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蔡蓓蓓 成際鎮(zhèn) 謝文珂
�。暇┼]電學(xué)院通信工程系 南京 210003）
摘 要 建立合理的業(yè)務(wù)分類模型是解決下一代網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量（QoS）的關(guān)鍵問題之一，本文分析了國際上各電信組織提出的QoS分類方法，并分別與DiffServ的區(qū)分業(yè)務(wù)進(jìn)行了映射，建立一個(gè)具有通用性的業(yè)務(wù)分類模型。
關(guān)鍵詞 QoS PHB 分類
1 緒論
隨著因特網(wǎng)的普及，網(wǎng)絡(luò)和人們生活的關(guān)系愈加密切，多樣化的業(yè)務(wù)（數(shù)據(jù)、語音、視頻等）應(yīng)運(yùn)而生。不同業(yè)務(wù)對于通信條件的要求卻各不相同。通常，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)具有離散性特征，對業(yè)務(wù)傳遞的可靠性要求非常高，誤碼率是最重要的指標(biāo)，但可以容忍一定的時(shí)延；而語音和視頻這類業(yè)務(wù)具有流量大、延續(xù)性、實(shí)時(shí)性和相關(guān)性等特點(diǎn)，時(shí)延會造成語音的變聲、變調(diào)和視頻的馬賽克等現(xiàn)象，因此對傳輸時(shí)延和抖動(dòng)要求非常嚴(yán)格。
傳統(tǒng)IP網(wǎng)絡(luò)只能提供“盡力而為”服務(wù)，所有業(yè)務(wù)流公平的競爭網(wǎng)絡(luò)資源，很難保證每類業(yè)務(wù)的通信要求，這也是引發(fā)研究IP QoS的本質(zhì)原因。幾乎所有國家在部署NGN實(shí)施要求時(shí)，都提出了要在下一代網(wǎng)絡(luò)中解決端到端QoS問題，而如何定義合理可行的QoS業(yè)務(wù)分類則是必要的一步。
本文基于已有的QoS業(yè)務(wù)分類展開分析研究，提出通用的分類模型。
2 IP QoS業(yè)務(wù)分類
一般而言，影響用戶感知網(wǎng)絡(luò)性能的關(guān)鍵參數(shù)有三個(gè)：時(shí)延（包括源請求建立業(yè)務(wù)的時(shí)間和建立后接受信息的時(shí)間）、抖動(dòng)（由單個(gè)數(shù)據(jù)包到達(dá)時(shí)間的可變性引起，在傳輸層尤其明顯，通過buffer可以消除或減少抖動(dòng)）、信息丟失（除了傳輸中比特錯(cuò)誤率或數(shù)據(jù)包丟失外，也包括多媒體編碼降級引起的丟失）[1]。這三個(gè)參數(shù)也是劃分QoS類別的主要區(qū)分值。
目前國際上從事IP網(wǎng)絡(luò)QoS標(biāo)準(zhǔn)研究的主要組織有：ITU-T（國際電信同盟）、IETF（工程任務(wù)組）、ETSI（歐洲標(biāo)準(zhǔn)化組織）等。這些組織都制定了一些解決方案，對業(yè)務(wù)分類也做了一定建議。
2.1 各種分類的分析
ITU-T 13組建議Y.1541，主要根據(jù)IPTD（傳輸時(shí)延）、IPDV（時(shí)延變化）、IPLR(丟包率)、IPER（錯(cuò)誤率）[2]四個(gè)方面綜合劃分QoS類別。0類至5類優(yōu)先級相應(yīng)遞減，第5類是BE業(yè)務(wù)，對性能無保證。其中0類和2類對時(shí)延要求很嚴(yán)格，并且0類對抖動(dòng)還有限制；1類和3類的時(shí)延要求比較嚴(yán)格，1類對抖動(dòng)有限制；4類對時(shí)延要求比較寬松，且沒有定義抖動(dòng)限制；除了第5類外都對丟包率和錯(cuò)誤率有要求。
ITU-T H.323 Annex N定義的業(yè)務(wù)類別分為兩大類：GSC和CSC[3]。前者對時(shí)延和抖動(dòng)敏感，后者則無要求。其中GSC又分為GSC1、
2、3、4。GSC1和2適用于CBR類型的流量，區(qū)別在于1對錯(cuò)誤率有要求，而2沒有；GSC3和GSC4適用于VBR類型的流量，區(qū)別在于3對于錯(cuò)誤率有要求，而4沒有。CSC也分為CSC1、2、3、4。CSC1和CSC2適用于nrt-VBR類型的流量，區(qū)別在于1對錯(cuò)誤率有要求，而2沒有；CSC3和CSC4適用于ABR類型的流量，區(qū)別在于3對錯(cuò)誤率有要求，而4沒有。
