多業(yè)務(wù)解決方案的QoS描述

華為3Com公司 廖旭東

　　 一、QoS概述

　　在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)和任何人實(shí)現(xiàn)任何媒介信息的交流是人類在通信領(lǐng)域的永恒需求，在IP技術(shù)成熟以前，所有的網(wǎng)絡(luò)都是單一業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)，如PSTN只能開(kāi)電話業(yè)務(wù)，有線電視網(wǎng)只能承載電視業(yè)務(wù)，X.25網(wǎng)只能承載數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)等。網(wǎng)絡(luò)的分離造成業(yè)務(wù)的分離，降低了溝通的效率。

　　由于互聯(lián)網(wǎng)的流行，IP應(yīng)用日益廣泛，IP網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)滲入各種傳統(tǒng)的通信范圍，基于IP構(gòu)建一個(gè)多業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)成為可能。但是，不同的業(yè)務(wù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的要求是不同的，如何在分組化的IP網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)多種實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)成為一個(gè)重要話題，人們提出了QoS（服務(wù)質(zhì)量，Quality of Service）的概念。

　　IP QoS是指IP網(wǎng)絡(luò)的一種能力，即在跨越多種底層網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（FR、ATM、Ethernet、SDH等）的IP網(wǎng)絡(luò)上，為特定的業(yè)務(wù)提供其所需要的服務(wù)。QoS包括多個(gè)方面的內(nèi)容，如帶寬、時(shí)延、時(shí)延抖動(dòng)等，每種業(yè)務(wù)都對(duì)QoS有特定的要求，有些可能對(duì)其中的某些指標(biāo)要求高一些，有些則可能對(duì)另外一些指標(biāo)要求高些。衡量IP QoS的技術(shù)指標(biāo)包括以下幾個(gè)。

　�。�1）可用帶寬：指網(wǎng)絡(luò)的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間特定應(yīng)用業(yè)務(wù)流的平均速率，主要衡量用戶從網(wǎng)絡(luò)取得業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的能力，所有的實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)對(duì)帶寬都有一定的要求，如對(duì)于視頻業(yè)務(wù)，當(dāng)可用帶寬低于視頻源的編碼速率時(shí)，圖像質(zhì)量就無(wú)法保證。

　�。�2）時(shí)延：指數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間傳送的平均往返時(shí)間，所有實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)都對(duì)時(shí)延有一定要求，如VoIP業(yè)務(wù)，一般要求網(wǎng)絡(luò)時(shí)延小于200ms，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)時(shí)延大于400ms時(shí)，通話就會(huì)變得無(wú)法忍受。

　�。�3）丟包率：指在網(wǎng)絡(luò)傳輸過(guò)程中丟失報(bào)文的百分比，用來(lái)衡量網(wǎng)絡(luò)正確轉(zhuǎn)發(fā)用戶數(shù)據(jù)的能力。不同業(yè)務(wù)對(duì)丟包的敏感性不同，在多媒體業(yè)務(wù)中，丟包是導(dǎo)致圖像質(zhì)量惡化的最根本原因，少量的丟包就可能使圖像出現(xiàn)馬賽克現(xiàn)象。

　　（4）時(shí)延抖動(dòng)：指時(shí)延的變化，有些業(yè)務(wù)，如流媒體業(yè)務(wù)，可以通過(guò)適當(dāng)?shù)木彺鎭?lái)減少時(shí)延抖動(dòng)對(duì)業(yè)務(wù)的影響；而有些業(yè)務(wù)則對(duì)時(shí)延抖動(dòng)非常敏感，如語(yǔ)音業(yè)務(wù)，稍許的時(shí)延抖動(dòng)就會(huì)導(dǎo)致語(yǔ)音質(zhì)量迅速下降。

　　（5）誤包率：指在網(wǎng)絡(luò)傳輸過(guò)程中報(bào)文出現(xiàn)錯(cuò)誤的百分比。誤碼率對(duì)一些加密類的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)影響尤其大。

　　此外，QoS還可能包含其他一些指標(biāo)，如網(wǎng)絡(luò)可用性等。QoS指標(biāo)實(shí)際上是業(yè)務(wù)質(zhì)量的技術(shù)化描述，對(duì)于不同的業(yè)務(wù)，QoS缺乏保障時(shí)，所呈現(xiàn)出來(lái)的業(yè)務(wù)表象是不同的。

