一、VoIP電話系統的介紹
VoIP系統是近年來發展起來的基于分組網絡傳送語音信號的新型電信業務。與傳統電話相比，電話具有價格低廉，可方便開展各種增值業務的優勢。與VolP相關的協議主要有ITU—T的H．323協議、IETF的SIP協議等，而支持H．323協議的電話系統是新一代寬帶網絡通信的主流設備，該系統主要包括終端、網關、網守、多點控制單元等。在H．323系統中不同領域可以存在一個或多個網守并且它們之間可以相互通訊。所有的H．323終端設備都必須在其所屬領域的網守注冊以獲得H．323協議的應用。

二、調度算法的介紹
在目前常用的隊列調度算法中，目前較為常用的有4種類型；先入先出隊列(FIFO)優先級隊列(PO)加權循環隊列(WRR)以及加權公平隊列(WFQ)。

1．先入先出(First In First Out)
FIFO(First In First Out)算法是一種基本的隊列調度算法，也是目前路由器上最常用的一種調度策略。在這種調度策略下，分組進入隊列的順序與被傳輸的順序相同。通過將分組放置到一個隊列中，并按照它們到達的先后順序對它們進行調度。該算法的特點是：隊列管理簡單，調度實現方便，且不需要對分組進行重排序。其缺點是：不能夠對有不同服務等級要求的業務區別對待，即不能對不同流提供區分服務；不能實現對UDP和TCP之間的公平性；當擁塞發生時，所有的業務流的平均排隊時延都增加，所以這種隊列調度方式對所有業務流影響都是一樣的。

2．加權循環(Weighted Round Robin)
WRR(Weighted Round Robin)算法是將交換芯片的各個端口分為多個優先級，其優先級的劃分可以根據服務類型或業務屬性，隊列之間采用的是輪流調度機制，從而保證了每個隊列都會得到一定的服務時間。WRR為每個隊列都配置了一個加權值，其代表著獲資源的比重。如一個10M的4隊列端口，假設它的WRR隊列調度算法為其配置的加權值分別為50、 30、10、10，則在調度時，從高到低優先級隊列分別獲得帶寬為5Mbits／、3Mbits／s、 1Mbits／、1Mbits／，這樣就可以保證最低優先級隊列至少獲得lMbit／s的帶寬。WRR為所有業務隊列服務，并且將優先權分配給較高優先級隊列。在大多數情況下，WRR首先處理的是高優先級數據，但是當高優先級業務超出鏈路容量時，較低優先級的業務并不會因此而完全阻塞。WRR的另一個優點是：盡管多個隊列調度是輪循進行的，但并不是每個隊列都固定地分配服務時間片，倘若某個隊列為空，則會立即轉換到下一個隊列調度，而不會在該空隊列上停留，從而使帶寬資源得到充分的利用。這種算法比較適合用于_般網絡通信，既能為高優先級業務提供高帶寬，同時也避免了低優先級業務餓死。

3．加權公平隊列(Wdighted Fair Queue)
WFQ(Wdighted Fair Queue)算法是一種基于數據流的排隊算法，它提供了動態的、公平的排隊方式，基于權重來劃分通信隊列的帶寬。該算法根據源和目標地址，不同的協議和會話端口號等特性將所有數據流分成不同的類型，賦予相應的加權系數，并分配對應的帶寬。在缺省狀態下，WFQ盡量限制大流量的通信從而保護小流量及連接不暢的通信，達到讓所有數據流使用相等網絡資源的目的。 WFQ算法的優點是對所有應用都能比較公平地提供服務質量，對于要求較高的業務則可以通過設置權重保障優先級，能智能劃分和調度隊列，配置相對簡單。缺點是由于相對公平，因此不會保證提供對QoS要求很高的應用，同時算法計算復雜，比較消耗交換芯片的處理能力。而且WFQ不具備_個針對個別數據流進行控制的機制，因此也無法為每一個數據流提供帶寬的保證。加權公平隊列算法適用于應用較復雜，且應用相對公平的網絡。

