多业务宽带IP承载网的QoS技术
多业务宽带IP承载网的QoS技术
一、背景
当前，建设统一的多业务IP承载网，以取代已往多种业务、多种体制的电信网络，从而实现统一承载、统一运营、统一管理、统一维护，以便降低运营成本，提高业务部署的灵活性和盈利能力，已经成为运营商的共识。对于这样一张统一的多业务IP承载网来说，QoS （Quality of Service）是与HA（High Availability，高可用性）同等重要的基本要求。
在多业务IP承载网上，所承载的业务可以分为三大类，即语音、视频、数据。其中，语音类业务是电信运营商的传统业务，对大多数运营商来说，固话业务或者移动话音业务，是他们的主要收入来源，也是最受重视、必须保证的业务。数据类业务是IP网络上的传统业务，以Internet为代表的数据业务的大发展，极大地改变了现代社会发布和获取信息的方式，成为经济发展和社会进步强有力的催化剂，受到从国家政府到普通百姓高度的关注和追捧，是一个具有神奇创新能力、孕育着无限商机的业务领域。而随着网络带宽的不断增长，网络上的各种视频应用日新月异，呈现出诱人的市场前景，因此运营商普遍将视频类业务视为一个大有前途的新兴业务领域，是实现企业发展的未来希望。在承载网上，这三大类业务对QoS保证的要求是各不相同的，如下表所示：
由表可知，语音和视频业务除了对HA有要求以外，对时延、抖动、丢包率也都有着很高的要求，而视频业务还要求很高的带宽。这就是说，多业务IP承载网不仅要有区分业务类型的能力，还要能根据不同的业务类型来安排不同的QoS保证，并且为关键业务确保约定的带宽资源。IP承载网这种多业务的特征决定了运营商最好采用流分类的QoS解决方案，对各种业务，提供有区别的质量服务。
可以根据业务发展的需要，逐步推进QoS的部署，提高业务的服务质量和用户感知度，支撑更多的宽带差异化产品，满足用户的快速、稳定、可靠性、有效性、多样性、灵活性、等高质量要求，更好的促进宽带业务的更好发展。
二、文献引述
文献[1]通过分析IP承载网多业务的特点，提出了一套IP承载网QoS解决方案，该方案将DiffServ、RSVP-TE、MPLS VPN三者按需组合，对IP承载网上承载的各种业务提供了很好的服务质量保证。
文献[2] 通过阐述IP承载网的产生、发展、网络架构，在详细分析IP承载网承载3G/NGN电信级业务时的QoS核心需求的基础上，提出了IP承载网的QoS解决方
案。
文献[3] 通过结合青岛城域网的特点，讨论了部署QoS的相关问题，为下一
步在城域网中承载多种业务提供了切合实际的参考。
三、文献分析
文献[1] 提供了在IP承载网上部署的端到端的QoS解决方案，指出了IP 承载网一般分为核心层、汇聚层和接入层，它是建立在IP网络技术的基础上，以MPLS 为业务承载。为了使MPLS核心网能够识别业务类型，又能根据数据流的优先级为关键业务预留资源和优先转发，该方案把DiffServ和RSVP-TE技术结合起来使用。该方案主要是MPLS 基于类的QoS，具体主要有定义流分类、设定流行为、设定流策略和具体应用等内容。该方案可以部署在大型的IP承载网中，为各种业务的运营提供强有力的QoS保证，提高运营商的服务质量。其中用到的DiffServ
技术和RSVP的有其优缺点如下：
优点：DiffServ（Differentiated Service）是现有的IP/MPLS QOS技术中比较
成熟的，它根据报文内容区分不同业务的流量，分配服务等级，使优先级比较高的业务优先转发。资源预留协议RSVP用于在一条通过CSPF 计算出的最短路径
的各节点上进行资源预留，RSVP工作在传输层，但不参与应用数据的传送，是一种网络上的控制协议，类似于ICMP。RSVP-TE 是对RSVP的扩展，通过扩展，可以支持MPLS TE相关的属性，使其具有资源预留功能，从而确保约定的TE 隧道的带宽资源。
缺点：采用DiffServ 模型的承载网络，业务的带宽是固定的，带宽不会随着流量的增大而改变，这样就会出现这样一种情况，当流量超出带宽允许的范围时，为了保证高优先级业务的服务质量，就会牺牲掉低优先级业务的服务质量。很明显，这是非常不合理的，所以我们单独采用DiffServ（Differentiated Service）技
术是没办法保证IP承载网的QOS的。要配合其它协议来共同完成IP承载网的QoS 。RSVP-TE没有识别业务的能力，在实际应用中，必须配合其他的具有业务分类功能的协议一起使用。
文献[2]指出为了满足3G/NGN业务的高质量需求，IP承载网的网络结构需要
采用分层的网络结构。其整体网络划分为业务控制层、承载控制层和基础网络层，每层之间采用开放接口，实现承载与业务的分离，便于网络建设和维护管理。
该文献还进一步指出了，有效的提高IP承载网的QoS质量，需要将不同的业务进行分类，给出了几种分类时需要特别考虑的几个方面，它们分别是：业务的分类、边沿节点设备、网络性能、网络服务分类等。根据类别不同分配相应的网络资源，可以满足不同业务的服务质量需求。