　　目前QoS主要有兩種解決模型：IntServ和DiffServ。

　　IntServ是一種端到端基于流的QoS技術(shù)。使用IntServ，從某種程度上說(shuō)，是采用了電路交換網(wǎng)絡(luò)中面向連接的思想。業(yè)務(wù)的兩端在通信前，需要根據(jù)業(yè)務(wù)類型向網(wǎng)絡(luò)提出QoS要求，網(wǎng)絡(luò)根據(jù)一定的接納策略控制（Admission Policy Control），判斷是否接納該業(yè)務(wù)的請(qǐng)求；如果網(wǎng)絡(luò)有足夠的資源可以滿足這個(gè)業(yè)務(wù)的要求，就接納該業(yè)務(wù)流，同時(shí)必須負(fù)責(zé)保障該業(yè)務(wù)所申請(qǐng)的資源。通過(guò)帶外的RSVP信令建立端到端的通信路徑，沿途的每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都需要記錄每一個(gè)業(yè)務(wù)流的狀態(tài)信息——“軟狀態(tài)”，并提供相應(yīng)的資源預(yù)留，確保該業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量。

　　從技術(shù)角度講，RSVP在目前的網(wǎng)絡(luò)上是一種行之有效的QoS保障方法。但是，由于IP網(wǎng)絡(luò)流量模型和業(yè)務(wù)模型的特點(diǎn)，使得Internet骨干網(wǎng)瞬間要為成千上萬(wàn)的業(yè)務(wù)流提供服務(wù)，因此粒度為單個(gè)流的路徑預(yù)留的解決思路在Internet骨干網(wǎng)上無(wú)法擴(kuò)展，這嚴(yán)重制約了IntServ在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用。當(dāng)然還存在其他一些限制IntServ應(yīng)用的因素，包括RSVP信令大規(guī)模的部署、不同廠商設(shè)備之間的互通以及基于業(yè)務(wù)的管理（認(rèn)證、計(jì)費(fèi)）等。另外，IntServ需要端到端的全網(wǎng)支持，由于RSVP技術(shù)的復(fù)雜性，可以說(shuō)是目前最復(fù)雜的IP技術(shù)之一，讓目前所有的網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備升級(jí)支持RSVP是不現(xiàn)實(shí)的。

　　同時(shí)，RSVP模型實(shí)際上是將電路交換業(yè)務(wù)的理念進(jìn)行了IP化的翻譯，很大程度上是顛覆了IP開(kāi)放互聯(lián)、逐跳轉(zhuǎn)發(fā)的理念，在和其他IP業(yè)務(wù)及技術(shù)的融合方面存在很多未知的問(wèn)題�？偟貋�(lái)說(shuō)，IntServ目前的實(shí)用性很低。

　　DiffServ是IETF組織在1998年推出的基于DSCP的QoS解決方案，這是一種基于類的QoS技術(shù)，主要用于骨干網(wǎng)。使用DiffServ，在網(wǎng)絡(luò)入口處根據(jù)服務(wù)要求對(duì)業(yè)務(wù)進(jìn)行分類、流量控制，同時(shí)設(shè)置報(bào)文的DSCP域；在網(wǎng)絡(luò)中根據(jù)實(shí)施好的QoS機(jī)制來(lái)區(qū)分每一類通信（依據(jù)分組的DSCP值），并為之服務(wù)（包括資源分配、隊(duì)列調(diào)度、分組丟棄策略等，統(tǒng)稱為PHB），DiffServ域中的所有節(jié)點(diǎn)都將根據(jù)分組的DSCP字段來(lái)遵守PHB。DiffServ通過(guò)將業(yè)務(wù)定義為有限的類，可以很好地解決擴(kuò)展性的問(wèn)題，同時(shí)，由于DiffServ很好地沿襲了IP本身的技術(shù)理念。相對(duì)而言，很容易在現(xiàn)有的IP網(wǎng)絡(luò)及產(chǎn)品中實(shí)現(xiàn)。因此，目前商用網(wǎng)絡(luò)中的QoS實(shí)現(xiàn)總體上基本都是基于DiffServ模型的。

　　目前，有些人提出將IntServ及DiffServ結(jié)合使用，此外，還出現(xiàn)了其他一些QoS技術(shù)，如與MPLS技術(shù)相結(jié)合的MPLS QoS、流量工程（TE，Traffic Engineering）等。

