網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的演變和寬帶技術(shù)的發(fā)展推動并加快了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)向下一代網(wǎng)絡(luò)（NGN）的演進(jìn)。隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大、應(yīng)用的逐步擴(kuò)展，特別是具有實(shí)時要求的新興業(yè)務(wù)（如VoIP、視頻會議、多媒體遠(yuǎn)程教學(xué)、視頻點(diǎn)播等）不斷出現(xiàn)，更要求通信網(wǎng)絡(luò)能提供高效的端到端的服務(wù)質(zhì)量支持；同時用戶對網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量（QoS，QualityofService）的要求也越來越高。因此，如何提供端到端的QoS將是NGN的核心問題之一。
2、NGN的體系結(jié)構(gòu)及其QoS問題
2.1NGN體系機(jī)構(gòu)
NGN是以軟交換為核心，采用開放、標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)，能夠同時提供話音、視頻、數(shù)據(jù)等多種業(yè)務(wù)。
軟交換技術(shù)是下一代業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)，也是NGN的關(guān)鍵技術(shù)之一。軟交換的基本含義是把呼叫控制從媒體網(wǎng)關(guān)中分離出來，通過服務(wù)器上的軟件實(shí)現(xiàn)基本呼叫控制功能，包括呼叫選路、管理控制、連接控制、（建立會話、拆除會話）和信令互通。軟交換的主要設(shè)計思想是業(yè)務(wù)/控制與傳送/接入分離，各實(shí)體間通過標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議進(jìn)行連接和通信，其主要功能包括以下幾部分：1）呼叫控制功能；2）業(yè)務(wù)提供功能；3）業(yè)務(wù)交換功能；4）互通功能；5）SIP代理功能；6）計費(fèi)功能；7）網(wǎng)管功能；8）路由、地址解析和認(rèn)證功能；9）H.248終端、SIP終端、MGCP終端的控制和管理功能；10）七號信令（即MTP及其應(yīng)用部分）功能；11）H.323終端控制、管理功能（任選）。
2.2NGN中的QoS問題
就QoS而言，軟交換網(wǎng)絡(luò)和Internet有兩個重要的不同之處。首先，軟交換網(wǎng)絡(luò)是一個多媒體通信網(wǎng)絡(luò)，不但要支持IP網(wǎng)絡(luò)的傳統(tǒng)數(shù)據(jù)應(yīng)用，而且要支持高質(zhì)量的實(shí)時音視頻通信業(yè)務(wù)。其次，軟交換網(wǎng)絡(luò)是一個商業(yè)運(yùn)營網(wǎng)絡(luò)，必需向用戶提供承諾的服務(wù)質(zhì)量，而且需根據(jù)所提供的服務(wù)質(zhì)量計費(fèi)。因此，必須根據(jù)不同的應(yīng)用需求，提供相應(yīng)的QoS。
在技術(shù)上，軟交換網(wǎng)絡(luò)和傳統(tǒng)的GSTN也有很大的不同。GSTN是電路交換網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)話務(wù)量大到一定程度時，由于網(wǎng)絡(luò)資源全部被占用，交換機(jī)將拒絕后來的呼叫請求。拒絕一個呼叫只影響一個用戶，對于正在進(jìn)行中的呼叫沒有任何影響。軟交換網(wǎng)絡(luò)是資源統(tǒng)計復(fù)用的分組網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)量增大時，網(wǎng)絡(luò)資源使用出現(xiàn)擁塞，后續(xù)的呼叫雖然仍可以進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)，但是其QoS將下降，不但如此，正在進(jìn)行中的呼叫的QoS也將受到影響。因此，軟交換網(wǎng)絡(luò)中的QoS問題比GSTN中的要復(fù)雜的多。
在NGN中實(shí)現(xiàn)端到端的QoS包括以下方面：端到端的涵義、邊界的定位、UNI的范圍；定義端到端的多媒體QoS等級和單個媒體流注冊QoS等級的方式；準(zhǔn)入控制和資源管理，包括網(wǎng)絡(luò)層實(shí)體和應(yīng)用層實(shí)體之間的互操作；指明在網(wǎng)內(nèi)如何用低層的QoS機(jī)制獲得高層的QoS以及低層的域內(nèi)QoS控制。
3、QoS框架模型和關(guān)鍵技術(shù)
3.1QoS框架模型
NGN中支持QoS的框架模型的核心是一系列用以控制網(wǎng)絡(luò)性能、防止網(wǎng)絡(luò)資源爭用的模塊，可歸納為設(shè)計多個平面的綜合技術(shù)：管理平面、控制平面和數(shù)據(jù)平面
管理平面：需要定義SLS、管理策略和度量標(biāo)準(zhǔn)，據(jù)此配置整個網(wǎng)絡(luò)的資源。
