基于IEEE802.11無線局域網(wǎng)標準家族，無線網(wǎng)絡的發(fā)展可以說是近幾年技術界較成功的故事。先不說這些標準自身，WLAN在全球的普遍應用則是受到了Wi-Fi聯(lián)盟互操作性測試和認證的協(xié)助及加速──以至于Wi-Fi這個術語已經(jīng)普遍代替了“WLAN”。

在無線局域網(wǎng)（WLAN）的增長初期，它的主要角色是為有線局域網(wǎng)連接提供一個兼容的無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡替代品。然而，隨著它的能力不斷增強──其標準也不斷增強，可以提供更高數(shù)據(jù)率、更好的服務質量以及諸如省電等特殊模式──它快速地成為了大量電子設備的一個組成部分，包括電話、游戲機、音樂播放器、傳感器以及其他消費電子產(chǎn)品。在這些應用中，增長較迅速的應用之一要算是在無線網(wǎng)絡上傳輸語音的應用──這還要部分地感謝多種商用VoIP服務的普及效應。

Wi-Fi聯(lián)盟已經(jīng)認識到Wi-Fi上的語音（VoWiFi）的巨大潛力，所以發(fā)布了一個認證項目，稱為Voice-Personal，可以在家庭或小辦公室環(huán)境下，確保Wi-Fi設備滿足實現(xiàn)VoWiFi的需求。同以往Wi-Fi聯(lián)盟的認證關注協(xié)議符合程度及互操作性不同，這個Wi-Fi認證的Voice-Personal有了一定的擴展，轉而關注特定的應用，并且基于性能測試進行。這一項目于2008年7月發(fā)布，Redpine Signals的Lite-Fi是首批支持該認證的產(chǎn)品之一。

在本文中，我們通過逐一講解影響用戶體驗滿意度的參數(shù)，讓大家對VoWiFi性能的背景知識有一個了解。我們還會對這些要求中的一些進行詳細闡釋，并講解如何在VoWiFi設備中實現(xiàn)他們。

 VoWiFi的要求

傳統(tǒng)上，語音總是在固定延遲、面向連接、低差錯率的傳輸介質上進行傳輸?shù)摹�對于基�?span>WLAN的網(wǎng)絡來說，這些特性都是需要特別提供的。從用戶的角度來看，如果特定的需要都能滿足，跑在WLAN上的語音理應同在其他專為語音設計的網(wǎng)絡上是相似的。這些要求包括：

延遲：一個雙路、交互的通訊，如語音通訊要求介質的包延遲是有限的。其連接必須能夠應付如同面對面談話一樣的說話頻率。通常在VoWiFi中可以接受的延遲的極限是50ms。

抖動：這是包到達時間的變化。盡管在接收端已經(jīng)有抖動緩沖器來處理這個問題，但是也需要網(wǎng)絡盡量避免它。

丟包：用來傳遞語音包的協(xié)議并沒有提供重新傳遞丟失包的機制。事實上，即使它有這種機制，也很難有效，因為重新傳遞一個包就很難滿足對有效延遲的要求。當然WLAN協(xié)議在MAC層提供了對丟包進行重試的方法，這種機制有助于處理偶爾出現(xiàn)的包錯誤，這種錯誤即使在頻道條件良好時也會出現(xiàn)。在良好到一般的頻道條件下，VoWiFi設備預期可以把包損失限制到幾個百分點以內。

節(jié)能：無線設備事實上只在一天的部分時間內進行通訊──如手機，典型的使用時間只是一天1個或2個小時。然而，人們希望這個設備隨時處于“開機”狀態(tài)──準備好隨時接受電話呼入，并且能隨時響應用戶打入的電話。原始的802.11標準可以讓一個客戶端處于休眠狀態(tài)，并可以在檢測到待處理的數(shù)據(jù)包時醒過來，但這種節(jié)能標準對語音通話來說并沒有太大幫助，因為這時每隔20到30ms才會來一個包。802.11e標準和WMM-PS的Wi-Fi認證提供了一種節(jié)能狀態(tài)，同時還能保持語音通話所需的其他規(guī)格。本文將詳細闡述這一點。

工作范圍：語音通訊所需要的帶寬只是Wi-Fi網(wǎng)絡上可能的數(shù)據(jù)速率的一小部分，但它要求的可靠性是位置無關的。因此，在物理層上實現(xiàn)的無線客戶端就必須要處理多通道和多接口的使用情景，這在辦公室或家庭中的角落及其他較遠的位置上經(jīng)常發(fā)生。

漫游：在一個大辦公室里，用戶在打電話時很可能來回走動并超出他的接入點的范圍。盡管在企業(yè)內總是部署有足夠多的的接入點，能夠提供足夠的連接，但從一個接入點（AP）切換到另一個──也就是漫游──也必須進行得足夠快，這樣才能不打斷用戶的通話。本文后續(xù)部分將更詳細地說明漫游所使用的機制。

標準中提供的QoS（服務質量）機制也有助于滿足這些性能要求。Wi-Fi聯(lián)盟的WMM認證可以保證這些機制得到正確實現(xiàn)，并且能同其他通過認證的客戶端及接入點產(chǎn)品互操作。802.11n標準可以提供更高的數(shù)據(jù)流量，同時還有更大的工作范圍。其中范圍上的提升是通過諸如STBC和波束形成等技術實現(xiàn)的，它對VoWiFi設備極有益處。更重要的是，如果一個企業(yè)安裝了11n設備，在手持設備上統(tǒng)一使用801.11n對企業(yè)也更有好處，這是因為它可以保證802.11n的數(shù)據(jù)流量優(yōu)勢得以保存。

