VoIP遇上WLAN問題多 VoWLAN技術趨勢研討會實錄

VoWLAN將成為無線區域網路的成長主力！研究機構指出，VoWLAN將成為2005年之後驅動無線區域網路(WLAN)市場成長最主要的應用之一，無論是手機、PDA、筆記型電腦等產品，都將是VoWLAN可能成長的市場區塊。在消費電子領域，最遲至2008年將有超過5,000萬台家用終端裝置具備VoWLAN功能，具備VoWLAN功能的手持設備也將超過900萬台。然而，要使VoWLAN深入日常生活，仍須克服一些技術瓶頸，包括安全性、網路之間的切換、通話品質，以及手機產品的耗電等問題。  

第一堂：VoWLAN技術與應用前景分析  

講師：中山科學研究院資訊通信研究所吳匡時博士  

何謂VoWALN？中山科學研究院資訊通信研究所吳匡時博士(圖1)表示，當電腦(Computer)愈上通訊(Communication)，即是VoWLAN，也代表網路電話(VoIP)系統透過電話實現語音和數據的融合。所謂網路電話可以分成三類，即電話對電話(網路電話卡)、電腦對電腦、設備(類比電話配接器ATA)對電話之間的通話。  

網路電話的特性為透過編碼、回音消除、語音訊號檢測進行語音處理，並透過H.323、媒體閘道控制協定(MGCP)，及會話初始協定(SIP)進行通話控制。  

在現實生活中，乍看之下，只要找一個標準的VoIP有線電話，再買個WLAN模組，連上AP，那不就是VoWLAN了嗎？吳匡時表示，要實現真正的VoWLAN首先要通過尺寸重量、連線範圍、功率消耗等三個關卡，接著還要解決語音品質、安全性、移動性等問題。目前，從網路第一層至第三層也都各自存在些許問題須待解決。  

第一層(實體層)部分：實體層定義了使用頻段、頻段的劃分方式、編碼調變方式(802.11b在10Mbps速率下採用直接序列展頻)、發射功率、接收靈敏度等關鍵無線參數。因此衍生出來的問題包括：  

‧接取點(Access Point, AP)的覆蓋範圍受限：若採用802.11b的AP，則室內環境中的障礙物對AP的覆蓋範圍影響非常大，甚至在十幾公尺內就有致命盲點。  

‧無線頻段資源缺乏：在802.11b中，頻段被劃分成14個重疊的子頻段。在2.4GHz的允許頻段上只能有3個完全不重疊的子頻段，用戶多時會產生相互干擾。  

‧非付費頻段，難以進行頻譜管理：無論是運作在2.4GHz的802.11b/g或是5GHz的802.11a，其使用的頻段均為開放頻段，且發射功率強大。  

第二層(媒體存取控制層)部分：802.11採用CSMA/CA作為標準接取控制方案。對於VoWLAN，現有的協議不足之處為：  

‧AP轉換時的切換方式不統一：為了保證語音的不中斷，行動終端在AP之間切換時，數據傳輸必須保持連續。802.11b目前切換導致的延遲從50～800ms不等。  

‧QoS標準：802.11e協議已經制定完成，但目前市場上尚無相應的產品，且實用性還待測試。  

‧認証延遲時間應小於50ms：802.1x是乙太網路上的認証方式。除了安全性漏洞外，認證時間太長的問題在行動語音環境中更為明顯。  

第三層(網際網路協定層)部分：IP層負責路由，並提供TCP/UDP第四層的傳輸業務。目前的IPv4在行動語音環境有以下問題未獲改善：  

‧IP不足：對於電信級的VoWLAN網路，設計容量中容納的用戶數達數億，如果每台終端均分配唯一的IP地址，現有的IP就已不足。IPv6可以解決這個問題，但數年內IPv6網路不易建設完成。  

‧IP協議的行動性不足：MAC層處理的AP之間切換稱為微切換(Micro Handoff)，而IP層處理跨越子網的切換稱為巨集切換(Macro Handoff)，則反應時間超乎預期。  

WiFi手機市場前景撲朔迷離  

網路電話的產品形式不外乎網路電話整合到路由器或DSL數據機、與區域網路連接的網路電話機、WiFi手機等。吳匡時表示，多數WiFi手機支持者認為這項產品可結合兩種相互截長補短的無線技術，WiFi速度快，具有300英尺有效距離，可用來下載大量的資訊；而手機網路的有效距離涵蓋範圍廣泛，可達數百英里，但下載速度頂多僅能達每秒50～500kbps。  

許多國際手機大廠也紛紛宣布進軍WiFi手機市場，如諾基亞(Nokia)之前宣布2006年底推出的WiFi手機Communicator 9500將可使用思科(Cisco)Aironet無線區域網路AP基地台，這類裝置通常可見於企業、飯店、或飛機場與火車站大廳。另外，摩托羅拉(Motorola)也宣布將採用德州儀器(Texas Instruments, TI)的晶片來設計WiFi手機。  

雖然諾基亞與思科的最新合作案讓WiFi手機前景大振，但分析師表示，擴展WiFi手機市場不太容易，因為電信廠商至今還是不太願意銷售。未來WiFi手機市場是否能順利成長，電信廠商的態度也是關鍵之一。  

吳匡時還表示，VoWLAN未來市場將面臨的還有服務品質、負責者、收費方式、訂價標準等問題，在技術上，應該採用802.11a、802.11b或是802.11g？是否可以克服功率消耗的問題？所以短時間內，VoWLAN市場的成長速度仍是緩慢的。  