控制平面：需要進(jìn)行接納控制、支持流量工程的QoS選路和資源預(yù)留。
數(shù)據(jù)平面：需要對數(shù)據(jù)流進(jìn)行整形、管制、排隊等一系列處理，并實(shí)施緩存管理和擁塞避免控制。
3.2QoS實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)
3.2.1綜合服務(wù)模型和資源預(yù)留協(xié)議（IntServ/RSVP）
IntServ/RSVP服務(wù)模型在IETFRFC1633中進(jìn)行了定義。RFC1633將資源預(yù)留協(xié)議RSVP作為IntServ結(jié)構(gòu)中的主要信令協(xié)議。其基本思想就在于以資源預(yù)留的方式來實(shí)現(xiàn)QoS保障，RSVP是其核心部分。
在服務(wù)層次上，IntServ/RSVP提供了3種級別的業(yè)務(wù)：
1）端到端的質(zhì)量保證型服務(wù)：保證帶寬、限制延遲、無丟包。
2）可控負(fù)載型服務(wù)：類似于在當(dāng)前的一個負(fù)載較輕網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)的盡力而為業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量。
3）盡力而為的服務(wù)：類似當(dāng)前Internet在提供的盡力而為的服務(wù)。
在結(jié)構(gòu)層次上，IntServ/RSVP服務(wù)模型主要由四個部分構(gòu)成：信令協(xié)議RSVP，接入控制器，分類器以及包調(diào)度器。
在實(shí)現(xiàn)層次上，綜合服務(wù)需要所有路由器在控制路徑上處理每個流的信令消息并維護(hù)每個流的路徑狀態(tài)和資源預(yù)留狀態(tài)，在數(shù)據(jù)路徑上執(zhí)行流的分類、調(diào)度和緩沖區(qū)管理。具體而言，資源預(yù)留協(xié)議RSVP負(fù)責(zé)逐點(diǎn)地建立或者拆除每個流的資源預(yù)留軟狀態(tài)，也即建立或拆除數(shù)據(jù)傳輸路徑；接入控制器根據(jù)鏈路和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的資源使用情況以及QoS請求的具體要求，來決定是否接受一個資源預(yù)留請求；分類器則對傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包進(jìn)行分類成傳輸流，IntServ常用的分類器是多域分類器，當(dāng)路由器接收到數(shù)據(jù)包時，它根據(jù)數(shù)據(jù)包頭部的多個域?qū)?shù)據(jù)包放入相應(yīng)的隊列中；調(diào)度器則根據(jù)不同的策略對各個隊列中的數(shù)據(jù)包進(jìn)行調(diào)度轉(zhuǎn)發(fā)。
IntServ/RSVP可提供嚴(yán)格的端到端細(xì)粒度的服務(wù)質(zhì)量，但其擴(kuò)展性差，對網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)要求高，要求源到目的間途經(jīng)的所有路由器都需維護(hù)，還要求處理各流的狀態(tài)信息，對于網(wǎng)絡(luò)核心路由器來說，處理和維護(hù)大量的流狀態(tài)信息并支持IntServ/RSVP的節(jié)點(diǎn)機(jī)制將極大的增加路由器的負(fù)擔(dān)和網(wǎng)絡(luò)管理的復(fù)雜度。
3.2.2區(qū)分服務(wù)（DiffServ）
DiffServ通過在IP頭設(shè)置DSCP（DiffServCodePoint）值，為業(yè)務(wù)定義了一組每跳行為PHB（PerHopBehavoir），根據(jù)不同的DSCP，DiffServ采用不同的PHB，從而為用戶提供不同等級的區(qū)分服務(wù)。用戶為獲得定制的服務(wù)質(zhì)量，先與服務(wù)提供商協(xié)商SLA，然后網(wǎng)絡(luò)邊界路由器通過對報文分類、整形和策略，將具有相同DSCP的大量業(yè)務(wù)流匯聚成少數(shù)的聚合流，DS域的內(nèi)部節(jié)點(diǎn)只根據(jù)與DSCP對應(yīng)的PHB對報文進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。
與IntServ類似，DiffServ也定義了三種服務(wù)類型：
1）盡力而為的服務(wù)：類似于目前Internet上盡力而為的服務(wù)。
2）獎賞服務(wù)：為用戶提供低延遲、低抖動、低丟包率和保證帶寬的端到端或者網(wǎng)絡(luò)邊界到邊界的傳輸服務(wù)。
3）確保服務(wù)：確保服務(wù)通過控制丟包優(yōu)先級，提供比“盡力而為”服務(wù)更好的服務(wù)。
DiffServ采用聚合的機(jī)制將具有相同特性的若干業(yè)務(wù)流聚合起來，為整個聚合流提供服務(wù)，而不再面向單個業(yè)務(wù)流。也就是說在DiffServ網(wǎng)絡(luò)邊界路由器上保持每流狀態(tài)，核心路由器只負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)而不保持狀態(tài)信息。因而，DiffServ具有良好的擴(kuò)張性，實(shí)現(xiàn)簡單。但其很難做到基于流的端到端的QoS，并且QoS的顆粒度也較差。
