??? 摘??要: 針對(duì)NGN 的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)和業(yè)務(wù)特點(diǎn),在深入分析下一代網(wǎng)絡(luò)" title="下一代網(wǎng)絡(luò)">下一代網(wǎng)絡(luò)QoS技術(shù)的基礎(chǔ)上, 闡述了VOIP 網(wǎng)絡(luò)中QoS的主要模型和關(guān)鍵技術(shù)，并以模擬實(shí)驗(yàn)為依據(jù)比較了各種QoS的控制策略, 從系統(tǒng)的角度出發(fā),對(duì)下一代網(wǎng)絡(luò)的QoS保障機(jī)制進(jìn)行了討論。
??? 關(guān)鍵詞: NGN； QoS；VOIP；綜合服務(wù)；區(qū)分服務(wù)；MPLS；控制策略
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下一代網(wǎng)絡(luò)NGN(Next Generation Network) 將是一個(gè)以軟交換為核心, 基于分組技術(shù)，可以支持?jǐn)?shù)據(jù)、語(yǔ)音、視頻和各種多媒體業(yè)務(wù)的綜合開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。NGN來(lái)勢(shì)洶涌，主導(dǎo)了通信網(wǎng)的發(fā)展方向。
隨著NGN技術(shù)逐步發(fā)展，電信運(yùn)營(yíng)商業(yè)已擁有了能夠同時(shí)提供傳統(tǒng)的電信語(yǔ)音業(yè)務(wù)和新興的基于IP的多媒體業(yè)務(wù)的統(tǒng)一平臺(tái)。如何確保這個(gè)平臺(tái)穩(wěn)定運(yùn)行, 保障不同類(lèi)型客戶(hù)的服務(wù)質(zhì)量" title="服務(wù)質(zhì)量">服務(wù)質(zhì)量QoS(Quality of Service), 已成為首當(dāng)其沖的任務(wù)。QoS實(shí)現(xiàn)技術(shù)的研究對(duì)于部署NGN而言是一個(gè)意義非凡的挑戰(zhàn)。
1 VOIP 的 QoS需求
IP電話(huà)（VOIP）是下一代網(wǎng)絡(luò)中最有前途的技術(shù)之一，VOIP的運(yùn)營(yíng)業(yè)務(wù)正在許多國(guó)家弄潮于浪尖，并有席卷全球之勢(shì)，VOIP的成功并非由于其運(yùn)營(yíng)商的搖旗吶喊，而是與PSTN相經(jīng)確實(shí)有著不可替代的優(yōu)勢(shì)。VOIP承載網(wǎng)絡(luò)的利用效率高，一個(gè)PSTN電話(huà)需要獨(dú)占64kb/s的帶寬，而VOIP一般只需要復(fù)用6kb/s～8kb/s甚至更少； VOIP還為一些智能網(wǎng)增殖業(yè)務(wù)提供了應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，比如多人視頻游戲、可視電話(huà)會(huì)議等,而且 VOIP網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)間結(jié)算費(fèi)用較低，這可能是當(dāng)前政策的因素，但不論怎樣，低廉的運(yùn)營(yíng)成本對(duì)所有的運(yùn)營(yíng)商都是一個(gè)難以抵制的誘惑。
VOIP是典型的實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)，與QoS的聯(lián)系尤為密切，對(duì)于QoS有很高的要求。用戶(hù)在使用VOIP業(yè)務(wù)的時(shí)候，最關(guān)心的莫過(guò)于通話(huà)的語(yǔ)音質(zhì)量問(wèn)題，這是其QoS問(wèn)題的聚焦之處。
2 關(guān)于幾種QoS保證機(jī)制
2.1 綜合服務(wù)（IntServ）
綜合服務(wù)(IntServ)是根據(jù)每個(gè)IP 流的QoS 等級(jí)的精確描述,由資源預(yù)留協(xié)議(RSVP)和流的準(zhǔn)入控制支持IP 的QoS分類(lèi)。一旦有業(yè)務(wù)流" title="業(yè)務(wù)流">業(yè)務(wù)流被分配給某類(lèi)通信, 一個(gè)“PATH”消息將被一直發(fā)送至目的地址,以便確定網(wǎng)絡(luò)是否具有業(yè)務(wù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所必須的足夠資源 (如帶寬、緩沖空間等)。如果發(fā)現(xiàn)路徑上所有設(shè)備都可以提供所需資源,接收端則生成一個(gè)“RESV”消息返回給發(fā)送端,通知發(fā)送端可以開(kāi)始傳輸數(shù)據(jù)。這一過(guò)程就是RSVP。IntServ的最大優(yōu)點(diǎn)就是能夠在多種業(yè)務(wù)并存的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，通過(guò)RSVP與終端應(yīng)用交互，為對(duì)服務(wù)質(zhì)量有著不同要求的業(yè)務(wù)流提供滿(mǎn)足需要的服務(wù)，在理論上實(shí)現(xiàn)了絕對(duì)的服務(wù)質(zhì)量保證。IntServ的缺陷在于控制粒度過(guò)細(xì)而導(dǎo)致控制開(kāi)銷(xiāo)過(guò)大，并且要求從發(fā)送者到接收者之間的所有路由器都支持諸如RSVP的信令協(xié)議，如果其中存在不支持的網(wǎng)元設(shè)備，雖然信令可以透明地通過(guò)，但已無(wú)法實(shí)現(xiàn)最佳的資源預(yù)留，不能完全保證服務(wù)質(zhì)量的有效提供。
