SCTP 為 Handoff 主要控制單元,MIH 為 網路資訊收集之輔助單元的 VoIP 系統。. 圖 5.軟體系統架構. 本研究所提出的系統軟體架構如圖 5 所示, 由上到下共可分為五層。以下將逐一介紹各層之 主要功能及其相互之關係。 A.. 應用層 應用層包括 User Interface(使用者介面)、 RTP/RTCP 與 SIP。使用者介面為系統與使用者溝 通之介面,負責輸入各項通訊所需之資訊。 RTP/RTCP 為傳輸控制模組,負責將語音封包以 RTP/RTCP 封裝,並在其表頭(Header)加入封包傳 輸的控制參數。SIP 的 User Agent,負責發送與 接收 SIP 之訊息。在系統啟始時,此模組會建立 對外接收之通道,並進行 SIP 註冊,提供目前可 供連絡之位址資訊。並於收到相關通話邀請、中 斷、或通話相關資訊時進行通知與處理。 B.. 傳輸層 傳輸包括層 SCTP 與 UDP。SCTP 為語音資料傳 輸之主要通道,運用其 multi-homing 的特性,讓 系統能在無線與有線網路間切換而不中斷。UDP 用於傳遞 SIP 之控制訊息與回應。雖然 SIP 可透 過 SCTP 傳輸[42],但本實驗平台尚未將 SIP 移植 至 SCTP 上。 C.. 網路層.

(5) 在目前的實作上,採用了普及率較高之 IPv4 來進行實作,使其能夠適用於更多的網路環境 上。 D. Middleware – MIH MIH 函式組位於 2、3 層中間,負責收集下層 資訊,並依照網路資訊及設備狀態,提供事件觸 發之功能。事件處發通知上層其底層網路有狀態 變動,以便上層應用程式進行判斷與處理。. 用者已斷線,如圖 7。. E.. 媒體存取層 系 統 的 通 訊 媒 界 使 用 802.3(Ethernet) 、 802.11b/g 無線網路做為通訊之管道。. 4. 系統設計與實作 本章節將說明系統實作主要的兩個部份:SIP 及 SCTP,將其主要功能及運作步驟提出並做說 明,最後會提出實作所測得的數據並加以討論。 4.1. SIP 之註冊以及通話溝通流程 在 此 系 統 的 架 構 下 , SIP server 與 AAA server 之間根據 RFC 3702[43]實行,系統的通 話註冊流程,如圖 6 所示。. 圖 7.語音漫遊通話之 SIP 訊息溝通流程. 4.2. Handover 流程 MIH 中介層會在網路狀態不良,無法繼續正 常傳輸資料時,以事件觸發通知上層通訊協定。 網路選擇元件透過處理這些觸發,配合 SCTP 的 Multi-homing 與動態位址變更的特性,可以達到 在通話中無礙地切換 AP 之目的。. 圖 6.SIP Server 與 AAA Server 之註冊合作溝通流程. 語音通話系統的使用者(SIP client)登入時 必須向 SIP server 送出 REGISTER 訊息,此訊息 包含 SIP client 的認證資訊。SIP server 收到 REGISTER 訊息 時 ,會 向 AAA Server 提 出 AAA REQUEST 將收到的 client 認證資訊送出做查詢。 SIP server 收 到 AAA RESPONSE 之 後, 若 為成 功,便將使用者紀錄在 SIP server 中,並且送出 REGISTER SUCCESS 給 client;若為失敗,則送出 REGISTER FAIL 給 client。 註冊完成後,使用者撥打電話送出 INVITE 訊 息至 SIP server,經過 AAA Server 認證後,便 參照訊息內容導向已註冊的欲通話對象,同時送 出 Accounting 訊息給 AAA server。當通話對象 接 受 來 電 , 則 送 出 200 ok 訊 息 , 透 過 SIP server 導向撥打電話的使用者。使用者回應後, 即可進行通話。通話結束時,SIP server 會收到 使用者送出的 bye 訊息,並且通知 AAA server 使. 圖 8.Handoff procedure. 本系統在換手開始之前,已將 Interface2 啟 動連上 AP,並取得 IP Address。換手的流程如圖 8 所示,當 MIH 測得信號強度減弱至設定的臨界 值,向 Handoff Decision (網路選擇元件;HD) 模組發出 Link Parameter Change 之事件。HD 收 到此事件時,便傳送 Link Up 給應用程式,通知.