3.2.3多協(xié)議標(biāo)簽交換
多協(xié)議標(biāo)簽交換（MPLS）將靈活的三層IP選路和高速的二層交換技術(shù)完美地結(jié)合起來，從而彌補(bǔ)了傳統(tǒng)IP網(wǎng)絡(luò)的許多缺陷。它引入了“顯式路由”機(jī)制對QoS提供了更為可靠的保證。
MPLS網(wǎng)絡(luò)主要由標(biāo)簽交換邊緣路由器LER和標(biāo)簽交換路由器LSR組成。當(dāng)數(shù)據(jù)流進(jìn)入MPLS網(wǎng)絡(luò)時，入口標(biāo)簽交換邊緣路由器LER首先將數(shù)據(jù)流映射到某個轉(zhuǎn)發(fā)等價類FEC，再根據(jù)FEC為每個分組加上固定長度的短標(biāo)簽。每個FEC對應(yīng)的標(biāo)簽是由基于限制路由的標(biāo)簽分發(fā)協(xié)議CR-LDP根據(jù)路由協(xié)議（如OSPF協(xié)議等）以及考慮到帶寬的可用性和業(yè)務(wù)特性分發(fā)給各個LSR和LER的。進(jìn)入MPLS網(wǎng)絡(luò)以后，標(biāo)簽交換路由器LSR只是僅僅根據(jù)分組所攜帶的標(biāo)簽進(jìn)行交換式轉(zhuǎn)發(fā)，從而提高了轉(zhuǎn)發(fā)速度。另外，CR-LDP在分發(fā)標(biāo)簽時充分考慮了帶寬的可用性和業(yè)務(wù)特性，避免了擁塞的發(fā)生，充分利用了網(wǎng)絡(luò)帶寬資源。
MPLS有兩種途徑對QoS支持：一是讓標(biāo)記本身就具有服務(wù)質(zhì)量ToS（TypeofService）的意義：LER事先把標(biāo)記空間分成多個區(qū)間，不同區(qū)間的標(biāo)記具有不同的服務(wù)質(zhì)量，在為新數(shù)據(jù)流分配標(biāo)記時，根據(jù)其QoS的不同為其分配相應(yīng)區(qū)間的標(biāo)記；另一途徑是讓標(biāo)記條目中的ExP域來標(biāo)識傳送分組的ToS。MPLS數(shù)據(jù)包的服務(wù)質(zhì)量類型就由ToS等參數(shù)來決定。LER根據(jù)ToS來決定輸出隊列和丟包優(yōu)先級。同時，通過對特殊路由的管理，還能有效的解決網(wǎng)絡(luò)中的負(fù)載分擔(dān)和擁塞問題。在MPLS之前的綜合服務(wù)和區(qū)分服務(wù)只能解決一部分服務(wù)質(zhì)量問題，只有MPLS才是一種最全面的服務(wù)質(zhì)量保證體系。
3.3數(shù)據(jù)平面技術(shù)
數(shù)據(jù)處理技術(shù)是指當(dāng)數(shù)據(jù)流被準(zhǔn)許進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)以后，在傳輸路徑上的每個節(jié)點(diǎn)對它的處理過程。數(shù)據(jù)處理操作應(yīng)該保證數(shù)據(jù)流量符合合約的規(guī)定，保證高級別業(yè)務(wù)流優(yōu)先得到服務(wù)，保證所有業(yè)務(wù)都能獲得應(yīng)分配的帶寬、緩存和處理器等網(wǎng)絡(luò)資源，實(shí)現(xiàn)資源的統(tǒng)計復(fù)用。數(shù)據(jù)流處理包括分類、整形、管制、標(biāo)記、排隊和調(diào)度技術(shù)。相對來說，這些技術(shù)已經(jīng)比較成熟，不再做詳細(xì)介紹。
4、總結(jié)
本文首先從NGN的內(nèi)涵和體系結(jié)構(gòu)出發(fā)，闡明了NGN中QoS問題，然后著重介紹了QoS的框架模型、實(shí)現(xiàn)QoS的關(guān)鍵技術(shù)以及簡要介紹了數(shù)據(jù)平面技術(shù)。有關(guān)NGN中QoS的分層控制模型已基本趨于一致，但實(shí)現(xiàn)技術(shù)尚有很大空缺，尤其是接納控制模型和算法、網(wǎng)絡(luò)資源規(guī)劃和配置、動態(tài)SLA協(xié)商和準(zhǔn)入、多域QoS控制等問題有待深入研究。
QoS問題是一個十分復(fù)雜的問題，NGNQoS的最終解決也是一個長期的過程。在對于NGNQoS的研究和實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)該把握如下的原則：以滿足NGN業(yè)務(wù)的QoS需求為導(dǎo)向；保持IP的基本優(yōu)點(diǎn)：簡單性、靈活性；充分考慮業(yè)務(wù)的QoS管理機(jī)制；盡量對用戶透明，隱藏網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性；具有可操作性，能夠在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)上應(yīng)用和部署；QoS的部署應(yīng)分階段。
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