一、背景
多年來，TDM難以綜合寬帶業(yè)務(wù)和窄帶業(yè)務(wù)，而不能成為下一代網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)，電信產(chǎn)業(yè)已全面停止對TDM產(chǎn)品的研發(fā)即是有力的佐證。而ATM缺乏業(yè)務(wù)并具有太高的技術(shù)復(fù)雜性，這基本上決定了ATM不會成為下一代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。
目前，多數(shù)運營商對于電信業(yè)務(wù)網(wǎng)的承載主要采用IP專網(wǎng)的方式，如專門的VoIP網(wǎng)和專門的視頻會議網(wǎng)。其主要思路是將IP專網(wǎng)直接架構(gòu)在SDH或ATM網(wǎng)之上。這是非常浪費資源的方式，還加大了運維成本，不利于新業(yè)務(wù)的推出。另一種常用方法就是加大IP層之下SDH和ATM的傳送能力，即“過帶寬解決方式”。這種方式也是以犧牲運營商巨大投資為代價的。
為此，電信運營商一直致力于采用基于Internet理念的IP網(wǎng)技術(shù)來作為下一代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的統(tǒng)一平臺，但隨時間的推移，人們設(shè)想中的基于ＩＰ和ＭＰＬＳ的多業(yè)務(wù)網(wǎng)并未真正得以實施，ＱｏＳ和流量管理都沒有得到很好解決，多播幾乎沒有實施，安全性問題基本上沒有解決，這些問題日益強(qiáng)烈地在沖擊電信業(yè)務(wù)，簡單的將Internet技術(shù)用于電信網(wǎng)也是行不通的。其根本原因是，現(xiàn)有的因特網(wǎng)只適合傳送非實時的數(shù)據(jù)類業(yè)務(wù)，如www、FTP、E-mail等。而今，寬帶接入的迅速增長已導(dǎo)致了運營商的IP網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)得以膨脹式地擴(kuò)張。幾年前，VoIP業(yè)務(wù)首先被引入到IP網(wǎng)絡(luò)中來，但其服務(wù)質(zhì)量未得到解決。更進(jìn)一步的是，運營商為增加贏利空間、拓展用戶群，也正在嘗試在此單一而龐大的IP網(wǎng)絡(luò)上能夠提供越來越多的新型增值服務(wù)，尤其是交互式的個人多媒體通信。然而，由于不同的應(yīng)用會產(chǎn)生相當(dāng)不同的需求。例如，對電子醫(yī)療應(yīng)用而言，傳送的精確性將比延時和抖動更為重要；而對于IP電話應(yīng)用而言，抖動和延遲是至關(guān)重要的，應(yīng)當(dāng)被盡力減少。
各運營商和設(shè)備提供商都在積極開展相關(guān)研究并達(dá)成了一致結(jié)論：實現(xiàn)統(tǒng)一的支持QoS能力的電信級多業(yè)務(wù)IP網(wǎng)絡(luò)是發(fā)展的趨勢?，F(xiàn)存的解決方案包括RSVP、IntServ、DiffServ,、MPLS、TE、策略管理、QoS信令等，但這些解決方案并未能使得QoS的問題得以根本解決。而且，目前各設(shè)備制造商實現(xiàn)QoS的方式不盡相同，對QoS的理解也很不一致，成為端到端QoS未能得到有效保證的主要障礙。
在IP網(wǎng)絡(luò)中支持端到端QoS能力的標(biāo)準(zhǔn)化方面，IETF和ITU-T發(fā)揮了各自的作用，其中IETF致力于各種具體實施協(xié)議的制定，而ITU-T則更偏重于整體框架的制定和IP性能指標(biāo)體系的構(gòu)建。此外，MSF(城域網(wǎng)交換論壇)、Internet II和IPCablecom也提供了多種的多種端到端IP QoS解決方案。
二、IP QoS電信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中的關(guān)鍵構(gòu)件
