VoIP和Wi-Fi联姻：IP电话迈向无线

VoIP和Wi-Fi联姻：IP电话迈向无线

这几乎就是不可抗拒的联姻：IP语音传输VoIP）提供了以低成本在网上打电话的方案，而Wi-Fi扔掉了连线。 如果两者相结合(现在这对组合已被称为VoFi)，就可以通过任何能够访问的Wi-Fi连接，以低成本拨打无线电话。

VoIP和Wi-Fi的联姻是天作之合。目前许多大公司已积极采用VoFi，明显降低了长途电话费，即便音质并不总是能够与普通老式电话POTS）的音质相媲美，但至少不是相差甚远。

但如今VoFi正在进入运行环境有些不太稳定的消费者领域。VoIP的开拓者Vonage公司已在今年夏季开始销售一款便携式Wi-Fi电话，这款电话必须在标准的802.11网络上使用，而不能在经过改动和调整从而满足实时语音需求的特殊的企业网络上使用。VoFi在这种环境下音质如何仍需拭目以待。

就连VoIP也要克服一些恶劣环境，才能在因特网上提供声音自然的语音，VoFi就更不用说了。根本性难度就在于，分组网络如LAN、Wi- Fi和因特网本来就不是为语音通信而设计的。为了让通话声音自然，语音信号在通话方之间传送时必须没有明显的延迟。然而在分组网络上，却无法保证含有语音数据的数据包能够及时到达，或者能够到达。Wi-Fi是一项无线技术，加上原本就不如LAN可靠，所以确保传送及时、音质良好就更不可能了。面向消费者的 Wi-Fi往往工作在不太理想的环境下，因而这种情形更加让人担忧。

幸运的是，在有线VoIP中，处理数据包传送不稳定现象的技术已经解决了诸多音质问题。之所以会出现音质问题，往往是因为因特网遇到异常问题，或者大量数据流量造成局域网拥塞，所以无法优先处理VoIP应用。

无线面临的难题

不过，无线VoIP更为复杂。数据包传送以及音质会受到实际墙壁、微弱信号、电子干扰甚至无意中暂时成为射频防护屏的行人的影响。虽然有线和无线VoIP系统处理数据包传送问题的方式实际上一模一样，但无线系统遇到的问题更频繁、更严重。

与有线VoIP一样，VoFi音质方面的问题主要集中在时延、抖动和数据包丢失这三个方面。数据包到达目的地需要时间时延），这个时间是个变量抖动），有些数据包永远也无法到达目的地数据包丢失）。Wi-Fi上的时延、抖动和数据包丢失都比有线LAN上来得严重，因而带来了更难以处理的音质问题。

当然，任何VoIP或者VoFi应用都存在一定的时延。譬如说，因特网ping测试可能会显示波士顿和达拉斯之间来回一趟的时延为67毫秒；波士顿和瑞士日内瓦之间来回一趟的时延为133毫秒；波士顿和澳大利亚阿德莱德之间来回一趟的时延为262毫秒。国际电信联盟ITU）在G.114标准中推荐：想获得良好的通话质量，单向时延要低于150 毫秒。照这个音质标准来衡量，所有上述时间都是可以接受的。

但如果时延变长见图2），就会出现问题。因特网时延变化极大，很难预测，有时会突然增加。LAN上的数据拥塞也会导致时延很长，通常的 VoIP处理譬如语音编码和解码）也会增加时延。如果单向时延超过大约200 毫秒，语音流就会受到干扰：参与方往往会中断对方的说话，并在同一时间通话。长时延还会引起回声。

　

最经常遇到的VoIP问题就是抖动，即语音数据包以没有规律的时间间隔到达目的地见图3）。抖动明显超过大约50毫秒）的后果就是声音断断续续。严重的抖动其实会导致语音数据包不按顺序到达目的地，从而导致声音混乱无序。

　

抖动现象在无线LAN中特别普遍，因而对VoFi来说是个严重问题。据Global IP Sound公司负责技术的副总裁Jan Linden声称，802.11b 网络上的抖动出现50到200毫秒的标准偏差并非罕见。相比之下，企业LAN却很少出现超过几毫秒的抖动。
不过，最严重的音质问题不是由于抖动，而是由于数据包丢失。只要有一个语音数据包未到达目的地，至少会丢失20或者30毫秒的通话——具体时间取决于采用哪种语音编解码器。在有些情况下，哪怕丢失1%的数据包，也会导致语音质量严重下降。

而遗憾的是，Wi-Fi网络往往会丢失许多数据包，原因是Wi-Fi用户和Wi-Fi接入点间的连接质量经常不好。如果数据包没有从发送方传到接收方，网络当然可以重新发送，但重新发送语音包只会导致时延和抖动问题更严重。而且，如果重新发送数据包导致时延过长，VoFi系统就会干脆把它丢弃。

VoFi的解决之道

确实有一些办法可以解决VoFi的许多问题。诸多技术不仅可以处理时延、抖动和数据包丢失，还可以处理回声及传统电话的其他常见问题。VoFi还有众多语音编解码器可以使用，它们能压缩语音、减小带宽需求，同时仍提供良好的音质。

为了尽量减小抖动产生的影响，VoIP系统采用了抖动缓冲器。抖动缓冲器接收进来的语音包，语音包可能以没有规律的时间间隔到达，但经抖动缓冲器处理后，可以按有规律的间隔重新发送，从而让优先处理的语音数据声音自然。

