寬帶接入網(wǎng)支持按需帶寬業(yè)務(wù)及動態(tài)QoS的研究

摘要　寬帶網(wǎng)絡(luò)所承載的業(yè)務(wù)正從以傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)為主逐步向多業(yè)務(wù)承載方向發(fā)展，寬帶接入網(wǎng)絡(luò)必須實施網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型以適應(yīng)市場需求的變化和業(yè)務(wù)發(fā)展的需求。本文對按需帶寬分配（BoD）業(yè)務(wù)以及BoD業(yè)務(wù)在寬帶接入中的QoS需求進行了分析和研究，并進一步提出了在接入網(wǎng)內(nèi)實施動態(tài)QoS的策略。

1、概述

自20世紀90年代中互聯(lián)網(wǎng)進入中國以來，寬帶接入業(yè)務(wù)發(fā)展如火如荼，給人們帶來了嶄新的通信世界。隨著電信業(yè)的逐步開放，寬帶業(yè)務(wù)發(fā)展日益呈現(xiàn)多元化、規(guī)模化、信息化等幾大特點，傳統(tǒng)的電信運營公司已經(jīng)無法再停留于僅僅提供簡單帶寬接入業(yè)務(wù)服務(wù)。

隨著市場和業(yè)務(wù)的變化使得傳統(tǒng)的通信業(yè)務(wù)正向信息娛樂、數(shù)字化生活領(lǐng)域擴展，IP-TV、VoIP以及P2P應(yīng)用等業(yè)務(wù)種類不斷豐富。寬帶接入網(wǎng)正向著接入承載差異化和接入資源管控化的方向發(fā)展，這必然導(dǎo)致寬帶網(wǎng)絡(luò)所承載的業(yè)務(wù)將從以傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)為主逐步向多業(yè)務(wù)承載方向發(fā)展。這就要求寬帶網(wǎng)絡(luò)實施網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型，以適應(yīng)市場需求的變化和業(yè)務(wù)發(fā)展的要求。

2、按需帶寬分配（BoD）業(yè)務(wù)

按需帶寬分配（Bandwidth on demand）業(yè)務(wù)是指可根據(jù)客戶的需求提供最彈性的帶寬選擇空間，如有臨時性的帶寬需求，可臨時增加服務(wù)帶寬，使用完畢再恢復(fù)為原來的帶寬，達到隨意帶寬的服務(wù)。象視頻會議就是一個很好的例子。通過按需帶寬分配還可以為不同帶寬大小需求的客戶提供差異化的帶寬保證和控制服務(wù)。另外，對于具有呼叫特性的實時寬帶業(yè)務(wù)，也需要運營商提供BoD服務(wù)，如VoIP語音、VoD視頻點播等。

BoD業(yè)務(wù)有多種業(yè)務(wù)模式，一種是用戶在接入網(wǎng)絡(luò)之后，根據(jù)業(yè)務(wù)情況，由業(yè)務(wù)觸發(fā)BoD業(yè)務(wù)需求（如VoD視頻點播），也可能是登陸運營商提供的BoD業(yè)務(wù)portal頁面進行觸發(fā)；另一種是用戶在接入網(wǎng)絡(luò)認證時，進行BoD業(yè)務(wù)觸發(fā)，如用戶在PPP撥號時，運營商為用戶提供BoD業(yè)務(wù)選項，但是，這可能需要專門的客戶端撥號認證軟件。

按需帶寬分配業(yè)務(wù)可以是雙向的（即上行和下行兩個方向），也可以是單向的（即上行方向或者下行方向），但必須是端到端的，即從業(yè)務(wù)起點至業(yè)務(wù)終點之間都必須能夠按照用戶的帶寬需求提供相應(yīng)的帶寬服務(wù)。如一個VoD視頻點播業(yè)務(wù)需要有3M的下行帶寬，那么，從視頻播放服務(wù)器至用戶的視頻終端之間都需要有足夠大小的帶寬。

3、BoD業(yè)務(wù)在寬帶接入網(wǎng)中的QoS問題分析

三層路由骨干城域網(wǎng)絡(luò)一般采用輕載化思想，具有足夠的帶寬資源保證高速轉(zhuǎn)發(fā)，并結(jié)合寬帶重路由、路由快速收斂、DiffServ等技術(shù)配合，確保網(wǎng)絡(luò)的可用性和區(qū)別服務(wù)能力。因此，對于BoD業(yè)務(wù)來說，如何保證業(yè)務(wù)控制點（BAS設(shè)備）以下的接入網(wǎng)絡(luò)的帶寬以及QoS成為業(yè)界關(guān)注的焦點。