對電信營運商而言，現(xiàn)在面臨的挑戰(zhàn)是如何以一種非常有效而現(xiàn)實的方式來為不同的業(yè)務(wù)提供滿意的端到端QoS保證，同時還要充分考慮到整個網(wǎng)絡(luò)的性能。電信運營商擬采用的承載級QoS架構(gòu)需要具備可擴(kuò)展性、可靠性、可操作性和可管理性。
IP QoS架構(gòu)中的關(guān)鍵在于形成一組通用的網(wǎng)絡(luò)運行機(jī)制來控制網(wǎng)絡(luò)對某一業(yè)務(wù)需求進(jìn)行正確的響應(yīng)。具體可體現(xiàn)為一網(wǎng)絡(luò)元素，或用于網(wǎng)絡(luò)元素間的信令，或用于控制和管理穿越網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)流。IP QoS電信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的關(guān)鍵構(gòu)件可歸屬于三個平面，即控制平面、數(shù)據(jù)平面和管理平面。如圖1所示。
 圖1 IP QoS電信網(wǎng)絡(luò)通用架構(gòu)
其中，控制平面包含了與業(yè)務(wù)流行走路徑相關(guān)的機(jī)制，這些機(jī)制包括了允許控制、QoS路由及資源預(yù)留；數(shù)據(jù)平面包含了與用戶數(shù)據(jù)流處理相關(guān)的機(jī)制，這些機(jī)制包括了緩存器管理、擁塞避免、包標(biāo)記、隊列和調(diào)度、業(yè)務(wù)流分類、業(yè)務(wù)流策略和流量整形；管理平面包含了與運營、管理相關(guān)的機(jī)制，這些機(jī)制包括了服務(wù)等級合同(SLA)、業(yè)務(wù)流恢復(fù)，計量和記錄。
在上述機(jī)制中，允許控制是一個關(guān)鍵機(jī)制。借助這一機(jī)制可以控制進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)中的業(yè)務(wù)流量。是否允許業(yè)務(wù)流進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)取決于用戶與業(yè)務(wù)提供者簽訂的SLA及可得的網(wǎng)絡(luò)資源情況。在具體滿足用戶QoS需求的落實方面，允許控制機(jī)制需要確保滿意的性能參數(shù)指標(biāo)(即ITU-T建議Y.1541的類別)以及可靠性/可用性指標(biāo)。為達(dá)成這些指標(biāo)的方法可以是基于具體參數(shù)的，也可以是基于測量的。其中，基于參數(shù)的方法目標(biāo)是達(dá)成一系列參數(shù)的最壞界限(如包丟失、延遲和抖動)，因此適合于提供針對實時業(yè)務(wù)的硬QoS指標(biāo)。而基于測量的方法使用對現(xiàn)有業(yè)務(wù)流的測量來做出判決。這種方法難于保證嚴(yán)格的QoS，對網(wǎng)絡(luò)資源有更充分的利用。
通過上述描述可看出，通過有效的允許控制機(jī)制來進(jìn)行針對業(yè)務(wù)的邏輯資源隔離是一種有效的解決方法。
三、實現(xiàn)電信級IP QoS架構(gòu)的一種方法
在上述技術(shù)背景下一種可實現(xiàn)的電信級IP QoS架構(gòu)被稱之為集中資源管理方式下的預(yù)配置MPLS網(wǎng)絡(luò)。其基本思想是：
依據(jù)業(yè)務(wù)類型和QoS級別，請求QoS保證的業(yè)務(wù)被劃分為若干類別。 對于每一種業(yè)務(wù)類，業(yè)務(wù)管理者進(jìn)行容量規(guī)劃，具體包括現(xiàn)存的和預(yù)期的業(yè)務(wù)流模式、拓?fù)湟?guī)劃、路由設(shè)計等。根據(jù)容量規(guī)劃的結(jié)果，應(yīng)用MPLS技術(shù)來針對每種業(yè)務(wù)預(yù)先配置(pre-provision)一個邏輯承載網(wǎng)絡(luò) (LBN)。該LBN是借助LSP配置和資源預(yù)留后疊加在網(wǎng)絡(luò)IP網(wǎng)絡(luò)上的一個邏輯網(wǎng)絡(luò)。