(6) 應用層呼叫 SCTP ASCONF(add IP)函式,將新 IP 位址加入 Association 中。當原本 AP 的信號下降 至預期斷訊前一秒時,MIH 會再發出 Link going down 事件給應用程式。此時代表原有路徑隨時會 中斷,應用層便呼叫 ASCONF(set primary IP)設 定新的介面路徑為主要路徑,並透過此一路徑收 送資料。最後,在 Link 層連線正式中斷,MIH 會 發 出 Link Down 之 事 件 , 應 用 程 式 便 再 呼 叫 ASCONF(del IP)訊息移除原有 IP 位址,告知對方 此一連線已無法使用。. 5. 實驗與討論 5.1. 測試環境 我們的實驗主要是要測試此 SCTP-based VoIP 軟體的 handoff delay 以及 Success Responce Time (SRT)。實驗環境如圖 9 所示, 此網路包含了兩個 LANs、一個 WAN 以及 802.11b/g APs,由一台 NB 扮演移動性的使用者 以及兩台桌上型 PC 扮演固定地點使用者,一台 SIP server 以及一台 AAA server 連上網路扮演 使用者資訊管理者。本論文測試的電腦設備如 表 2 所示。. 圖 9.測試環境圖. 5.2. 測試項目 本實驗的測試項目共分為二大類:語音封包的 SRT 與 Handoff delay。語音封包之 SRT 是指本地 端 SCTP 層向目的端送出封包開始計時,直到成功 收到目的端之回應為止。Handoff delay 是從舊 的 Interface(old IP)收到的最後一個封包,切 換至新的 Interface(new IP)後,收到的第一個 封包之間所需要的時間。 以下列出詳細的測試項目: A. 在 WAN 環境下以 SCTP 部份可靠模式以不同 Packet life time 做 傳 輸 的 Success Responce Time、Forward 封包數量以及封 包重送次數 B. 在 Campus Network 以及 WAN 環境下以不同 合併方法的語音封包之 Success Responce. 表 2‧測試設備 桌上型電腦 PC 1 CPU AMD Athlon(tm) 700MHz Memory 128MB NIC Realtec(RTL-8139/8139c/8139c+) 桌上型電腦 PC 2 CPU AMD Athlon (tm)700MHz Memory 256MB NIC Realtec(RTL-8139/8139c/8139c+) 筆記型電腦 NB CPU Intel(R) Pentium(R)M 1.5GHz CPU Memory 760MB Wireless Intel (PRO/Wireless Lan2100 3B Mini NIC PCI Adapter) (onboard). Wire NIC. Corega (WLCB-54GT) (PC card) 3com (3CRWE154G72) (PC card) Broadcom (NetXtreme BCM5788 Gigabit Ethernnet) (onboard / eth1) Abcom Systems Inc(21x4xDEC-Tulip comptible 10/100) (PC card / eth2). Time Application combine data chunk No combination SCTP combine data chunk C. 不同網路環境之間的換手延遲 z 802.11b / 802.11g z 802.11b / 802.11b z 802.11b / Ethernet 第一項測量中,VoIP 軟體以多執行續進行 收、播、錄,送四項語音工作,不包含語音資料 的 處 理 (GSM 6.10 Codec 編 碼 ) 。 傳 送 封 包 的 chunk 大小同一般語音封包為 33bytes,傳送速率 根據 Brady 的 VBR 模型[55],ON-OFF 時間為指數 分 佈 , 平 均 值 為 1 與 1.5 秒 。 VoIP 軟 體 的 Success Responce Time 數據,取用約一萬個語 音封包(通話時間約十五分鐘)之平均延遲時 間。 SCTP 支援 Nagle-like 演算法[7][50]。在第 二項實驗中,測試語音封包之 Success Responce Time 時,有分為封包不合併、應用程式合併封包 (四組語音資料併為一個封包)以及 SCTP 合併資料 塊三種方法的比較。 第三項是測量使用 SCTP 進行換手時,所造成 封包傳送之延遲時間。由於在不同網路狀況以及 使用的設備不同的情況下,換手所會造成的影響 也會不同。因此實驗又分為從有線網路切換到有 線網路,與有線網路切換到無線網路。並切換不 同的網路卡裝置。 z z z. 5.3. 測試結果 在 WAN 的環境下,因為傳輸經過的節點數目 較 多 (8 個 ) , 以 及 頻 寬 較 小 (ADSL 2M/128k bps) , 所 以 平 均 傳 輸 延 遲 較 大 , 以 partial reliable mode 傳送的 SRT 約為 60ms。若 Packet Life Time 夠長,在 timeout 之前傳送端收到四.