在典型的樹狀拓撲寬帶接入網(wǎng)中，對于上行方向來說，不同業(yè)務(wù)的上行通信量在接入平臺、匯聚網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)控制點存在著匯聚現(xiàn)象，因此，對于上行方向的BoD業(yè)務(wù)來說，需要接入平臺、匯聚網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)控制點配合需要其帶寬保證和相應(yīng)的QoS；對于下行方向的BoD業(yè)務(wù)來說，BAS作為業(yè)務(wù)控制點，同樣存在對不同業(yè)務(wù)下行通信量的匯聚現(xiàn)象，特別是當(dāng)不同業(yè)務(wù)流量來自不同骨干網(wǎng)絡(luò)的情況下，另外，還可能存在各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的物理接口速率的匹配問題，因此，也需要在BAS設(shè)備及以下的接入層內(nèi)實現(xiàn)BoD業(yè)務(wù)的帶寬保證和相應(yīng)的QoS。

3.1　寬帶接入網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

典型的寬帶網(wǎng)絡(luò)分為接入層、匯聚層、核心層3層結(jié)構(gòu)，寬帶接入網(wǎng)絡(luò)涉及了其中的接入層和匯聚層。接入層為不同用戶提供各種接入手段，匯聚層對接入層業(yè)務(wù)流匯聚，城域網(wǎng)核心層保證快速轉(zhuǎn)發(fā)。

圖1　寬帶接入網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

3.2　QoS概述

QoS是指網(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包括多個方面的內(nèi)容，如帶寬、時延、時延抖動等，不同業(yè)務(wù)對QoS指標(biāo)的要求各有側(cè)重。對于寬帶接入網(wǎng)來說，衡量其QoS的技術(shù)指標(biāo)包括可用帶寬、時延、丟包率、時延抖動和誤包率等。

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)，采用了電路交換網(wǎng)絡(luò)中面向連接的思想；而DiffServ是一種基于類的QoS技術(shù)，目前商用網(wǎng)絡(luò)中的QoS實現(xiàn)基本上都是基于DiffServ模型的。

3.2.1　接入網(wǎng)QoS的相關(guān)標(biāo)準介紹

關(guān)于接入網(wǎng)QoS的研究是目前業(yè)界的一個熱點，包括ITUT和TISPAN等標(biāo)準組織都進行了相關(guān)的研究。

（1）ITU-T

ITU-T SG13組的Y.1291建議草案提出了在分組網(wǎng)絡(luò)中支持QoS的框架，如圖2所示。這一框架由一組QoS構(gòu)建模塊組成，包括控制平面、數(shù)據(jù)平面和管理平面三個邏輯層面�？刂破矫尕撠�(zé)接納控制、QoS路由和資源預(yù)留機制；數(shù)據(jù)平面負責(zé)隊列（緩存）管理、擁塞避免、隊列及調(diào)度、分組標(biāo)記、流量分類、流量策略及流量整形；管理平面負責(zé)SLA、流量測量及記錄和流量恢復(fù)機制。

圖2　ITU-T提出的QoS框架

在QoS總體框架的基礎(chǔ)上，ITU-TY123.qos建議草案提出了基于以太網(wǎng)的IP接入網(wǎng)QoS要求體系架構(gòu)。該架構(gòu)包括業(yè)務(wù)控制平面、傳送資源控制平面和傳送數(shù)據(jù)平面三個平面，它強調(diào)了呼叫控制和承載分離的思想，是在接入段保證業(yè)務(wù)QoS的重要方法。

（2）TISPAN

TISPAN在其NGN架構(gòu)中引入兩個承載控制子層實體：NASS（Network Attachment SubSystem網(wǎng)絡(luò)附著子系統(tǒng)）和RACS（Resource Admission and Control SubSystem資源接納控制子系統(tǒng)）。這兩個實體是下一代支持多業(yè)務(wù)承載的接入網(wǎng)架構(gòu)的關(guān)鍵部件，其中RACS系統(tǒng)主要實現(xiàn)了對接入網(wǎng)絡(luò)的策略控制、資源預(yù)留、接納控制等QoS機制。

圖3　RACS系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

3.3　BoD業(yè)務(wù)對接入網(wǎng)QoS的要求

BoD業(yè)務(wù)作為寬帶接入網(wǎng)內(nèi)的一種業(yè)務(wù)模式，其在寬帶接入網(wǎng)內(nèi)應(yīng)該是一種絕對優(yōu)先保證的業(yè)務(wù)，無論該業(yè)務(wù)承載的是何種媒體介質(zhì)，如語音、圖像和數(shù)據(jù)等。也就是說，BoD業(yè)務(wù)在寬帶接入網(wǎng)內(nèi)是一種最高優(yōu)先等級的業(yè)務(wù)，其業(yè)務(wù)流應(yīng)實現(xiàn)在接入網(wǎng)內(nèi)的絕對優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)處理策略。