ETSI 3GPP主要針對移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，它將QoS類別分為conversational、streaming、interactive、background四大類[4]，分類的主要依據(jù)是業(yè)務(wù)對時(shí)延的敏感度。Conversational類對時(shí)延非常敏感，依次遞減，background對時(shí)延最不敏感。Conversational和streaming主要用于實(shí)時(shí)流量業(yè)務(wù)，區(qū)別只在于對時(shí)延的容許程度。Interactive和background主要用于傳統(tǒng)的IP應(yīng)用，兩者都定義了一定的誤碼率要求，區(qū)別在于前者更多用于交互式場合，而后者主要用于后臺業(yè)務(wù)。
TIPHON基于VoIP，將QoS業(yè)務(wù)分為3大類，wideband、narrowband、BE[5]，分類的依據(jù)是端到端時(shí)延。三類業(yè)務(wù)的時(shí)延限值依次遞增，對應(yīng)于用戶感知的語音質(zhì)量的滿意度則是依次遞減。其中narrowband又根據(jù)時(shí)延大小細(xì)分為三類：high、medium、acceptable，對應(yīng)于narrowband中有等級區(qū)別的應(yīng)用。
3 DiffServ業(yè)務(wù)框架
DiffServ由IETF提出，較之Interserv模型，大大簡化了信令的工作，把重點(diǎn)放在聚合數(shù)據(jù)流和PHB（per hop behavior,單跳行為）上。DiffServ使用IPV4報(bào)頭中的TOS字段，重命名為DS字段。該字段按預(yù)定規(guī)則加以定義，使下行節(jié)點(diǎn)通過識別DS字段，獲取足夠的信息來處理到達(dá)的數(shù)據(jù)包，并將他們正確轉(zhuǎn)發(fā)給下一節(jié)點(diǎn)，把復(fù)雜的QoS保證通過DS字段轉(zhuǎn)化為PHB[6]。當(dāng)數(shù)據(jù)包進(jìn)入邊界節(jié)點(diǎn)時(shí)，首先根據(jù)五元組或其他標(biāo)識手段進(jìn)行分組到流的區(qū)分，并把分類結(jié)果傳給計(jì)量器分析，計(jì)量器對流的特性進(jìn)行測量（如速率, 突發(fā)長度等），將流統(tǒng)計(jì)信息傳給標(biāo)記器和整形丟包器，調(diào)整這兩個(gè)模塊的數(shù)據(jù)；分類后的數(shù)據(jù)包進(jìn)入標(biāo)記器，打上相應(yīng)的DSCP值（也可能是IP優(yōu)先級或路由器內(nèi)部的QoS組），同時(shí)送入整形丟包模塊中，整形可以平緩?fù)话l(fā)通信，對超過平均速率的分組進(jìn)行排隊(duì)或置入緩存，當(dāng)業(yè)務(wù)流超出一定程度時(shí)則丟棄；當(dāng)流量進(jìn)入內(nèi)部節(jié)點(diǎn)后，判斷對分組采取何種PHB，同一行為聚合體的分組按相同的方法處理，通過隊(duì)列調(diào)度（如FIFO，WFQ等），完成對不同PHB的區(qū)分。
DiffServ網(wǎng)絡(luò)定義了四類PHB：EF（Expedited Forwarding）PHB這種方式不用考慮其他流量是否分享其鏈路，適用于低時(shí)延、低丟失、低抖動(dòng)、確保帶寬的優(yōu)先業(yè)務(wù)（如虛租用線路）；AF（Assured Forwarding）PHB分為四類，每個(gè)AF類又分為三個(gè)丟棄優(yōu)先級，可以對相應(yīng)業(yè)務(wù)進(jìn)行等級細(xì)分，QoS性能參數(shù)低于EF類型；CS（class selector）PHB是從IP TOS字段演變而來，共8類；BE PHB是CS中特殊一類，沒有任何保證，AF類超限后可以降級為BE類，現(xiàn)有IP網(wǎng)絡(luò)流量也都默認(rèn)為此類。
4 分類映射
各組織定義的業(yè)務(wù)分類或QoS分類不盡相同，不統(tǒng)一的分類難以實(shí)現(xiàn)QoS控制的互通，本文對上面提及的典型分類進(jìn)行了映射。
3GPP中優(yōu)先級設(shè)為1的interactive類別可以視作信令管理控制業(yè)務(wù)，對應(yīng)于PHB