该文献在考虑分类的基础上给出了三种不同方式下的QoS解决方案。
（1）单个网络节点上的QoS方案
（2）端到端业务的QoS方案
（3）端到端流量的QoS方案
其中，单个网络节点上的QoS方案中给出了拥塞管理、拥塞避免、流量策略
和整形、链路效率机制等方法来解决对应的QoS问题。常见的拥塞管理技术有四种：FIFO、PQ、CQ、WFQ。FIFO最为简单，当输入速率和输出速率不匹配时，对数据包进行缓存，实现简单的先进先出排队； PQ的业务分类采用静态的固定配置，必须依赖于处理器卡，不能自动适应网络的变化；CQ是一种按照预定分配比例轮流服务的排队方式，保证较低重要性的业务不至于轮空，但CQ具有PQ一样的
缺陷； WFQ是一种为不同流量或业务类别分配公平带宽的自动调度方法，在拥塞时根据权值来分配流量，既防止个别流量不公平地占用带宽，又能自动适应于网络的变化。
文献[3]首先提出了QoS 有3 种服务模型：尽力而为（Best-Effort），综合服务（IntServ）模型和区分服务（DiffServ）模型。其中Best-Effort 是最简单的服务模型，应用程序可以在任何时候，发出任意数量的报文，而且不需要事先获得批准，也不需要通知网络。对Best-Effort 服务，网络尽最大的可能性来发送报文，但对时延、可靠性等性能不提供任何保证。对于一般的互联网业务，如电子邮件，FTP 等，这种服务模型就可以满足需求。DiffServ 和IntServ 两种服务模型比较起来，IntServ 是更为严格意义上的服务保证，在无法确保资源需求的情况下不建立传送通道，但其对设备要求较高，兼容性较差；DiffServ 是区分类型、无连接状态的保障模式，有更好的灵活性和可扩展性。在目前城域网中继带宽资源丰富、设备种类复杂的情况下，DiffServ 是更适合的QoS 服务模式。
该文献根据业务等级及对QoS的需求上考虑，进而又在城域网中分层次分别部署QoS，分别为接入网二层网络QoS 部署、三层网络QoS 部署、跨DS 域的QoS 部署。
四、文献评述
文献[1]在传统电信承载网中，高品质的QoS 保证往往要靠大宽带轻载来实现，网络带宽的利用率较低。特别是对靠租用带宽来开展业务的运营商来说，浪费带宽就等于浪费金钱。即使对部分拥有足够带宽资源的大运营商来说，充分利用现有资源开展运营，或是提高最终用户的业务体验，也很有诱惑力的。成熟、实用的QoS 方案就显得必不可少，通过QoS 解决方案，最终实现IP 承载网的可知、可控、可管。
文献[2]电信网络中，本地网、汇接网到长途网，都在向IP转型，面对3G及NGN业务由IP承载的大势，部署IP承载网无疑是正确的选择。由于3G/NGN业务的多样性和高质量要求，IP承载网必须对这些业务提供所需的QoS保证。这种保证不是在某个层面应用某种技术就能解决的，需要在一种统一的QoS保障体系下，IP承载网中各个层面、各种设备相互配合，才能提供端到端的QoS解决方案。QoS 技术是IP承载网发展所面临的必须解决的挑战，尽管承载网的技术和标准还在发展中，相信经过电信行业研究者的共同努力，IP承载网最终一定能成为提供高质量服务的可靠载体。
文献[3]在青岛联通城域网上逐步推进QoS 部署，可以提高业务的服务质量和用户感知度，支撑更多的宽带差异化产品，促进宽带业务的更好发展，为此应当根据业务发展的需要和投资建设综合考虑，采取网络超配扩容或采用QoS 精细化的管理，以保障个别重点业务的服务质量要求。部署QoS 的目的是根据业务分类尽可能的满足业务对资源的需求，而非尽可能限制业务对资源的需求，即更多地使用拥塞管理而非流量监管。同时也应当认识到QoS 并不能创造带宽，但是可以有效地进行网络资源管理。部署QoS 时，尽可能在靠近用户的地方进行流量的识别分类和标记。
五、结论
本文重点讨论分析了多业务宽带IP承载网面临的QoS的问题。给出了解决
QoS问题的解决方案及用到的方法，
首先，通过分析IP 承载网多业务的特点，提出了一套IP承载网Qos 解决方案。该方案将DiffServ、RSVP-TE、MPLS VPN 三者按需组合，对IP 承载网上承载的各种业务提供了很好的服务质量保证。其次，分析介绍了IP承载网的产生、发展及网络架构， IP承载网承载3G/NGN电信级业务时的QoS核心需求，进一步给出了IP承载网QoS需求的具体解决方案。
由于lP承载网建成使用时间还很短，没有经历过较长时间的使用考验，还有很多QoS方面存在的问题没有暴露出来，需要工作和研发人员不断探索和积累经验，提出相关改进措施，使IP网络的服务质量不断提高完善，为多业务宽带IP通信网提供更可靠、更安全的服务。
参考文献
[1] 刘伟，王双勇.IP承载网QoS保证解决方案[J].信息通信,2012(4)
[2] 陈曾胜.IP承载网及其3G/NGN业务的QoS方案[J].移动通信,2008(5)
[3] 姜希军，邵梅.部署QoS提高城域网承载多种业务的能力[J].电信工程技术与标准化，2012(9)