??? 摘??要: 針對NGN 的網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)和業(yè)務特點,在深入分析下一代網(wǎng)絡" title="下一代網(wǎng)絡">下一代網(wǎng)絡QoS技術(shù)的基礎上, 闡述了VOIP 網(wǎng)絡中QoS的主要模型和關(guān)鍵技術(shù)，并以模擬實驗為依據(jù)比較了各種QoS的控制策略, 從系統(tǒng)的角度出發(fā),對下一代網(wǎng)絡的QoS保障機制進行了討論。
??? 關(guān)鍵詞: NGN,； QoS；VOIP,；綜合服務,；區(qū)分服務；MPLS,；控制策略
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下一代網(wǎng)絡NGN(Next Generation Network) 將是一個以軟交換為核心, 基于分組技術(shù),，可以支持數(shù)據(jù)、語音,、視頻和各種多媒體業(yè)務的綜合開放的網(wǎng)絡架構(gòu),。NGN來勢洶涌，主導了通信網(wǎng)的發(fā)展方向,。
隨著NGN技術(shù)逐步發(fā)展,，電信運營商業(yè)已擁有了能夠同時提供傳統(tǒng)的電信語音業(yè)務和新興的基于IP的多媒體業(yè)務的統(tǒng)一平臺,。如何確保這個平臺穩(wěn)定運行, 保障不同類型客戶的服務質(zhì)量" title="服務質(zhì)量">服務質(zhì)量QoS(Quality of Service), 已成為首當其沖的任務,。QoS實現(xiàn)技術(shù)的研究對于部署NGN而言是一個意義非凡的挑戰(zhàn)。
1 VOIP 的 QoS需求
IP電話（VOIP）是下一代網(wǎng)絡中最有前途的技術(shù)之一,，VOIP的運營業(yè)務正在許多國家弄潮于浪尖,，并有席卷全球之勢，VOIP的成功并非由于其運營商的搖旗吶喊,，而是與PSTN相經(jīng)確實有著不可替代的優(yōu)勢,。VOIP承載網(wǎng)絡的利用效率高，一個PSTN電話需要獨占64kb/s的帶寬,，而VOIP一般只需要復用6kb/s～8kb/s甚至更少,； VOIP還為一些智能網(wǎng)增殖業(yè)務提供了應用經(jīng)驗，比如多人視頻游戲,、可視電話會議等,而且 VOIP網(wǎng)絡的網(wǎng)間結(jié)算費用較低,，這可能是當前政策的因素，但不論怎樣,，低廉的運營成本對所有的運營商都是一個難以抵制的誘惑,。
VOIP是典型的實時性業(yè)務，與QoS的聯(lián)系尤為密切,，對于QoS有很高的要求,。用戶在使用VOIP業(yè)務的時候，最關(guān)心的莫過于通話的語音質(zhì)量問題,，這是其QoS問題的聚焦之處,。
2 關(guān)于幾種QoS保證機制
2.1 綜合服務（IntServ）
綜合服務(IntServ)是根據(jù)每個IP 流的QoS 等級的精確描述,由資源預留協(xié)議(RSVP)和流的準入控制支持IP 的QoS分類。一旦有業(yè)務流" title="業(yè)務流">業(yè)務流被分配給某類通信, 一個“PATH”消息將被一直發(fā)送至目的地址,以便確定網(wǎng)絡是否具有業(yè)務運轉(zhuǎn)時所必須的足夠資源 (如帶寬,、緩沖空間等),。如果發(fā)現(xiàn)路徑上所有設備都可以提供所需資源,接收端則生成一個“RESV”消息返回給發(fā)送端,通知發(fā)送端可以開始傳輸數(shù)據(jù)。這一過程就是RSVP,。IntServ的最大優(yōu)點就是能夠在多種業(yè)務并存的網(wǎng)絡環(huán)境下,，通過RSVP與終端應用交互,，為對服務質(zhì)量有著不同要求的業(yè)務流提供滿足需要的服務，在理論上實現(xiàn)了絕對的服務質(zhì)量保證,。IntServ的缺陷在于控制粒度過細而導致控制開銷過大,，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)元設備,，雖然信令可以透明地通過,，但已無法實現(xiàn)最佳的資源預留，不能完全保證服務質(zhì)量的有效提供,。
2.2 區(qū)分服務（DiffServ）
DiffServ不是針對每一個業(yè)務流進行資源預留分配,，而是在用戶和業(yè)務網(wǎng)的接口處將業(yè)務分類，把具有相同的延遲,、傳輸速率,、抖動等服務質(zhì)量參數(shù)的業(yè)務流劃歸為一類，對同一類業(yè)務流采取一致的傳輸處理,。在DiffServ網(wǎng)絡中,，節(jié)點存儲的狀態(tài)信息數(shù)量與服務級別的多少成正比，而不是業(yè)務流的數(shù)量,。DiffServ 的控制顆粒也只是少數(shù)幾類聚合業(yè)務流,無需專門的控制協(xié)議,。業(yè)務流的分類和匯聚將在網(wǎng)絡邊緣完成，全過程由邊緣路由器負責,核心路由器則根據(jù)業(yè)務流的標記將它們發(fā)送到目的端而不必檢查每個分組頭的細節(jié),。在網(wǎng)絡規(guī)模擴大和數(shù)據(jù)流量增加時,，DiffServ不會像IntServ會引起網(wǎng)絡的狀態(tài)存儲和轉(zhuǎn)發(fā)處理開銷線性增加。但是,，DiffServ對數(shù)據(jù)流的分類和優(yōu)先級簡化會降低它提供服務質(zhì)量的靈活性和準確性,，使得QoS的支持粒度“變粗”。也就是說,，DiffServ不能知道某一特定應用的QoS的具體需求細節(jié),，它提供的QoS能力可能高于也可能低于應用需求。并且,，當應用程序愿意更改起初發(fā)出的QoS請求（增高或降低QoS能力）的時候,，DiffServ無法知道這一情況，也無法與終端應用進行通信協(xié)商,。