在下面各節(jié)中，我們將主要闡述VoWiFi客戶端設備的低功耗工作及其在企業(yè)內的漫游。

 節(jié)能

VoWiFi電話可能是獨立的電話，也可能同其他電話機集成在一些，比如手機或是無繩電話。但在所有這些情況下，電話機總是用電池的，因而對能耗總是敏感的。從能耗的角度來看，這些產(chǎn)品中有兩種功能模式。第一種是電話機處于“開機”狀態(tài)并等待呼入。這種模式下的功耗決定著電話的待機時間。第二種模式是正在通話──這種模式的能耗決定著電話的通話時間。本節(jié)我們將審視802.11標準所提供的各種節(jié)能技術，以及它們對VoWiFi的作用。

 舊的節(jié)能模式

802.11標準允許設備進入節(jié)能模式而后定期醒來，來監(jiān)聽接入點的信號。在接收設備處于節(jié)能狀態(tài)時，接入點會緩存信息包，并能在信號幀中指出有要處理的包。設備恢復后，就能接收并處理發(fā)來的信號，然后去檢查待處理的包，之后如果沒有要處理的包，它就再進入睡眠狀態(tài)，也就是節(jié)能模式。而如果信號指出有需要處理的包，設備就會繼續(xù)保持在工作狀態(tài)，并發(fā)出一個PS-POLL幀來接收所有緩存的包。一直到它接收到的數(shù)據(jù)中或管理包中“更多數(shù)據(jù)”的標志被清除后，它才再次進入睡眠狀態(tài)。接入點同樣也會在設備睡眠時緩存發(fā)給設備的廣播包，并會在DTIM信號之后再發(fā)送這些包。因此，這些設備必須在接收到DTIM信號之后醒來并接收廣播包。圖1顯示了節(jié)能狀態(tài)下兩個設備的喚醒情況。

在待機情況下VoWiFi可以使用這種模式。但是，一旦通話開始，設備就不能再停留在這種模式下，這是因為包的延遲不能超過100ms，對于信號間隔就是100ms的系統(tǒng)來說，這對VoWiFi是不能接受的。

 APSD

APSD，即自動電能節(jié)省發(fā)送，在802.11e中出現(xiàn)。它定義了U-APSD，即非定期APSD，還有S-APSD，即定期APSD。APSD定義了一種更有效的從接入點提取它緩存的包的方法。在S-APSD方法中，所有緩存的包都按TSF預先設定好的時間發(fā)送到設備。該設備則必須在此動作之前醒來并做好接收這些包的準備。而在U-APSD方法中，設備必須向接入點發(fā)送一個觸發(fā)幀，然后接入點會把相應的可以發(fā)送的包發(fā)出來。這里可以使用任何待處理數(shù)據(jù)包作為觸發(fā)幀，如果沒有待處理包則可以使用一個空包。設備則持續(xù)接收這些包，直到它收到一個帶有EOSP標志的幀。圖2顯示了在一個U-APSD服務期內的幀交換。Wi-Fi WMM-PS認證包含了U-APSD操作。VoWiFi設備可以在通話時使用APSD模式。啟動周期可以根據(jù)編碼解碼器的數(shù)據(jù)率進行調整。頂級的WLAN模塊，包括Redpine的Lite-Fi，通過在VoWiFi通話期間使用這些節(jié)能技術消耗的電能小于20mW。

 PSMP

U-APSD這種基于沖突的方案只適用于網(wǎng)絡上VoWiFi客戶端很少的情況。當VoWiFi客戶端數(shù)量增加時，包的沖突就會上升而且反過來就會影響到VoWiFi所需要的服務品質（QoS）。同時，一個設備必須準備好并且依次等待接入點來為它服務，這樣就在這個時間內就會消耗電能。節(jié)電多輪詢（Power Save Multi Poll），即PSMP，針對這些問題，在802.11n標準中出現(xiàn)了。在這種機制中，接入點會發(fā)出一個PSMP幀，在其中它同每個客戶端設備溝通上行和下行的時間槽。圖3顯示了PSMP的幀交換。MTBA，即Multi-TID Block Ack，多標識塊確認，也是802.11n標準引入的一種可以和PSMP結合使用的技術。有了MTBA，一個單獨的塊確認幀就能包含不同標識的塊確認信號。一個設備可以根據(jù)PSMP信號醒過來，然后根據(jù)對它的時間槽的通知，也可以再加到睡眠狀態(tài)，只到它的上行或下行時間槽到來。但是一般地，進入睡眠狀態(tài)并醒過來都會有一個固定的開銷，因此如果時間間隔較短就不太值得進入睡眠模式。所以我們可以看到，PSMP的主要優(yōu)勢只有在同時有多個VoWiFi客戶端時才能體現(xiàn)出來。

 漫游

漫游或換手（Handoff）是VoWiFi的一項關鍵需求，它極大地影響著支持VoWiFi的網(wǎng)絡的設計。在一個移動STA（站適配器）移動出一個接入點的BSS（基站子系統(tǒng)）時，或者當前所用的工作頻道條件變差時，它就需要從這個接入點漫游到另一個。從一個接入點向另一個切換時，較壞的情況，應用可能會被切斷──這就要求在換手完成后重新啟動這一應用；其他情況下，應用可能會經(jīng)歷一個短暫的中斷，或者如果情況較好，就只會發(fā)生包傳輸上的一小段時間的延遲。語音應用是不能容忍中斷或過程切斷的，即使是排隊包的延遲也必須降低到較小程度──理想情況下是大約50ms或更短，這樣移動用戶就不會注意到通話質量的短暫下降。為了保持應用的持續(xù)性，而且不損害連接的關鍵特點，諸如安全性和節(jié)電功能，VoWiFi移動設備就應該使用智能漫游機制。

為了理解漫游遇到的挑戰(zhàn)，理解802.11漫游的過程就非常重要。典型的情況顯示在圖4中。