　　吞吐量、傳輸時(shí)延、時(shí)延抖動(dòng)和誤包率是常用的QoS參數(shù)，不同的多媒體應(yīng)用對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能有不同的要求，在通信初始，用戶向網(wǎng)絡(luò)提交的QoS參數(shù)實(shí)際上描述了應(yīng)用對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的需求，網(wǎng)絡(luò)可以此作為對(duì)內(nèi)部共享資源（如帶寬、處理能力、緩存空間等）進(jìn)行管理的依據(jù)。如果網(wǎng)絡(luò)資源不能滿足用戶的QoS要求，或者接納一個(gè)新的呼叫要侵犯預(yù)留給正在進(jìn)行通信的線路的資源，從而降低這些通信的QoS時(shí)，網(wǎng)絡(luò)將不接納這個(gè)新的呼叫，這種機(jī)制通常稱為連接接納控制（CAC，Connection Admission Control）。

　　一旦網(wǎng)絡(luò)接納了用戶的呼叫，它就有責(zé)任在整個(gè)會(huì)話過(guò)程中保障用戶所提出的QoS要求。因此，網(wǎng)絡(luò)要為這個(gè)呼叫預(yù)留資源，并在通信過(guò)程中進(jìn)行性能監(jiān)控，動(dòng)態(tài)調(diào)整資源的分配，當(dāng)資源不能保障用戶的QoS要求時(shí)，通知有關(guān)的用戶，直至終止相關(guān)的通信等。上述各種功能構(gòu)成了網(wǎng)絡(luò)的QoS保障機(jī)制，目前只有少數(shù)的網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了或部分地實(shí)現(xiàn)了這些功能。

二、集合通信中的QoS解決方案

　　以往的業(yè)務(wù)都是孤立的，業(yè)務(wù)不同，采用的標(biāo)準(zhǔn)、系統(tǒng)、終端，甚至基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)等都不同，不同系統(tǒng)之間無(wú)法互通，無(wú)法互操作，最終造成多個(gè)孤立的業(yè)務(wù)環(huán)境，每種業(yè)務(wù)都只能實(shí)現(xiàn)有限的溝通。IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的成熟及媒體技術(shù)的成熟推動(dòng)了集合通信的發(fā)展。集合通信是基于統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)，由統(tǒng)一的業(yè)務(wù)支撐系統(tǒng)控制，采用共同的通信組件，運(yùn)用智能化的多媒體終端，從而實(shí)現(xiàn)各種業(yè)務(wù)的有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)集語(yǔ)音、圖像、數(shù)據(jù)等一體化的通信手段。

　　集合通信實(shí)現(xiàn)了多種業(yè)務(wù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的共享，極大地提高網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的效率，從另一個(gè)角度，也可以說(shuō)在IP網(wǎng)絡(luò)中引入了各種業(yè)務(wù)之間的資源競(jìng)爭(zhēng)。如何協(xié)調(diào)這些不同業(yè)務(wù)，正是QoS需要解決的問(wèn)題。

　　業(yè)務(wù)是由網(wǎng)絡(luò)承載的，離開(kāi)了高品質(zhì)的IP基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，QoS技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)，保證多種業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量就成了鏡花水月。根據(jù)中華人民共和國(guó)通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)要求——網(wǎng)絡(luò)性能參數(shù)與指標(biāo)》中規(guī)定：進(jìn)行多媒體傳輸（視訊業(yè)務(wù)），網(wǎng)絡(luò)性能要求達(dá)到1級(jí)或1級(jí)以上。中華人民共和國(guó)通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)要求——網(wǎng)絡(luò)性能參數(shù)與指標(biāo)》中規(guī)定的網(wǎng)絡(luò)性能等級(jí)參數(shù)如表1所示。

　　由于網(wǎng)絡(luò)的容量是有限的，所以滿足以上指標(biāo)的業(yè)務(wù)流量也是有限的。為此，從網(wǎng)絡(luò)的可運(yùn)營(yíng)性來(lái)說(shuō)，只有給出滿足以上指標(biāo)的極限業(yè)務(wù)容量（等效最大并發(fā)用戶數(shù)），才能確實(shí)保證用戶的服務(wù)質(zhì)量。