CS7（111000）或CS6（110000），其他組織對此無定義；Y.1541的0類和1類對抖動(dòng)要求嚴(yán)格，而3GPP的conversational和TIPHON的wideband對時(shí)延的要求非常高，H.323的GSC1和GSC2類似于ATM中CBR類型，這些分類對應(yīng)于具有EF特征的優(yōu)先類業(yè)務(wù)（如VoIP、合法偵聽、IP上的電路仿真、視頻會議等[7]）；Y.1541的2類對抖動(dòng)要求不高，但對時(shí)延要求嚴(yán)格，與3GPP的interactive和TIPHON的high類別相近，同時(shí)H.323的GSC3和4類似于ATM的rt-VBR類型，這些類別映射為PHB為AF4的多媒體業(yè)務(wù)（如交互式游戲[7]等）比較合適；Y.1541的4類對時(shí)延和時(shí)延抖動(dòng)要求都不高，但對丟包率有一定控制，符合3GPP的streaming和TIPHON的acceptable指標(biāo)要求，并且H.323的CSC1或2類業(yè)務(wù)類似于ATM的nrt-VBR類型，他們可以映射為PHB為AF3的流媒體業(yè)務(wù)（如音頻流、視頻流、計(jì)費(fèi)視頻、Webcast[7]等）；表中第五行的響應(yīng)/處理類業(yè)務(wù)主要是指具有人機(jī)交互式響應(yīng)或事務(wù)處理性質(zhì)的流量（如基于網(wǎng)絡(luò)的定制服務(wù)、信用卡事務(wù)處理、金融信息傳輸、存儲轉(zhuǎn)發(fā)應(yīng)用、計(jì)費(fèi)記錄轉(zhuǎn)帳[7]等），這類業(yè)務(wù)往往有突發(fā)，速率有變化，可以容許時(shí)延和抖動(dòng)的存在，但對丟包有限制，Y.1541的2和3類，3GPP的interactive和TIPHON的medium可以與之對應(yīng)，而H.323的CSC3和4類似ATM的ABR類型，也符合條件；最后一個(gè)分類是沒有QoS保證的業(yè)務(wù)，可以具有所有流的特征，相應(yīng)的定義如下表1所示。
5 總結(jié)
DiffServ模型并不能實(shí)現(xiàn)真正意義上的QoS保證，但卻是目前比較切實(shí)可行的一種方法，尤其適用于大型網(wǎng)絡(luò)的核心網(wǎng)，其突出的一點(diǎn)就是對業(yè)務(wù)區(qū)分的概念。本文對幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)組織的業(yè)務(wù)分類分析研究，并與DiffServ PHB值相互比較映射，雖然不能完全的一一對應(yīng)，但對業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)提供商都有一定借鑒意義，是實(shí)現(xiàn)端到端QoS控制必要的一步。
參 考 文 獻(xiàn)
[1] ITU-T Recommendation G.1010, " Liaison on multimedia QoS/Performance activities," October 2001.
[2] ITU-T Recommendation Y.1541, "Network Performance Objectives for IP-Based Services," May 2002.
[
3] ITU-T Recommendation ANNEX N of H.323, "End to End Quality of Service (QoS) and Service Priority Control and Sig-nalling in H.323 systems".
[4] 3GPP TS 23.107: "QoS Concept and Architecture".
[5] ETSI TS 102 024-2: "Telecommunications and Internet Protocol Harmonization Over Networks (TIPHON) Release 4;
End-to-end Quality of Service in TIPHON Systems; Part 2: Definition of Speech Quality of Service (QoS) Classes".
[6] Srinivas Vegesna，“IP Quality Of Service”,人民郵電出版社，2001年8月
[7] Nortel Networks, “Guidelines for Diffserv Service Classes,” ITU-T SG12, Q.13/12, 6/13. Geneva, 3-12 February 2004.
蔡蓓蓓 ，南京郵電學(xué)院通信工程系02級碩士研究生，目前主要從事寬帶通信網(wǎng)，MPLS技術(shù)，IP QoS的研究。
成際鎮(zhèn)，南京郵電學(xué)院通信工程系副教授。1988年碩士畢業(yè)于南京郵電學(xué)院通信與信息系統(tǒng)。目前主要從事寬帶通信網(wǎng)，IP/ATM集成技術(shù)和MPLS技術(shù)，CTI技術(shù)，網(wǎng)管等技術(shù)的科研與教學(xué)工作。
謝文珂 ，山東人。南京郵電學(xué)院通信工程系02級碩士研究生，目前主要從事寬帶通信網(wǎng)，MPLS技術(shù)，IP QoS的研究。
----《中國數(shù)據(jù)通信》