(7) 次 ACK 通知未收到某個封包,此時即認為此封包 遺失並重新傳送。Packet Lift Time 越小 SCTP 判斷封包遺失而發送 Forward 封包可能性越大。 表 3‧ 語 音 封 包 以 不 同 Packet Success Response Time、Forward 重送次數 PLT Sender FOR reT 400 0 13 ADSL 0 0 Tanet 300 11 0 ADSL 1 0 Tanet 200 13 0 ADSL 6 0 Tanet 100 9 0 ADSL 4 0 Tanet 60 13 0 ADSL 1 0 Tanet. 會對傳輸速率造成影響。另一方面 SCTP 的負擔 (Overhead)較高,包括 SCTP 本身封包表頭 (Header)較大、功能複雜而造成多餘的處理間。. Lift Time 傳 送 之 封包數量以及封包 SRT 0.058769 ms 0.061019 ms 0.059196 ms 0.059816 ms 0.058961 ms 0.059583 ms 0.058977 ms 0.058825 ms 0.058616 ms 0.058474 ms. *PLT for Packet Life Time *FOR for number of Forward packet *reT for number of retransmission *SRT for Success Response Time. WAN 環境下語音封包之 Success Response Time、 Forward 封包數量以及封包重送數量如表 3 所 示 。 No combination (N) 模 式 及 Application combine (A),傳輸延遲較 SCTP combine (S)模 式小。由於透過 SCTP 的封包合併,封包會存在 SCTP 的佇列中(queue)等待合併,而產生較大的 延遲,以不同封包合併方式傳送語音封包的 SRT 如表 4 所示。 表 4‧ 使 用 不 同 合 併 方 法 傳 送 語 音 封 包 之 Response Time Combine Method SRT Campus network Application combination 4.60 SCTP combination 18.37 No combination 4.02 WAN Application combination 61.09 SCTP combination 78.55 No combination 55.36. Success. ms ms ms ms ms ms. 在換手部份,經由多次的實驗,發現使用不 同網路裝置在三種不同網路之間做換手,對於換 手延遲並不會有太大的影響,但是換手到速度較 慢的網路(802.11b)時封包遺失率較高。更重要的 是以 SCTP 做換手並不會影響通話的品質。在 Linux 預設的網路卡驅動程式環境中,在不同的 網路設備組合下,最佳的換手延遲大約限制在 90 ms,如. 表 5 所示。. 在封包遺失率較大的無線網路上,即使 SCTP 已使用 SACK,封包重傳及等待重傳的時間,仍然. 表 5‧換手延遲實驗結果 Local Target Handoff Delay Network Network Handoff Delay 802.11 b 802.11 g 84.8 ms 802.11 g 802.11 b 174.0 ms 802.11 b 802.11 b 178.0 ms Ethernet 802.11 b 92.6 ms 802.11 b Ethernet 79.0 ms *802.11g to 802.11b 以及 802.11b to 802.11b 在換手 時都遺失ㄧ個封包. 6. 結論與未來工作 一般校園內,無線區域網路佈建完善,使得 接收到的無線訊號夠穩定,且其所提供的頻寬也 足夠。本研究目的在設計一個 VoIP 通話系統,在 校園網路中能維持通話品質,並能順利的在各種 接取網路中換手運作。本通話系統使用 SCTP 以及 IEEE 802.21 通訊協定。SCTP 主要解決資料傳輸 時,切換存取網路所造成的 Session 變動問題。 運用 Multi-homing 以及動態位址變更,可達到 不中斷通訊而切換存取 AP。在通訊協定之間的溝 通,利用 IEEE 802.21 的事件觸發,透過 MIH 取 得下層網路資訊,交給上層換手決策單元評估。 換手決策單元由演算法與換手策略評估,決定換 手時機。 本論文完成 SCTP 無礙換手的 MIH 協定程序設 計,並實作部份系統於 802.11b 和 802.3 乙太網 路構成的校園網路中測試。 由於 SCTP 與 802.21 發展尚未完成,仍有許 多地方需要探討與改進,例如 802.21 中對 SCTP 的換手訊號,仍未定義到其通訊協定欄位中。本 研究團隊未來的研究工作,將著重在搭配 802.21 之換手決策演算法的改進,使異質性網路之間的 順暢切換,通話品質能夠提升。在系統實測部 份,考慮通話一方不是在 WLan 中,未來將增加其 他的接取網路如 GSM/GPRS、UMTS/GPRS 等的測 試。 參考文獻 [1]. R. Stewart et al., “Stream Control Transmission Protocol", IETF RFC 2960, Oct. 2000 [2]. J. Stone, R.Stewart and D. Otis, “Stream Control Transmission Protocol (SCTP) Checksum Change”, IETF RFC 3309, Sept. 2002 [3]. R. Stewart et al, “Stream Control Transmission Protocol (SCTP) Partial Reliability Extension”, IETF RFC 3758, May 2004 [4]. R. Stewart et al., “Stream Control Transmission Protocol (SCTP) Dynamic Address.

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數據

表   3‧ 語 音 封 包 以 不 同 Packet  Lift  Time 傳 送 之 Success Response Time、Forward 封包數量以及封包 重送次數

參考文獻

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