對于屬于每種業(yè)務(wù)類的業(yè)務(wù)流而言，在統(tǒng)一LBN中需要完成路徑選擇、資源分配、允許控制和標(biāo)記轉(zhuǎn)發(fā)。對于沒有服務(wù)質(zhì)量要求的盡力轉(zhuǎn)發(fā)(BE)業(yè)務(wù)流，仍采用傳統(tǒng)的IP路由和轉(zhuǎn)發(fā)方法來完成路由和轉(zhuǎn)發(fā)。只是它們利用各LBN占據(jù)資源后的剩余資源。承載網(wǎng)資源管理器(BRM)是用來在IP網(wǎng)絡(luò)的每個管理域中負(fù)責(zé)管理所有的LBN。BRM分別記錄和管理每個LBN的拓?fù)浜途W(wǎng)絡(luò)資源表。BRM負(fù)責(zé)為相應(yīng)LBN中的每個業(yè)務(wù)流選擇路徑、資源分配及允許控制。多種業(yè)務(wù)控制服務(wù)器(SCS)負(fù)責(zé)控制各種業(yè)務(wù)請求(如語音呼叫信令)，識別每種業(yè)務(wù)請求的起始和終止點，將號碼(或名字)翻譯成IP地址，請求BRM選擇路徑，分配資源及完成對應(yīng)LBN的呼叫控制。如圖2所示。
 圖2 集中管理下的預(yù)配置疊加MPLS網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的IP QoS電信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)
在圖2中，這一架構(gòu)由三層組成：承載層、承載控制層和業(yè)務(wù)控制層。承載層被進(jìn)一步在邏輯上劃分為基本承載網(wǎng)絡(luò)層和邏輯承載網(wǎng)絡(luò)層?；境休d網(wǎng)絡(luò)層是由邊界路由器及核心路由器組成的IP骨干網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，用來傳送各種Best Effort業(yè)務(wù)。
邏輯承載網(wǎng)絡(luò)層由一個或多個邏輯承載網(wǎng)絡(luò)(LBN)組成，疊加在基本承載網(wǎng)之上。該層是用MPLS LSP技術(shù)進(jìn)行預(yù)先配置。每個LBN承載一個特定類型的業(yè)務(wù)(如語音)或某一特定QoS級別的IP分組(例如快速轉(zhuǎn)發(fā)級).
承載控制層由承載網(wǎng)資源管理者(BRM)組成，負(fù)責(zé)管理承載層的網(wǎng)絡(luò)資源(包括帶寬、處理器及緩沖器)，并完成相應(yīng)LBN中的路徑選擇、資源分配和允許控制任務(wù)，用來滿足每個業(yè)務(wù)流的QoS需求。
業(yè)務(wù)控制層由業(yè)務(wù)控制服務(wù)器(SCS)來處理用戶請求，用來決定每個業(yè)務(wù)流的QoS請求；然后將資源請求發(fā)送給承載控制層。SCS可以有多種表現(xiàn)形式，例如軟交換機(jī)、應(yīng)用網(wǎng)關(guān)、應(yīng)用代理、流媒體服務(wù)器、VOD服務(wù)器和其它應(yīng)用服務(wù)器。SCS可以是一個單獨的設(shè)備或集成到某一設(shè)備中的功能模塊。
在這一架構(gòu)中，MPLS TE技術(shù)被用來動態(tài)調(diào)整LBN拓?fù)浜蛶?針對LSP保護(hù)或容量改變)。該架構(gòu)要求在IP網(wǎng)絡(luò)中支持DiffServ-aware MPLS。
 圖3、LBN示例
一個邏輯承載網(wǎng)絡(luò)(LBN)由邊界路由器、中間匯接路由器和節(jié)點間的LSP組成(如圖3所示)。邊界路由器可以被視為本地交換機(jī)。匯接路由器可以被視為匯接交換機(jī)；根據(jù)容量規(guī)劃的結(jié)果，其中某些被指定為核心路由器。域邊界路由器被視為長途交換機(jī)。路由器間的標(biāo)記交換路徑(LSP)可以被視為中繼(trunk)，在匯接路由器處完成加入(joint)及匯聚(converge)。
