基于NS-2的VoIP模擬與仿真
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1 NS-2和AMR相關技術
1.1 NS-2網絡模擬器
NS-2(Network Simulator，version 2)是由加州大學伯克利分校開發(fā)的面向對象的、離散事件驅動的網絡模擬器，主要用于解決網絡研究方面的問題，目前NS-2可以用于模擬各種不同的通信網絡。它功能強大，模塊豐富，已經實現(xiàn)的主要模塊有：網絡傳輸協(xié)議(如TCP和UDP)，業(yè)務源流量產生器(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)，無線網絡WLAN、移動IP、衛(wèi)星通信網絡模塊、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)有的網絡元素來實現(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絡元素，因此需要對NS-2進行擴展，添加所需要的網絡元素。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自適應技術的介紹
自適應多速率語音編碼(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的不同信道編碼模式。其中，全速率信道模式下所對應的信道編碼模式為8種，半速率信道模式下所對應的信道編碼模式為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。此外為了降低算法的復雜度，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。在移動通信中，當信道模式固定后，通過測量歸一化的載(載波信號)干(干擾信號)比來估計當前信道的質量，度量級別為4個級別，分別為很差、差、好、很好。如果當前信道質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，以此來提高重構后的語音質量；如果當前信道質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)，由于多數比特被用作信道編碼，因此具有很強的糾錯能力，但是重構后的語音質量不佳[3]。
2 AMR算法下的VoIP系統(tǒng)
VoIP傳輸的基本過程可分為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，語音數據通過UDP協(xié)議打包從源點pc0-T開始發(fā)送，通過網關gk0、gk1轉發(fā)，將語音數據包轉發(fā)到目的地點pc0-R，從而實現(xiàn)節(jié)點0~5之間的語音數據通信；第二個階段，語音數據通過UDP協(xié)議打包從源點pc1-T開始發(fā)送，通過網關gk1和gk0轉發(fā)，將語音數據包轉發(fā)到目的地點pc1-R，從而實現(xiàn)節(jié)點6~1之間的語音數據通信。2個階段連續(xù)的傳輸過程構成了VoIP中語音數據的基本傳輸過程。此外，為了更加真實地模擬網絡資源的變化，設置了一個pc到pc的網絡數據量的傳輸過程。該過程為：網絡數據通過TCP協(xié)議打包從源點pc2-T開始發(fā)送，通過網關gk0和gk1轉發(fā)，將網絡數據包轉發(fā)到目的地點pc2-R，從而實現(xiàn)節(jié)點2~7之間的網絡數據的傳輸。通過設置不同的網絡數據流量可以來模擬當前網絡信道質量的好壞，從而為選擇不同的AMR信源編碼模式做準備。
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