2.2 區(qū)分服務(wù)（DiffServ）
DiffServ不是針對(duì)每一個(gè)業(yè)務(wù)流進(jìn)行資源預(yù)留分配，而是在用戶(hù)和業(yè)務(wù)網(wǎng)的接口處將業(yè)務(wù)分類(lèi)，把具有相同的延遲、傳輸速率、抖動(dòng)等服務(wù)質(zhì)量參數(shù)的業(yè)務(wù)流劃歸為一類(lèi)，對(duì)同一類(lèi)業(yè)務(wù)流采取一致的傳輸處理。在DiffServ網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)的狀態(tài)信息數(shù)量與服務(wù)級(jí)別的多少成正比，而不是業(yè)務(wù)流的數(shù)量。DiffServ 的控制顆粒也只是少數(shù)幾類(lèi)聚合業(yè)務(wù)流,無(wú)需專(zhuān)門(mén)的控制協(xié)議。業(yè)務(wù)流的分類(lèi)和匯聚將在網(wǎng)絡(luò)邊緣完成，全過(guò)程由邊緣路由器負(fù)責(zé),核心路由器則根據(jù)業(yè)務(wù)流的標(biāo)記將它們發(fā)送到目的端而不必檢查每個(gè)分組頭的細(xì)節(jié)。在網(wǎng)絡(luò)規(guī)模擴(kuò)大和數(shù)據(jù)流量增加時(shí)，DiffServ不會(huì)像IntServ會(huì)引起網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)處理開(kāi)銷(xiāo)線(xiàn)性增加。但是，DiffServ對(duì)數(shù)據(jù)流的分類(lèi)和優(yōu)先級(jí)簡(jiǎn)化會(huì)降低它提供服務(wù)質(zhì)量的靈活性和準(zhǔn)確性，使得QoS的支持粒度“變粗”。也就是說(shuō)，DiffServ不能知道某一特定應(yīng)用的QoS的具體需求細(xì)節(jié)，它提供的QoS能力可能高于也可能低于應(yīng)用需求。并且，當(dāng)應(yīng)用程序愿意更改起初發(fā)出的QoS請(qǐng)求（增高或降低QoS能力）的時(shí)候，DiffServ無(wú)法知道這一情況，也無(wú)法與終端應(yīng)用進(jìn)行通信協(xié)商。
2.3 多協(xié)議標(biāo)簽交換(MPLS)
MPLS是一種可在多種第二層媒質(zhì)上進(jìn)行標(biāo)記交換的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它的基本思想就是將第三層的IP路由技術(shù)與第二層的交換轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)相結(jié)合，為進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)中的IP 數(shù)據(jù)包分配標(biāo)記，并通過(guò)對(duì)標(biāo)記的交換來(lái)實(shí)現(xiàn)IP 數(shù)據(jù)包的快速轉(zhuǎn)發(fā)。MPLS的主要特點(diǎn)是：支持面向連接的QoS；支持流量工程和多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。MPLS 技術(shù)利用顯式路由功能大大增強(qiáng)了在IP網(wǎng)絡(luò)中實(shí)施流量工程的能力，MPLS 流量工程可以根據(jù)流的服務(wù)質(zhì)量需求選擇優(yōu)化的路由，也能在MPLS域內(nèi)進(jìn)行負(fù)荷均衡，因而在宏觀上提供了保障QoS的基礎(chǔ)。由于MPLS 在業(yè)務(wù)流聚合、邊緣路由器/核心路由器的劃分等概念上和DiffServ 極為相似，再加上MPLS本身的諸多優(yōu)點(diǎn)，因此MPLS技術(shù)是一種用來(lái)實(shí)現(xiàn)DiffServ的絕佳選擇。
3 模擬實(shí)驗(yàn)
此業(yè)務(wù)是基于SIP平臺(tái)的多媒體會(huì)議，其中有一個(gè)變音的分支功能，主要用于改變用戶(hù)語(yǔ)音的音色。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)由兩個(gè)呼叫軟終端、兩個(gè)交換機(jī)、兩臺(tái)路由器和變音服務(wù)器組成，終端與交換機(jī)之間經(jīng)10baseT連接，交換機(jī)和路由器之間經(jīng)100baseT連接，路由器A、B之間的鏈路速率為5Mb/s，路由器A、C、B之間的鏈路速率為4Mb/s，語(yǔ)音服務(wù)采用帶靜音壓縮的GSM編碼方案，路由器采取FIFO模式處理各種業(yè)務(wù)；在綜合服務(wù)模型里，所有節(jié)點(diǎn)都支持RSVP，普通呼叫和變音業(yè)務(wù)的預(yù)留帶寬為2 048B/s和4 096B/s；在差分" title="差分">差分服務(wù)模型里，可以根據(jù)IP分組中的某個(gè)字段——差分服務(wù)碼點(diǎn)(DSCP)來(lái)標(biāo)示該分組的優(yōu)先級(jí)，交換機(jī)根據(jù)該標(biāo)示來(lái)確定應(yīng)該將分組發(fā)送哪個(gè)路由器。