　　在高品質(zhì)的IP網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，實(shí)施合理的QoS策略，才能真正保證集合通信中所有業(yè)務(wù)的QoS，見(jiàn)圖1《中國(guó)多媒體視訊》第12期。

1. 網(wǎng)絡(luò)邊緣

　　主網(wǎng)絡(luò)邊緣，最注意的工作就是進(jìn)行業(yè)務(wù)識(shí)別及分類標(biāo)記，流分類經(jīng)常和接納控制策略、流量監(jiān)控等配合使用。流分類將業(yè)務(wù)報(bào)文映射到某一類業(yè)務(wù)中，接納策略控制（Admission Policy Control）決定了該業(yè)務(wù)的QoS請(qǐng)求是否可以/應(yīng)該得到滿足，流量監(jiān)控則對(duì)各業(yè)務(wù)流進(jìn)行監(jiān)控，確保其沒(méi)有濫用網(wǎng)絡(luò)資源。

　　在實(shí)際操作中，可以在邊緣路由器上簡(jiǎn)單地將IP數(shù)據(jù)包是否來(lái)自于特定的業(yè)務(wù)終端（如視頻會(huì)議終端、MCU）作為數(shù)據(jù)流分類的依據(jù)，對(duì)其業(yè)務(wù)報(bào)文進(jìn)行特定的優(yōu)先級(jí)標(biāo)記。但是對(duì)于集合通信環(huán)境，多種特征完全不同的業(yè)務(wù)流共享同一網(wǎng)絡(luò)資源，簡(jiǎn)單的流分類措施很難滿足要求，尤其是很多業(yè)務(wù)可能都是基于80端口。這樣，就要求基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)具備很強(qiáng)的業(yè)務(wù)感知能力，大致可分為以下幾個(gè)方面。

　　深度報(bào)文分析：能對(duì)IP報(bào)文任意層次和字段全解析；

　　深度行為分析：能對(duì)業(yè)務(wù)連接和狀態(tài)進(jìn)行分析；

　深度流分析：能對(duì)業(yè)務(wù)流內(nèi)容進(jìn)行深度分析。

　　通過(guò)對(duì)業(yè)務(wù)報(bào)文的深度分析，結(jié)合業(yè)務(wù)行為等，可以動(dòng)態(tài)智能地標(biāo)識(shí)業(yè)務(wù)流，從而為后續(xù)的QoS調(diào)度操作打下基礎(chǔ)。

2. QoS策略中心

　　對(duì)業(yè)務(wù)進(jìn)行識(shí)別及分類標(biāo)記后，接下來(lái)的工作就是根據(jù)預(yù)訂的策略采取相應(yīng)的動(dòng)作。實(shí)際上接納控制策略是QoS策略的一部分，對(duì)于有些業(yè)務(wù)，是合法的，并且是需要優(yōu)先保障的，如語(yǔ)音、視頻業(yè)務(wù)等，應(yīng)對(duì)這類業(yè)務(wù)接納，并標(biāo)以高優(yōu)先級(jí)，甚至進(jìn)行適當(dāng)?shù)馁Y源預(yù)留；對(duì)于有些業(yè)務(wù)，如BT業(yè)務(wù)，根據(jù)策略可能是要拒絕的，則直接指示網(wǎng)絡(luò)設(shè)備將其報(bào)文丟棄；對(duì)于另外一些業(yè)務(wù)，如上網(wǎng)業(yè)務(wù)，則給予通行，但要根據(jù)現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)資源狀況對(duì)其進(jìn)行一定的限制。

　　QoS策略控制不僅僅局限于在網(wǎng)絡(luò)邊緣的接納控制等，同時(shí)還指導(dǎo)核心層的調(diào)度處理策略，并根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀況的變化動(dòng)態(tài)調(diào)整策略，同時(shí)指示業(yè)務(wù)系統(tǒng)采取相應(yīng)的措施。

3. 網(wǎng)絡(luò)核心

　　網(wǎng)絡(luò)核心根據(jù)業(yè)務(wù)報(bào)文中的QoS標(biāo)記進(jìn)行有差別的調(diào)度處理。一般網(wǎng)絡(luò)核心對(duì)報(bào)文的調(diào)度操作主要分為兩類：擁塞管理及擁塞避免。