另外，由于BoD業(yè)務(wù)最明顯的特征就是客戶在享用該業(yè)務(wù)服務(wù)時，網(wǎng)絡(luò)必須能夠保證客戶的帶寬大小需求。無論是上行和下行方向，寬帶接入網(wǎng)用于BoD業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)帶寬資源是有限的，因此，寬帶接入網(wǎng)絡(luò)必須對客戶提出的BoD業(yè)務(wù)申請實施接納控制策略，當(dāng)接入網(wǎng)絡(luò)用于BoD業(yè)務(wù)的帶寬資源無法滿足客戶所需要的BoD業(yè)務(wù)帶寬大小時，接入網(wǎng)絡(luò)應(yīng)拒絕該客戶的業(yè)務(wù)申請。

BoD業(yè)務(wù)在接入網(wǎng)內(nèi)實施接納控制和絕對優(yōu)先級轉(zhuǎn)發(fā)策略，對接入網(wǎng)絡(luò)的QoS技術(shù)提出了要求。任何BoD業(yè)務(wù)，用戶都必須有一個呼叫的動作，以對BoD業(yè)務(wù)提出申請。以VoD視頻點播業(yè)務(wù)為例，用戶必須首先要進入視頻點播界面，并對某一個視頻節(jié)目進行點播請求，這就可以看作是一個呼叫動作。因此，BoD業(yè)務(wù)在接入網(wǎng)內(nèi)的QoS要求，實際上就是接入網(wǎng)如何為一個基于呼叫的業(yè)務(wù)提供QoS保證的問題。

3.4　寬帶接入網(wǎng)中的QoS實現(xiàn)機制

由于接入網(wǎng)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的情況比較復(fù)雜，涉及多種技術(shù)，而且承載著包括語音、視頻和數(shù)據(jù)在內(nèi)的多種業(yè)務(wù)，這些業(yè)務(wù)之間存在著資源競爭的關(guān)系。接入網(wǎng)QoS需要解決的問題就是協(xié)調(diào)這些不同業(yè)務(wù)。

一般來說，采用DiffServ框架并結(jié)合IntServ的接納控制策略實現(xiàn)接入網(wǎng)QoS是一個比較好的解決辦法，其中DiffServ框架可采用802.1p優(yōu)先級。其基本的技術(shù)思路如下：

（1）主網(wǎng)絡(luò)邊緣：最重要的工作是進行業(yè)務(wù)識別及分類標(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請求是否可以/應(yīng)該得到滿足，流量監(jiān)控則對各業(yè)務(wù)流進行監(jiān)控，確保其沒有濫用網(wǎng)絡(luò)資源。

（2）QoS策略中心：對業(yè)務(wù)進行識別及分類標(biāo)記后，接下來的工作就是根據(jù)預(yù)訂的策略采取相應(yīng)的動作。接納控制策略是QoS策略中很重要的一部分，對于某些需要優(yōu)先保障的合法業(yè)務(wù)（如語音、視頻業(yè)務(wù)），應(yīng)標(biāo)以高優(yōu)先級并進行適當(dāng)?shù)馁Y源預(yù)留；而對某些需要拒絕的業(yè)務(wù)（如BT業(yè)務(wù)）應(yīng)將其報文丟棄。另外，QoS策略還包括網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的調(diào)度處理策略，以及根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀況變化的動態(tài)調(diào)整策略。

（3）網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部：根據(jù)業(yè)務(wù)報文中的QoS標(biāo)記進行有差別的調(diào)度處理（策略轉(zhuǎn)發(fā)、擁塞管理及擁塞避免）。

真正的寬帶接入網(wǎng)QoS解決方案不僅僅涉及接入網(wǎng)絡(luò)設(shè)備本身，還應(yīng)綜合考慮線路質(zhì)量、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃以及網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用等對網(wǎng)絡(luò)資源的影響。

4、小結(jié)

實現(xiàn)BoD業(yè)務(wù)，首先必須要解決接入網(wǎng)的動態(tài)QoS問題，實現(xiàn)接入網(wǎng)的用戶接入控制和資源控制等功能。目前，固網(wǎng)運營商已經(jīng)部署了大量的承載網(wǎng)和接入網(wǎng)，但距離實現(xiàn)動態(tài)QoS和BoD業(yè)務(wù)還有相當(dāng)大的距離。因此，運營商需要對承載網(wǎng)和接入網(wǎng)進行大量的改造，同時，家庭網(wǎng)關(guān)等的研究也需要結(jié)合未來進行統(tǒng)一考慮�？偠�言之，接入網(wǎng)支持BoD業(yè)務(wù)以及動態(tài)QoS并不是一蹴而就的，需要分步驟、有計劃、有選擇地進行。

來源：中國聯(lián)通網(wǎng)站