4．優先級隊列(Priority Queue)
PC(Priority Queue)算法是根據業務屬性定義各自的優先級別，并且在調度處理時，先處理高優先級業務。若交換工作在第二層時，則可使用MAC數據包頭的三個字段(源地址、目的地址、標記號)來區分業務的級別；對于三層，則可通過使用IP包頭的五個字段(源地址、目的地址、源端口、目的端口和上層協議號)來區分業務的級別。在實施隊列調度時，PQ嚴格按照優先級從高到低的次序優先發送較高優先級隊列的數據，當較高優先級隊列為空后，再發送較低優先級隊列中的數據。PQ特別適合與對延遲抖動較敏感的應
用，采用優先模式進行隊列調度，可以讓關鍵業務如音頻、視頻業務的報文進入最高優先級隊列，保證在擁塞時總是獲得轉發服務。采用該算法調度時，只要高優先級隊列中還有數據包，低優先級隊列便得不到調度。該算法優點是配置簡單，絕對保證高優級應用的帶寬；缺點時不能保證高優先級以外的服務得到合理帶寬，甚至會餓死，從而不能公平地保證各種應用地服務質量。

三、OPNET對有關算法的仿真
為了驗證隊列調度管理算法的相關應用，我們以Opnet10．0為軟件平臺，在此基礎上對Diffserv機制的隊列調度管理進行仿真計算。整個需要驗證的網絡同時會運行四種業務，每種業務都設有不同的優先級別，并設置了相應的PHB轉發方式。圖1為需要驗證的網絡拓撲結構，其中，交換機A，交換機B分別以10M以太網接口與四種業務終端相連。

路由器A，路由器B為邊緣路由器，路由器A_1．路由器A_2為中問路由器，它們之間以E1接口相連，構成Diffserv域。確定好網絡拓撲以后，就需要對四種不同業務的Diffserv模型進行配置了。首先要進行配置的是四種不同業務所對應的PHB模型。我們假設節點6到節點8為我們所要關心的VoIP電話業務，因此選定其應用模式為Voice over IP Call(PCM Quality)，根據IP語音電話對實時性要求較高，對時延、時延抖動要求敏感的特點，我們將此節點對設置為EF PHB類型，同時將語音編碼方式設為G．7l1編碼方式。同理，我們把其余三節點對分別設為AFll，AF13，BEPHB類型，其對應的業務分別假定為Video、Http、Ftp。在選擇調度算法方式上，這里主要設置了四種不同的場景，分別對應著：FIFO，WFQ，、以及PQ算法，業務的QoS配置選擇的是基于DSCP模式(FIFO除外)。每個終端配置該業務所對應的DSCP值，邊緣路由器通過DSCP值對業務進行分類，并將DSCP值映射到相應的PHB中，中問路由器再根據設、定的PHB方式進行轉發。四種業務VOIP、Video、HTTP、FtpPHB映射關系分別為EF、AF11、AF13、BE：DSCP映射關系分別為1011110、1011110、001010、000000：其中WFQ分配的參數權值分別為60、30、10、5；WRR所分配的參數權值分別為60、25、l0、5； PQ所配備的優先級分別為High、 Medium、Normal、Low。
因為本文主要考慮的是VoIP業務，所以Opnet的仿真統計變量的收集主要是考慮語音傳輸在整個網絡拓撲中的實時性，其中包括語音傳輸時延及時延抖動。Opnet仿真中時間設為lO00s。整個仿真結果如下組圖示，圖2、3分別顯示了整個網絡拓撲中的語音端到端時延以及時延抖動。從上兩圖可以看出，當發牛網絡擁塞時，與其它算法相比，PQ算法可以以犧牲低優先級業務帶寬，甚至使其餓死為代價，有效地保護整個網絡拓撲中的高優先級業務，從而縮短語音包的端到端平均時延以及時延抖動。