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基于WiMAX网络的VoIP性能监测与调优系统的研究与应用

作　者: 周贵
导　师: 刘峰
学　校: 北京交通大学
专　业: 计算机科学与技术
关键词: WiMAX VoIP QoS 无线列调 WinPcap 时延抖动 M/D/1模型
分类号: TN916.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

移动通信技术的不断进步发展,为铁路通信技术的改进以及铁路控制系统的建设和完善,提供了坚实的技术支持,也使得高质量通信服务在铁路上的应用成为可能。将VoIP技术应用到WiMAX无线网络中,实现无线列调通信,将极大的提高铁路通信效率,但是铁路通信对于网络的安全性、可靠性有着较高的要求,这就需要对当前WiMAX网络的VoIP性能进行监测,以测量数据位依托,对VoIP系统进行调优,改善VoIP服务质量。本论文基于北京交大创新科技中心项目：’WiMAX技术在铁路移动通信中的应用研究”,提出了基于WiMAX的VoIP性能监测与调优系统的研究与应用,针对WiMAX无线列调系统,设计并实现了Windows平台下基于WinPcap的VoIP性能监测系统,实时测量并显示网络性能参数。本文详细论述了VoIP性能监测系统的整体架构和各个模块的设计和实现。具体而言,该系统划分为WiMAX网络接入性监测模块、服务器连通性测试模块、网络数据包捕获模块、网络时延监测模块、VoIP流量统计及图形化显示模块、SIP信令响应时延测试模块、日志记录模块、VoIP应用程序进程信息监测模块等模块,为语音服务质量的优化和多服务并存下VoIP系统的调优提供参考数据,保证WiMAX网络下铁路通信的安全与高效。在此基础上,提出基于发送端的时延抖动控制算法,设计动态编码周期以及动态发送周期算法保证语音源的完整、控制语音数据包的时延及抖动,尽量减少发送端对通话语音的时延、抖动造成的影响,保证通话语音质量。随着VoIP系统用户人数的增加,就需要增加服务器的数量以满足系统需求。本文基于SIP信令在多服务器环境下的传输流程,运用排队论理论,提出性能较优的基于M/D/1排队论的SIP服务器部署模型,用于指导无线列调系统的服务器部署,提高系统的可扩展性,满足性能需求。本文对VoIP性能检测系统进行测试,并对基于发送端的时延抖动控制算法以及基于M/D/1排队论的SIP服务器模型进行仿真实验,测试结果表明,VoIP性能监测系统基本实现了对网络性能的监测,能够为VoIP系统的优化提供有效的参考数据。基于发送端的时延抖动控制算法能够有效的减小发送端对通话语音的时延、抖动造成的影响。而且基于M/D/1的SIP服务器部署模型可以为多服务器条件下提供稳定、快速的VoIP性能服务。最后对本文做出总结,提出需要进一步研究的工作。

全文目录

致谢  5-6
摘要  6-7
ABSTRACT  7-12
1 引言  12-19
  1.1 课题研究背景及意义  12-14
    1.1.1 课题研究背景  12-13
    1.1.2 课题研究意义  13-14
  1.2 国内外研究现状  14-17
  1.3 课题研究主要内容  17
  1.4 本文组织结构安排  17-19
2 VoIP相关技术分析  19-30
  2.1 VoIP概述  19-20
  2.2 VoIP语音通信关键技术  20-22
    2.2.1 信令技术  20-21
    2.2.2 编码技术  21
    2.2.3 实时传输技术  21-22
    2.2.4 服务质量(QoS)保证技术  22
    2.2.5 网络传输技术  22
  2.3 VoIP实时传输及控制协议  22-25
    2.3.1 RTP协议  23-24
    2.3.2 RTCP协议  24-25
  2.4 SIP协议  25-27
    2.4.1 基本概念  25
    2.4.2 基本构成组件  25
    2.4.3 SIP消息  25-26
    2.4.4 SIP代理服务器  26-27
  2.5 VoIP话音质量测量技术  27-28
  2.6 时延抖动控制改善技术  28-29
    2.6.1 播放延迟预测法  28-29
    2.6.2 设置接收端缓冲区  29
  2.7 小结  29-30
3 VoIP性能监测系统的设计与实现  30-51
  3.1 VoIP性能监测系统功能需求  30-31
  3.2 VoIP性能监测系统的总体设计  31-35
    3.2.1 VoIP性能监测系统设计  31-33
    3.2.2 VoIP性能监测系统总体架构及类图  33-34
    3.2.3 VoIP性能监测系统模块结构  34-35
  3.3 VoIP性能监测系统关键模块的设计与实现  35-50
    3.3.1 WiMAX网络接入性监测模块  35-37
    3.3.2 服务器连通性测试模块  37-38
    3.3.3 网络数据包捕获模块  38-42
    3.3.4 网络时延监测模块  42-44
    3.3.5 VoIP流量统计及图形化显示模块  44-46
    3.3.6 SIP信令响应时延测试模块  46-47
    3.3.7 日志记录模块  47-48
    3.3.8 VoIP应用程序进程信息监测模块  48-50
  3.4 小结  50-51
4 VoIP无线列调系统的调优  51-68
  4.1 基于发送端的时延抖动控制算法  51-58
    4.1.1 研究目标  51-52
    4.1.2 基于发送端的时延抖动控制算法的设计  52-55
    4.1.3 基于发送端的时延抖动控制算法的实现  55-58
  4.2 SIP服务器部署模型的研究与实现  58-67
    4.2.1 研究目标  58
    4.2.2 数学建模  58-60
    4.2.3 理论分析  60-62
    4.2.4 基于M/D/1模型SIP服务器体系的设计与实现  62-67
  4.3 小结  67-68
5 实验测试及结果分析  68-82
  5.1 VoIP性能监测系统的测试及分析  68-72
    5.1.1 实验场景  68
    5.1.2 测试过程  68-72
    5.1.3 结果分析  72
  5.2 基于发送端的时延抖动控制算法的测试及分析  72-78
    5.2.1 实验场景  72-73
    5.2.2 测试过程  73-74
    5.2.3 结果分析  74-78
  5.3 SIP服务器部署模型的测试及分析  78-81
    5.3.1 实验场景  78-79
    5.3.2 测试过程  79-80
    5.3.3 结果分析  80-81
  5.4 小结  81-82
6 结论  82-84
  6.1 总结  82-83
  6.2 展望  83-84
参考文献  84-86
作者简历  86-90
学位论文数据集  90

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