　　當(dāng)報(bào)文到達(dá)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備接口的速度大于接口的發(fā)送能力時(shí)，即將產(chǎn)生擁塞；擁塞發(fā)生時(shí)，一般采用隊(duì)列調(diào)度的技術(shù)來(lái)解決，每一種隊(duì)列調(diào)度技術(shù)都用來(lái)解決特定的問(wèn)題，都會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能產(chǎn)生特定的影響；VRP目前提供的隊(duì)列調(diào)度技術(shù)包括FIFO、PQ、CQ、WFQ、RTP實(shí)時(shí)隊(duì)列、CBWFQ/LLQ。

　　擁塞避免用來(lái)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，預(yù)見(jiàn)并避免擁塞的發(fā)生，擁塞避免一般通過(guò)丟包技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。一般核心網(wǎng)提供多種擁塞避免機(jī)制來(lái)滿足不同的應(yīng)用，包括尾丟棄、RED、WRED。

　　擁塞避免和擁塞管理機(jī)制是緊密聯(lián)系在一起的，對(duì)于每一種隊(duì)列調(diào)度技術(shù)，都可以采用相應(yīng)的丟包機(jī)制與之配合；擁塞管理和避免是所有路由器必須提供的PHB。

　　業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量還不僅僅取決于網(wǎng)絡(luò)本身的傳輸，還與業(yè)務(wù)系統(tǒng)設(shè)備（如視頻終端、MCU等）能夠提供的功能和性能有關(guān)。如有些視頻終端，可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的帶寬情況，自動(dòng)調(diào)整其發(fā)送帶寬，當(dāng)發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)帶寬不足時(shí)，自動(dòng)選擇帶寬需求更小的編碼方式。在集合通信中，基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)除了需要具備深度業(yè)務(wù)感知的能力，還需要能夠與業(yè)務(wù)系統(tǒng)形成聯(lián)動(dòng)。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中某個(gè)設(shè)備的狀態(tài)發(fā)生變化，引起資源緊張時(shí)，這些信息上報(bào)給策略中心，策略中心判斷這些變化是否會(huì)影響當(dāng)前的業(yè)務(wù)，以及這些影響是否可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)本身的調(diào)節(jié)消化。如果出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)本身無(wú)法處理的影響，就需通知相應(yīng)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)，以便做出相應(yīng)的調(diào)整，如降低發(fā)送帶寬，申請(qǐng)更多的緩存資源等。

　　可見(jiàn)，對(duì)于集合通信，單純依靠業(yè)務(wù)系統(tǒng)本身或是基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，都是無(wú)法真正保障高質(zhì)量服務(wù)的，只有實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)與業(yè)務(wù)系統(tǒng)的有機(jī)融合，才能有效合理地利用網(wǎng)絡(luò)資源，保障各種業(yè)務(wù)的質(zhì)量。

三、結(jié)語(yǔ)

　　真正的QoS解決方案應(yīng)該是一個(gè)系統(tǒng)工程，涉及的不僅僅是IP網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和業(yè)務(wù)系統(tǒng)，還包括以下幾個(gè)方面。

　　線路質(zhì)量：線路質(zhì)量會(huì)直接影響丟包率及誤包率，在多媒體業(yè)務(wù)中，這些問(wèn)題引起圖像馬賽克、圖像抖動(dòng)、聲音斷續(xù)等問(wèn)題；另外二者又可能引起報(bào)文的重傳，進(jìn)一步惡化網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。

　　網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃：如合理地規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)拓?fù)�，提高網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)能力，盡可能縮短業(yè)務(wù)流從源到目的端的跳數(shù)等；合理地規(guī)劃IP地址，進(jìn)行路由收斂，為某些高等級(jí)業(yè)務(wù)設(shè)置路由直通等。

　　凈化網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用：有些網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用可能不負(fù)責(zé)任地濫用網(wǎng)絡(luò)資源，如一些惡意網(wǎng)站或網(wǎng)絡(luò)游戲；另外，網(wǎng)絡(luò)病毒、蠕蟲(chóng)等破壞型應(yīng)用對(duì)網(wǎng)絡(luò)的沖擊很大，嚴(yán)重影響其他業(yè)務(wù)的正常應(yīng)用。

　　此外，網(wǎng)絡(luò)中各種業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量還取決于業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)模式、監(jiān)管策略等非技術(shù)因素。

摘自　中國(guó)多媒體視訊