2.3 多協(xié)議標簽交換(MPLS)
MPLS是一種可在多種第二層媒質(zhì)上進行標記交換的網(wǎng)絡技術(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，為進入網(wǎng)絡中的IP 數(shù)據(jù)包分配標記,，并通過對標記的交換來實現(xiàn)IP 數(shù)據(jù)包的快速轉(zhuǎn)發(fā),。MPLS的主要特點是：支持面向連接的QoS；支持流量工程和多種網(wǎng)絡協(xié)議,。MPLS 技術(shù)利用顯式路由功能大大增強了在IP網(wǎng)絡中實施流量工程的能力,，MPLS 流量工程可以根據(jù)流的服務質(zhì)量需求選擇優(yōu)化的路由,，也能在MPLS域內(nèi)進行負荷均衡，因而在宏觀上提供了保障QoS的基礎,。由于MPLS 在業(yè)務流聚合,、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,，因此MPLS技術(shù)是一種用來實現(xiàn)DiffServ的絕佳選擇,。
3 模擬實驗
此業(yè)務是基于SIP平臺的多媒體會議，其中有一個變音的分支功能,，主要用于改變用戶語音的音色,。實驗平臺由兩個呼叫軟終端、兩個交換機,、兩臺路由器和變音服務器組成,，終端與交換機之間經(jīng)10baseT連接，交換機和路由器之間經(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,，語音服務采用帶靜音壓縮的GSM編碼方案,，路由器采取FIFO模式處理各種業(yè)務；在綜合服務模型里,，所有節(jié)點都支持RSVP,，普通呼叫和變音業(yè)務的預留帶寬為2 048B/s和4 096B/s；在差分" title="差分">差分服務模型里,，可以根據(jù)IP分組中的某個字段——差分服務碼點(DSCP)來標示該分組的優(yōu)先級,，交換機根據(jù)該標示來確定應該將分組發(fā)送哪個路由器。在DiffServ實例中,，將普通呼叫映射為低優(yōu)先級的路由選擇,，將變音業(yè)務映射為高優(yōu)先級的路由選擇，路由器接口采用WFQ模式,；在MPLS模型中,，在每兩個路由器之間建立TE隧道，路由器查找滿足帶寬需求的標簽交換路徑,，當因硬件原因?qū)е滤淼啦煌〞r,，路由器會自動啟用另一條滿足條件的隧道，對兩類業(yè)務分別定義轉(zhuǎn)發(fā)等價類,，建立兩條隧道,，普通呼叫和變音業(yè)務隧道的帶寬分別設置為64kb/s和128kb/s,，所有緩沖區(qū)設為512KB，實驗網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)如圖1所示,。
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服務器與客戶端首先要為變音作準備工作,，此時是一對一的協(xié)商，即雙方都要在接到對方的確認后才能繼續(xù)發(fā)送消息,，經(jīng)此過程后服務器才開始處理含有語音流的數(shù)據(jù),。服務器的緩沖區(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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實驗的結(jié)果由圖3、4,、5所示,。
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從實驗的結(jié)果可以看出：在一個綜合若干類業(yè)務的網(wǎng)絡中，如果再采取盡力而為的服務將是不明智的,，它造成的端到端" title="端到端">端到端平均延遲總是最大的,，且起伏動蕩也相對明顯；而在綜合服務實例中實行帶寬,、緩沖區(qū)等資源預留,，在MPLS流量工程中為兩種業(yè)務分別建立效率不同的隧道，這實質(zhì)上是保證了給各類業(yè)務提供相對固定的帶寬服務,，只是帶寬因業(yè)務而異,，因此兩類業(yè)務可以并行不悖，服務質(zhì)量均有提高,，結(jié)果與預期相符,；在Diffserv實例中，由于采取了優(yōu)先級策略和WFQ隊列方案,，使得控制粒度精細,，運作靈活，兩種業(yè)務的服務質(zhì)量都有大幅改善,，其中變音業(yè)務被賦予最高優(yōu)先級,，其端到端的時延是最小的。
從圖中也可看出算法B的運行效率要高于算法A,，但比起上述幾種QoS策略所帶來的服務質(zhì)量的高低起伏來,，似乎僅僅起到了推波助瀾的作用。由此看來業(yè)務邏輯中采用的算法固然會對其運作效率產(chǎn)生一定的影響,，不過起決定作用的還是資源的配置及路由的優(yōu)化,，這是提高服務質(zhì)量的根源所在。
當前,，傳統(tǒng)網(wǎng)絡向NGN的演進已成大勢所趨,。而NGN的QoS已入議事日程,，它的進步對整個下一代網(wǎng)絡的部署與實現(xiàn)都有重大的意義。VOIP是傳統(tǒng)PSTN網(wǎng)絡向下一代網(wǎng)絡演進的第一階段,，雖然它已經(jīng)有了一定的運營規(guī)模,，但由于目前的種種技術(shù)限制，VOIP離NGN的目標尚有一段距離,，它的服務質(zhì)量問題也有待探討,。本文對VOIP網(wǎng)絡中采用的一系列QoS策略進行了實例分析，并對其實施應用進行了探討,，為下一代網(wǎng)絡的規(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)務的角度出發(fā),落實到端到端，才能為NGN業(yè)務的開展提供有力的保證,。
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