基于NS-2的VoIP模擬與仿真
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1 NS-2和AMR相關(guān)技術(shù)
1.1 NS-2網(wǎng)絡(luò)模擬器
NS-2(Network Simulator，version 2)是由加州大學(xué)伯克利分校開發(fā)的面向?qū)ο蟮?、離散事件驅(qū)動的網(wǎng)絡(luò)模擬器，主要用于解決網(wǎng)絡(luò)研究方面的問題，目前NS-2可以用于模擬各種不同的通信網(wǎng)絡(luò)。它功能強大，模塊豐富，已經(jīng)實現(xiàn)的主要模塊有：網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議(如TCP和UDP)，業(yè)務(wù)源流量產(chǎn)生器(如FTP、Telnet、Web、CBR和VBR)，路由隊列管理機制(如Droptail、FQ、RED和CBQ)，路由算法(如Dijkstra)，無線網(wǎng)絡(luò)WLAN、移動IP、衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)模塊、多播協(xié)議以及一些MAC子層協(xié)議等。
NS-2使用了被稱為分裂對象模型的開發(fā)機制，采用C++和OTcl兩種開發(fā)語言進行開發(fā)，它們之間采用TclCL進行自動連接和映射。NS-2的模擬可分為2個層次，其中第一個層次是基于OTcl的模擬，主要利用NS-2現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)元素來實現(xiàn)模擬，因此無需對NS-2本身做任何修改，只需要編寫一個完整的OTcl腳本程序即可；另外一個層次是基于C++和OTcl的模擬，該層次中沒有所需的網(wǎng)絡(luò)元素，因此需要對NS-2進行擴展，添加所需要的網(wǎng)絡(luò)元素。一般來說，NS-2的模擬需要與NamvNetwork animaterw配合使用。Nam是基于Tcl/Tk的動畫演示工具，以把模擬的過程用可視化的方式呈現(xiàn)出來[2]。
1.2 AMR自適應(yīng)技術(shù)的介紹
自適應(yīng)多速率語音編碼(AMR)有8種信源編碼模式,2種信道模式(即全速率信道模式和半速率信道模式)以及不同信道模式下所對應(yīng)的不同信道編碼模式。其中，全速率信道模式下所對應(yīng)的信道編碼模式為8種，半速率信道模式下所對應(yīng)的信道編碼模式為6種，每種信道編碼模式都有一種信源編碼模式與之相對應(yīng)。此外為了降低算法的復(fù)雜度，8種信源編碼模式均采用ACELP(Algebraic Code Excited Linear Prediction)模型，不同的只是參量的量化碼本和量化比特數(shù)。在移動通信中，當(dāng)信道模式固定后，通過測量歸一化的載(載波信號)干(干擾信號)比來估計當(dāng)前信道的質(zhì)量，度量級別為4個級別，分別為很差、差、好、很好。如果當(dāng)前信道質(zhì)量估計為較好或者好，則降低信道編碼速率、提高信源編碼速率，以此來提高重構(gòu)后的語音質(zhì)量；如果當(dāng)前信道質(zhì)量估計為差或者較差，則提高信道編碼速率、降低信源編碼速率，以此來保障通話質(zhì)量。所以高模式下的信源編碼(如MR122)，雖然可以提供優(yōu)良的語音可懂度和自然度，但是抗噪能力差；而低模式下的信源編碼(如MR475)，由于多數(shù)比特被用作信道編碼，因此具有很強的糾錯能力，但是重構(gòu)后的語音質(zhì)量不佳[3]。
2 AMR算法下的VoIP系統(tǒng)
VoIP傳輸?shù)幕具^程可分為4種：PC-PC模型、PC-Phone模型、Phone-PC模型和Phone-Phone模型[4]。本文中仿真的是Phone-Phone模型，具體過程如圖1所示。在該模型中，語音的傳輸過程可以拆分為2個階段。第一個階段，語音數(shù)據(jù)通過UDP協(xié)議打包從源點pc0-T開始發(fā)送，通過網(wǎng)關(guān)gk0、gk1轉(zhuǎn)發(fā)，將語音數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到目的地點pc0-R，從而實現(xiàn)節(jié)點0~5之間的語音數(shù)據(jù)通信；第二個階段，語音數(shù)據(jù)通過UDP協(xié)議打包從源點pc1-T開始發(fā)送，通過網(wǎng)關(guān)gk1和gk0轉(zhuǎn)發(fā)，將語音數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到目的地點pc1-R，從而實現(xiàn)節(jié)點6~1之間的語音數(shù)據(jù)通信。2個階段連續(xù)的傳輸過程構(gòu)成了VoIP中語音數(shù)據(jù)的基本傳輸過程。此外，為了更加真實地模擬網(wǎng)絡(luò)資源的變化，設(shè)置了一個pc到pc的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)量的傳輸過程。該過程為：網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通過TCP協(xié)議打包從源點pc2-T開始發(fā)送，通過網(wǎng)關(guān)gk0和gk1轉(zhuǎn)發(fā)，將網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到目的地點pc2-R，從而實現(xiàn)節(jié)點2~7之間的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的傳輸。通過設(shè)置不同的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量可以來模擬當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)信道質(zhì)量的好壞，從而為選擇不同的AMR信源編碼模式做準備。
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