在LBN中應(yīng)配置LSP帶寬和其它QoS屬性。根據(jù)容量規(guī)劃及流量計量數(shù)據(jù)的結(jié)果，LSP可以是靜態(tài)配置得到的或是用RSVP-TE/CR-LDP自動建立的。針對 LSP保護(hù)或容量變化，MPLS TE 可以被用來動態(tài)調(diào)整及維護(hù)LBN拓?fù)浼皫?利用LSP快速重路由技術(shù))。在這一架構(gòu)下當(dāng)一主機(jī)或代理發(fā)起一個業(yè)務(wù)請求時會產(chǎn)生下列動作：
1.當(dāng)接收到一個業(yè)務(wù)請求時(如一個VoIP 呼叫建立)，SCS (例如軟交換機(jī)) 負(fù)責(zé)處理業(yè)務(wù)信令和業(yè)務(wù)控制(如呼叫控制)，在相應(yīng)的LBN中請求BRM來選擇路徑和針對該業(yè)務(wù)流的控制允許。
2.在接收到這一包含業(yè)務(wù)流QoS需求的資源請求時，BRM根據(jù)LBN的拓?fù)浜唾Y源表來完成路徑選擇、資源分配和允許控制。如果該資源請求被許可的話，BRM將通知SCS并向入口邊界路由器(ER)發(fā)送業(yè)務(wù)流的描述、路徑和QoS參數(shù)。 3.入口邊界路由器(ER)通過該流的描述參數(shù)來識別進(jìn)入的業(yè)務(wù)流分組，利用路徑參數(shù)進(jìn)行打標(biāo)記，用QoS參數(shù)進(jìn)行著色，接下來將其轉(zhuǎn)發(fā)至相應(yīng)的LBN。
4.在該LBN中，核心路由器借助MPLS頭中的路徑參數(shù)來轉(zhuǎn)發(fā)流分組，直至其抵達(dá)出口邊界路由器(ER)。
5.當(dāng)接收到一業(yè)務(wù)終止消息時，SCS會指令BRM釋放為該業(yè)務(wù)流所分配的資源。
6.當(dāng)接收到這一釋放指令時，BRM會更新其所屬LBN的拓?fù)浜唾Y源表。同時，BRM會指令入口邊界路由器(ER)取消對應(yīng)該流業(yè)務(wù)分類選項(包含流描述、路徑、QoS參數(shù))。
借助這種架構(gòu)，有以下優(yōu)勢：
1.利用預(yù)配置的LBN, 可以用一種簡單、穩(wěn)定和可管理的方式來完成流量匯聚和資源隔離，從而降低流量控制和QoS管理的復(fù)雜度。
2.做為LBN的控制和管理平面，BRM 負(fù)責(zé)完成資源管理和精確的路由控制功能。核心路由器只需支持Diffserv-aware MPLS，而無需支持RSVP。這種中等顆粒度(相比于基于流的RSVP方式)的控制能力有助于整個IP骨干網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和可靠性。
3.終端系統(tǒng)無需支持用于精確資源預(yù)留的RSVP，而只需發(fā)起正常的業(yè)務(wù)呼叫(如一SIP 呼叫)。
4.這種架構(gòu)能夠較精確地保證每個穿越IP骨干網(wǎng)的QoS，有利于支持需要承載級QoS的各種新型增值業(yè)務(wù)。
5.在完成精確的QoS保證的同時，這一架構(gòu)可用于大規(guī)模的、多域IP網(wǎng)絡(luò)，而無需改變現(xiàn)有的路由器，也不會影響現(xiàn)有的Best Effort業(yè)務(wù)。每個管理域需要配備一個BRM。起始域BRM和終止域BRM間需要彼此交互信息來完成域間業(yè)務(wù)流的路徑選擇、資源分配和允許控制。
此外，在次架構(gòu)中QoS管理可以與用戶管理和業(yè)務(wù)管理進(jìn)行較好的配合。從而有可能改變目前基于接入的IP網(wǎng)絡(luò)計費模式，將其演進(jìn)成更為合理的基于業(yè)務(wù)的計費模式。
上述優(yōu)點有利于達(dá)成電信級IP QoS架構(gòu)所要求的可擴(kuò)展性、穩(wěn)定性、可操作性和可管理性的目標(biāo)。