在DiffServ實(shí)例中，將普通呼叫映射為低優(yōu)先級(jí)的路由選擇，將變音業(yè)務(wù)映射為高優(yōu)先級(jí)的路由選擇，路由器接口采用WFQ模式；在MPLS模型中，在每?jī)蓚€(gè)路由器之間建立TE隧道，路由器查找滿(mǎn)足帶寬需求的標(biāo)簽交換路徑，當(dāng)因硬件原因?qū)е滤淼啦煌〞r(shí)，路由器會(huì)自動(dòng)啟用另一條滿(mǎn)足條件的隧道，對(duì)兩類(lèi)業(yè)務(wù)分別定義轉(zhuǎn)發(fā)等價(jià)類(lèi)，建立兩條隧道，普通呼叫和變音業(yè)務(wù)隧道的帶寬分別設(shè)置為64kb/s和128kb/s，所有緩沖區(qū)設(shè)為512KB，實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。
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服務(wù)器與客戶(hù)端首先要為變音作準(zhǔn)備工作，此時(shí)是一對(duì)一的協(xié)商，即雙方都要在接到對(duì)方的確認(rèn)后才能繼續(xù)發(fā)送消息，經(jīng)此過(guò)程后服務(wù)器才開(kāi)始處理含有語(yǔ)音流的數(shù)據(jù)。服務(wù)器的緩沖區(qū)里第一次接收到的數(shù)據(jù)格式一般如表1所示。
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對(duì)緩沖區(qū)里數(shù)據(jù)的處理方式有兩種，如圖2所示。
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實(shí)驗(yàn)的結(jié)果由圖3、4、5所示。
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從實(shí)驗(yàn)的結(jié)果可以看出：在一個(gè)綜合若干類(lèi)業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)中，如果再采取盡力而為的服務(wù)將是不明智的，它造成的端到端" title="端到端">端到端平均延遲總是最大的，且起伏動(dòng)蕩也相對(duì)明顯；而在綜合服務(wù)實(shí)例中實(shí)行帶寬、緩沖區(qū)等資源預(yù)留，在MPLS流量工程中為兩種業(yè)務(wù)分別建立效率不同的隧道，這實(shí)質(zhì)上是保證了給各類(lèi)業(yè)務(wù)提供相對(duì)固定的帶寬服務(wù)，只是帶寬因業(yè)務(wù)而異，因此兩類(lèi)業(yè)務(wù)可以并行不悖，服務(wù)質(zhì)量均有提高，結(jié)果與預(yù)期相符；在Diffserv實(shí)例中，由于采取了優(yōu)先級(jí)策略和WFQ隊(duì)列方案，使得控制粒度精細(xì)，運(yùn)作靈活，兩種業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量都有大幅改善，其中變音業(yè)務(wù)被賦予最高優(yōu)先級(jí)，其端到端的時(shí)延是最小的。
從圖中也可看出算法B的運(yùn)行效率要高于算法A，但比起上述幾種QoS策略所帶來(lái)的服務(wù)質(zhì)量的高低起伏來(lái)，似乎僅僅起到了推波助瀾的作用。由此看來(lái)業(yè)務(wù)邏輯中采用的算法固然會(huì)對(duì)其運(yùn)作效率產(chǎn)生一定的影響，不過(guò)起決定作用的還是資源的配置及路由的優(yōu)化，這是提高服務(wù)質(zhì)量的根源所在。
當(dāng)前，傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)向NGN的演進(jìn)已成大勢(shì)所趨。而NGN的QoS已入議事日程，它的進(jìn)步對(duì)整個(gè)下一代網(wǎng)絡(luò)的部署與實(shí)現(xiàn)都有重大的意義。VOIP是傳統(tǒng)PSTN網(wǎng)絡(luò)向下一代網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的第一階段，雖然它已經(jīng)有了一定的運(yùn)營(yíng)規(guī)模，但由于目前的種種技術(shù)限制，VOIP離NGN的目標(biāo)尚有一段距離，它的服務(wù)質(zhì)量問(wèn)題也有待探討。本文對(duì)VOIP網(wǎng)絡(luò)中采用的一系列QoS策略進(jìn)行了實(shí)例分析，并對(duì)其實(shí)施應(yīng)用進(jìn)行了探討，為下一代網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃和優(yōu)化提供了參考依據(jù)。QoS策略的制訂,必須從整體系統(tǒng)和業(yè)務(wù)的角度出發(fā),落實(shí)到端到端，才能為NGN業(yè)務(wù)的開(kāi)展提供有力的保證。
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