第二堂：最佳化VoWLAN解決方案  

講師：Hellosoft公司技術經理Anil Kumar Vydyam  

第二堂課程由Hellosoft技術經理Anil Kumar Vydyam(圖2)以「最佳化VoWLAN解決方案」為題發表演講。Vydyam指出，從VoWLAN的產業生態系(圖3)來看，核心產品是VoWLAN手機或雙模手機，第一層業者包括半導體業者、OEM/ODM、應用程式開發商、作業系統開發商等。而在向外延伸，則是行動電話營運商、骨幹網路營運商、ISP，以及入口網站業者等。此外還有資訊科技服務與顧問業者，以及通訊設備業者，都可包括在VoWLAN產業中。  

而在VoWLAN手機的架構上，目前半導體業界大多採取兩顆處理器的架構，亦即一顆微控制器，加上一顆數位訊號處理器(DSP)。但是這種架構的缺點在於系統設計較為複雜，例如，包含多個處理器核心、多個匯流排(Bus)、多組記憶體。這意味著較高的開發成本、較大的體積，以及較高的功率消耗，整體成本當然也較高。  

而目前則有矽智財業者推出新型態VoWLAN晶片解決方案，以單顆精簡指令集運算(RISC)處理器進行VoWLAN運算工作。此種架構的優點在於架構簡單，例如硬體組態單純、記憶體需求較低。而在單顆ARM處理器上，使用一個即時作業系統(RTOS)，就可以讓所有的網路、控制，以及數位訊號處理元件進行運算，也是單顆RISC處理器架構的的優點。因此在開發工作上效率較高，晶片的占位面積較小，功耗也較低。此外由於不需使用另一顆DSP晶片，因此晶片開發業者可以免除不敢輕易更換DSP的問題，整體晶片成本也較低。  

精簡架構適用可攜式產品  

這種新型態的解決方案，訴求重點在於每個語音通道需求的頻寬較小，而在單顆RISC處理器上也包含了完整的VoIP軟體，包含語音演算法在內，可以幫助VoWLAN晶片開發商減輕開發工作的負擔，精簡的架構，也較適於可攜式產品使用。  

而在WLAN晶片架構上，矽智財業者也提出了新型態方案，亦即可以依據需要，選擇完全採軟體方式、或完全採硬體方式進行WLAN運算。而在全軟體與全硬體之間，也可以選擇不同的軟硬體搭配方式，例如以硬體作為WLAN實體層，而在MAC層則完全由軟體處理，抑或由硬體處理實體層以及MAC層中的WEP、WPA、AES等部分，而MAC層中的其餘部分則由軟體處理。而在WLAN演算法方面，業者也提出新解決方案，從增加傳輸距離、改善位元錯誤率、降低功耗等方面進行效能改善。  

在VoWLAN/GSM雙模手機方面，業者也提出架構上的革新。以Hellosoft而言，該公司提出兩種方案，第一種是在雙模手機上同樣以單個RISC核心進行VoWLAN/GSM運算，使用既有的RISC微處理器，可進行通話訊號處理、通話控制管理、系統與媒體架構、應用層與使用者介面、電話會議、回音消除、噪音消除、QoS、自動增益控制等。特點在於完全由單一RISC處理器來執行VoIP軟體，不需使用分離的DSP處理器或核心，語音通話中兩個通道的媒體處理演算法都由在RISC處理器上的軟體負責執行，實現「軟體DSP」。  

第二種方案則是使用既有的RISC微處理器，再加上一個既有的DSP核心，由RISC微處理器負責通話訊號處理、通話控制管理、系統與媒體架構、加密、電話會議，以及產生雙音多頻等工作。而DSP核心則負責第一通道的媒體運算、回音消除、自動增益控制、噪音消除等工作。  

Vydyam指出，Hellosoft提出的解決方案與傳統架構相較之下，占位面積可減少三倍、可同時支援ARM與MIP核心，並可適用於各種作業系統。在性能表現上，則可在電池供電下的使用時間更長。由於其無線VoIP方案經過實地測試，有助於業者將產品即時上市。而由於語音品質較佳，也有助於VoWLAN手機業者進行產品差異化。Vydyam並在研討會中實機展示Hellosoft之有線及無線VoIP解決方案，引起與會者熱烈詢問(圖4)。  

第三堂：VoWLAN終端裝置技術趨勢與挑戰─視訊與語音的實現  

講師：飛思卡爾資深主任工程師鄭孟武  

VoWLAN終端裝置可依照應用環境作區別，飛思卡爾資深主任工程師鄭孟武(圖5)表示，將無線網路電話應用於家庭時，其產品形式通常是無線網路電話機、軟體電話機(透過個人電腦或口袋型個人電腦上的網路電話軟體進行通話)、Skype電話機及WiFi電話機等；若是應用於企業辦公室環境，其產品形式可能為WiFi電話機、具有通話軟體的WiFi PDA、3G寬頻網卡、無線影像電話機等。  

設計VoWLAN終端裝置時，必須採用可提供語音及影像內容的晶片解決方案，此外，還要注意安全性、電源管理、軟體、系統支援、性能測試等需求，所以選擇一款完善的平台式完整解決方案是相當重要的。  

鄭孟武表示，飛思卡爾目前提供的i.MX V2IP解決方案(圖6)可讓廠商快速發展基於網際網路協定的任何終端裝置，且符合不同服務與使用者經驗的需求。