然而，抖动缓冲器是把双刃剑。虽然抖动缓冲器可以消除进入数据包的抖动，不过它是以增加整体时延为代价的。小容量缓冲器带来的时延低于大容量缓冲器，但一旦抖动明显，就会发生溢出、丢失语音数据包等现象，从而导致音质下降。另一方面，大容量缓冲器虽然丢失的数据包较少，但会导致时延让人无法接受。

动态抖动缓冲器可以解决缓冲器大小问题。动态抖动缓冲器用软件实现，检测到变化的网络条件后，就会相应调整缓冲器大小。通常可以对动态抖动缓冲器进行配置，规定最多允许丢失多少比例的数据包。其实，动态抖动缓冲器会在抖动和数据包丢失之间进行折衷处理，以便尽量提高音质。

数据包丢失会对音质产生大小不一的影响，这要看数据包是如何丢失的。据一些人士声称，丢失多达10%的语音数据包照样能获得可以接受的音质。不过另一些人士认为，哪怕丢失1%的数据包也会导致音质极差。显然，出现这种不一致是因为数据包丢失有的呈随机性，有的呈突发性。有时，一个VoIP系统会在几秒钟时间内丢失20%至30%的数据包，这种情况就会导致非常明显的音质问题。
为了处理数据包丢失问题，VoIP和VoFi系统采用了名为数据包丢失隐藏packet loss concealment）的一种技术。这种技术并不找回丢失的数据包，只是把丢失数据包对语音产生的不利影响掩盖起来。让人惊讶的是，这种方法的效果非常好：在某些情况下最多允许可以丢失30%的数据包

　

Global IP Sound公司的Jan Linden认为，实际上，数据包丢失隐藏技术就是为每个传送的语音包添加了来自前一个语音包的一些信息。然后，如果某语音包没有成功到达接收端，接收端就会等到接到下一个语音包，然后使用该语音包中的信息来描述前一个语音包。
最常用的数据包丢失隐藏方法仅仅是用整个前一个语音包取代丢失的数据包。因为语音内容前后有所关联，所以你能得到与以前内容类似的内容。不过，这有个缺点——由于转换效应，音质不是非常好。

一种更有效的隐藏数据包丢失问题的方法就是，把一系列语音数据分成两部分，然后按单独的数据包连续发送。通过适当的数据采样，每个数据包中含有大致相同的声音序列。如果两个数据包同时到达，接收端就可以使用这两个数据包，完美再现声音序列。如果有一个数据包丢失，系统就会使用另一个数据包再现同样的声音，只是音质稍差罢了，不过仍可以接受。

802.11e确保QoS

VoIP 和VoFi还可以借助即将予以批准的802.11e标准，从而在提高音质方面得到一些改进。802.11e规定了服务质量QoS）方面的要求。 802.11本身不会对流量类型区别对待，所以不会为实时语音数据提供高于其他数据如电子表格文件）的优先级。不过，802.11e提供了不同的流量类别和优先级别，从而使高优先级的语音数据遇到的延迟比较低因而抖动和数据包丢失现象比较少）。

然而，802.11e不能保证语音数据总是尽可能快速、有规律地到达目的地，不过它确实增加了这种可能性。另外，要获得非常好的效果，使用802.11e的网络必须从源地发送到目的地的过程中一路传达QoS需求，这种传达依赖符合802.11e的所有网络部件。

对VoIP 和VoFi应用而言，拥有足够的带宽也很重要，即便带宽通常不是主要的约束条件。毕竟，连802.11b网络也能达到11Mbps，而 802.11a和802.11g更是可以提供54Mbps。往往连接速度最慢的居民宽带因特网连接提供的速度通常至少也有1Mbps。

不过，带宽仍是个因素，因为无线LAN根本提供不了规定的数据速率。譬如，不尽如人意的条件很可能把802.11b的数据速率降到2Mbps甚至1Mbps。如果再加上一些繁重的网络流量，带宽就可能限制音质。

各种语音编解码器可以降低VoIP和VoFi对带宽的需求，不过在使用时一定要小心。在传统电话中，符合ITU G.711标准的编解码器可以把语音编码成64kbps的数据流。在VoIP当中，G.729编解码器只需要8kbps，却能获得几乎完全相同的音质。不过，压缩率越高，数据包丢失现象就越明显，因为每个数据包含有更多的语音数据。

未来漫游

好像嫌所有这些难题还不够严重，VoFi将来从一个Wi-Fi接入点漫游到另一个接入点，甚至在Wi-Fi网络和蜂窝网络之间进行漫游时，还面临其他一些问题。在企业VoFi系统中，Wi-Fi漫游已经实现，但这些系统都针对VoFi进行了认真配置，而面向消费者的网络却不是这样。在蜂窝网络市场，几个无线运营商目前正在对可以与VoFi-蜂窝双模电话协同工作的系统进行评估。

漫游会影响音质，原因是VoFi连接不会在瞬间从一个接入点切换至另一个接入点。切换过程需要一定的时间，而如果切换不够快，通话质量就会受到影响。

当然，蜂窝网络从来就没有提供过良好的音质，但大多数用户为了获得移动性这一好处，甘愿忍受稍差的音质。Wi-Fi和蜂窝技术的联姻也会带来移动功能，但VoFi本身不只是与蜂窝网络相竞争，还会与音质几乎总是非常好的传统固定电话相竞争。

恐怕唯有时间才能表明用户会不会重视成本和便利、轻视音质；或者换一种说法，VoFi的音质会不会逐渐赶上传统电话。不管怎样，未来人拨打的许多电话将会在网上进行。