四、國際電聯(lián)(ITU-T)在IP QoS架構(gòu)方面的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展
ITU-T建議草案Y.qosar明確定義了基本QoS構(gòu)建模塊（接入控制、擁塞反饋、計量和測量、策略及策略配置、隊列和調(diào)度、資源預(yù)留、服務(wù)等級管理, 費率表征和流量標(biāo)識等），通過不同的方式把這些塊組織起來，就可以控制網(wǎng)絡(luò)提供業(yè)務(wù)所要求的性能。同時也考慮了實現(xiàn)QoS對安全的影響及相應(yīng)機(jī)制。從建議草案的完整性角度看，Y.qosar仍處于編輯及完善階段。在2003年7月21日至8月1日ITU-T SG13 2001-2004研究期的第五次會議上取得了較大進(jìn)展。該次會議對建議草案Y.qosar 做了以下完善：
1.完善了QoS路由、資源預(yù)留、QoS信令方面的內(nèi)容；
2.在案例方法中補(bǔ)充了集中資源管理下的預(yù)配置疊加MPLS網(wǎng)絡(luò)(Pre-provisioned overlay MPLS networks with centralized resource management)。(注：這一案例方法是由中國電信和華為公司聯(lián)合在本次會議提交的)
中國電信和華為聯(lián)合提交的兩篇文稿成為本次會議中重點討論的內(nèi)容，這兩篇文稿是：
1.A Carrier-class QoS Solution Framework for IP-based Backbone Networks；
(該文稿基于資源隔離和業(yè)務(wù)請求， 提出了用于基于IP骨干網(wǎng)絡(luò)的運營級QOS解決框架。)
2.A Carrier-class QoS Solution Framework for IP-based Access Network；
(該文稿提出了用于基于以太網(wǎng)IP接入網(wǎng)絡(luò)的運營級QOS解決框架。)
其中上述第二篇文稿的基本內(nèi)容做為了新建議草案Y.123.qos的基本參考模型。
Y.123.qos是納入到Y(jié).qosar統(tǒng)一框架中的一個基于以太的IP接入網(wǎng)的QoS架構(gòu)。它強(qiáng)調(diào)了呼叫控制和承載分離的思想，是在接入段保證用戶服務(wù)質(zhì)量的重要方法。該草案對參考模型、流允許控制(Flow Admission Control)和協(xié)議需求等方面給出了最基本的內(nèi)容，有利于今后的進(jìn)一步完善與修正。
應(yīng)當(dāng)說，在此方面中國的電信運營商和設(shè)備制造商與國際上的研究是同步的。
五、結(jié)論
很明顯，無論從業(yè)務(wù)開展還是從技術(shù)實施的角度出發(fā)，服務(wù)質(zhì)量(QoS)保證都是在IP網(wǎng)絡(luò)上支持各種實時應(yīng)用所需考慮的最重要因素。由于IP網(wǎng)絡(luò)固有的無連接的特征, 使得在IP網(wǎng)絡(luò)中保證端到端的QoS成為一項艱難的工作。目前，VoIP、視頻服務(wù)及NGN、3G中各種交互式多媒體業(yè)務(wù)的開展已經(jīng)成為電信運營商能否成功運營這些業(yè)務(wù)的關(guān)鍵所在。同時，QoS也已成為當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究、標(biāo)準(zhǔn)化工作的一個極為活躍課題。有鑒于此，國內(nèi)的電信運營商和設(shè)備制造商會持續(xù)跟蹤這一領(lǐng)域的進(jìn)展，通過研制和試商用具有實用性的解決方案來析解決這一電信業(yè)的難題。
摘自《中國多媒體視訊》
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