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[2009-6-5]
 

1 绪论

随着因特网的普及,网络和人们生活的关系愈加密切,多样化的业务(数据、语音、视频等)应运而生。不同业务对于通信条件的要求却各不相同。通常,数据业务具有离散性特征,对业务传递的可靠性要求非常高,误码率是最重要的指标,但可以容忍一定的时延;而语音和视频这类业务具有流量大、延续性、实时性和相关性等特点,时延会造成语音的变声、变调和视频的马赛克等现象,因此对传输时延和抖动要求非常严格。

传统IP网络只能提供“尽力而为”服务,所有业务流公平的竞争网络资源,很难保证每类业务的通信要求,这也是引发研究IP QoS的本质原因。几乎所有国家在部署NGN实施要求时,都提出了要在下一代网络中解决端到端QoS问题,而如何定义合理可行的QoS业务分类则是必要的一步。

本文基于已有的QoS业务分类展开分析研究,提出通用的分类模型。

2 IP QoS业务分类

一般而言,影响用户感知网络性能的关键参数有三个:时延(包括源请求建立业务的时间和建立后接受信息的时间)、抖动(由单个数据包到达时间的可变性引起,在传输层尤其明显,通过buffer可以消除或减少抖动)、信息丢失(除了传输中比特错误率或数据包丢失外,也包括多媒体编码降级引起的丢失)[1]。这三个参数也是划分QoS类别的主要区分值。

目前国际上从事IP网络QoS标准研究的主要组织有:ITU-T(国际电信同盟)、IETF(工程任务组)、ETSI(欧洲标准化组织)等。这些组织都制定了一些解决方案,对业务分类也做了一定建议。

2.1 各种分类的分析

ITU-T 13组建议Y.1541,主要根据IPTD(传输时延)、IPDV(时延变化)、IPLR(丢包率)、IPER(错误率)[2]四个方面综合划分QoS类别。0类至5类优先级相应递减,第5类是BE业务,对性能无保证。其中0类和2类对时延要求很严格,并且0类对抖动还有限制;1类和3类的时延要求比较严格,1类对抖动有限制;4类对时延要求比较宽松,且没有定义抖动限制;除了第5类外都对丢包率和错误率有要求。

ITU-T H.323 Annex N定义的业务类别分为两大类:GSC和CSC[3]。前者对时延和抖动敏感,后者则无要求。其中GSC又分为GSC1、

2、3、4。GSC1和2适用于CBR类型的流量,区别在于1对错误率有要求,而2没有;GSC3和GSC4适用于VBR类型的流量,区别在于3对于错误率有要求,而4没有。CSC也分为CSC1、2、3、4。CSC1和CSC2适用于nrt-VBR类型的流量,区别在于1对错误率有要求,而2没有;CSC3和CSC4适用于ABR类型的流量,区别在于3对错误率有要求,而4没有。

ETSI 3GPP主要针对移动网络,它将QoS类别分为conversational、streaming、interactive、background四大类[4],分类的主要依据是业务对时延的敏感度。Conversational类对时延非常敏感,依次递减,background对时延最不敏感。Conversational和streaming主要用于实时流量业务,区别只在于对时延的容许程度。Interactive和background主要用于传统的IP应用,两者都定义了一定的误码率要求,区别在于前者更多用于交互式场合,而后者主要用于后台业务。

TIPHON基于VoIP,将QoS业务分为3大类,wideband、narrowband、BE[5],分类的依据是端到端时延。三类业务的时延限值依次递增,对应于用户感知的语音质量的满意度则是依次递减。其中narrowband又根据时延大小细分为三类:high、medium、acceptable,对应于narrowband中有等级区别的应用。

3 DiffServ业务框架

DiffServ由IETF提出,较之Interserv模型,大大简化了信令的工作,把重点放在聚合数据流和PHB(per hop behavior,单跳行为)上。DiffServ使用IPV4报头中的TOS字段,重命名为DS字段。该字段按预定规则加以定义,使下行节点通过识别DS字段,获取足够的信息来处理到达的数据包,并将他们正确转发给下一节点,把复杂的QoS保证通过DS字段转化为PHB[6]。当数据包进入边界节点时,首先根据五元组或其他标识手段进行分组到流的区分,并把分类结果传给计量器分析,计量器对流的特性进行测量(如速率, 突发长度等),将流统计信息传给标记器和整形丢包器,调整这两个模块的数据;分类后的数据包进入标记器,打上相应的DSCP值(也可能是IP优先级或路由器内部的QoS组),同时送入整形丢包模块中,整形可以平缓突发通信,对超过平均速率的分组进行排队或置入缓存,当业务流超出一定程度时则丢弃;当流量进入内部节点后,判断对分组采取何种PHB,同一行为聚合体的分组按相同的方法处理,通过队列调度(如FIFO,WFQ等),完成对不同PHB的区分。

DiffServ网络定义了四类PHB:EF(Expedited Forwarding)PHB这种方式不用考虑其他流量是否分享其链路,适用于低时延、低丢失、低抖动、确保带宽的优先业务(如虚租用线路);AF(Assured Forwarding)PHB分为四类,每个AF类又分为三个丢弃优先级,可以对相应业务进行等级细分,QoS性能参数低于EF类型;CS(class selector)PHB是从IP TOS字段演变而来,共8类;BE PHB是CS中特殊一类,没有任何保证,AF类超限后可以降级为BE类,现有IP网络流量也都默认为此类。


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