端到端服务质量（QoS）体系建设探讨

发布: 2010-12-24 20:21 | 作者: | 来源: | 字体: 小中大

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摘要　本文简要介绍了服务质量QoS相关概念。以即将到来的下一代网络（NGN）和2G/3G融合网络为例，分别从两者的内涵和体系结构出发，阐述了其中QoS框架模型和新业务体系建设。

1、服务质量QoS概述

服务质量（QoS，Quality of Service），指在不同类型网络平台上，如帧中继、ATM、以太网、环形网、IP网络等，为不同要求的数据流提供不同类型服务的能力。服务能力一般指网络能够保证的性能，如数据传输可靠性、网络吞吐率、延迟等。不同服务质量需求对这些性能参数要求也各不相同。而保证服务质量就是保证当前的网络状况能够达到数据流服务质量请求中所要求的性能参数。

1.1　QoS参数

衡量服务质量QoS的参数主要包括：

端到端延迟（Delay）：包括传输时延、传播时延、排队时延。

延迟抖动（Jitter）：抖动是网络延迟的变化量，是由于同一应用的任意两个相邻分组在传输路由中经过不同的网络延迟产生的。抖动控制对多媒体应用十分重要。

分组丢失率（Loss Ratio）：网络拥塞时由于缓冲溢出或分组到达延迟超过延迟上界，分组将被丢弃。这些丢弃的分组将直接影响接收端的回放质量。不同的多媒体应用能忍受不同的分组丢失。

吞吐量（Throughput）：吞吐量对于数据传输应用是一个重要的QoS参数，它直接反映了在一段时间间隔中网络所传输的通信量。但吞吐量对某些应用不适于作为QoS的直接参数，特别是突发的通信量。

此外，QoS还可能包含其他一些指标，如网络可用性等。QoS指标实际上是服务质量的技术化描述，对于不同的业务，QoS缺乏保障时所呈现出来的业务表象是不同的。

1.2　QoS模型

目前QoS主要有两种解决模型：IntServ/RSVP和DiffServ。

1.2.1　IntServ/RSVP

IntServ/RSVP是一种端到端基于流的QoS技术，基本思想就在于以资源预留的方式来实现QoS保障。其服务模型在IETF RFC1633中进行了定义。RFC1633将资源预留协议RSVP作为IntServ结构中的核心信令协议。

IntServ/RSVP提供3种层次的业务：

端到端的质量保证型服务：保证带宽、限制延迟、无丢包。

可控负载型服务：类似于在当前负载较轻网络中实现尽力而为业务的服务质量。

尽力而为的服务：类似于当前Internet上尽力而为的服务。

从技术角度讲，IntServ/RSVP在目前的网络上是一种行之有效的QoS保障方法，可提供严格的端到端细粒度的服务质量，但其对网络节点要求高，扩展性差。因此目前端到端全网支持的IntServ实用性很低。

1.2.2　DiffServ

DiffServ是IETF在1998年推出的一种基于类的QoS技术，主要用于骨干网。使用DiffServ，在网络入口处根据服务要求对业务进行分类、流量控制，在网络中根据实施好的QoS机制来区分每一类通信，并为之服务（包括资源分配、队列调度、分组丢弃策略等）。

与IntServ类似，DiffServ也定义了3种服务类型：

尽力而为的服务：类似于目前Internet上尽力而为的服务。

奖赏服务：为用户提供低延迟、低抖动、低丢包率和保证带宽的端到端或者网络边界到边界的传输服务。

确保服务：确保服务通过控制丢包优先级，提供比“尽力而为”服务更好的服务。

DiffServ不面向单个业务流，而采用聚合机制将具有相同特性的若干业务流聚合起来，为整个聚合流提供服务，具有良好的扩张性，同时，DiffServ相对更容易在现有IP网络及产品中实现，因此目前商用网络中QoS基本上都是基于DiffServ模型实现，但其难做到基于流的端到端的QoS，颗粒度较差。

此外，也有些人提出将IntServ及DiffServ结合使用。亦出现了其他一些QoS技术，如与MPLS技术相结合的MPLS QoS、流量工程（TE，Traffic Engineering）、数据平面技术等。

2、下一代网络（NGN）的QoS体系建设

下一代网络是以软交换为核心，采用开放标准的体系结构，能同时提供话音、视频、数据等多种业务。随着网络规模的扩大、应用的逐步扩展，特别是具有实时要求的新兴业务（如VoIP、视频会议、多媒体远程教学、视频点播等）不断出现，更要求通信网络能提供高效的端到端QoS支持。因此，如何提供端到端的QoS已经成为下一代网络核心问题之一。

2.1　下一代网络（NGN）的QoS体系

软交换是下一代网络的核心关键技术，其基本含义是把呼叫控制从媒体网关分离出来，通过服务器上的软件实现基本呼叫控制功能。

软交换的功能结构如图1所示。

图1　软交换系统结构示意图

就服务质量QoS而言，软交换网络和Internet有两个重要的不同之处。首先，软交换网络是一个多媒体通信网络，不但要支持IP网络传统数据应用，而且要支持高质量的实时音视频通信业务；其次，软交换网络是一个商业运营网络，必需向用户提供承诺的服务质量，而且需根据所提供的服务质量计费。因此，软交换网络必须根据不同的应用需求，提供相应的QoS。

技术层面上，软交换网络也和传统电路交换网络有很大不同。传统的电路交换网络，当网络负荷达到一定程度时，网络资源全部被占用，交换机将拒绝后来的呼叫请求。拒绝一个呼叫只影响一个用户，对于正在进行中的呼叫没有任何影响。软交换网络是资源统计复用的分组网络，当网络业务量增大时，网络资源使用出现拥塞，后续的呼叫虽仍可以进入网络，但其服务质量QoS将有所下降。不但如此，正在进行中业务的QoS也将受到影响。因此，软交换网络中的QoS问题远比传统网络中的要复杂得多。

在NGN中实现端到端的QoS包括以下几方面：

端到端涵义、边界定位、UNI范围；

定义端到端多媒体QoS等级和单个媒体流注册QoS等级的方式；

准入控制和资源管理，包括网络层实体和应用层实体之间的互操作；

指明在网内如何用低层的QoS机制获得高层的QoS以及低层的域内QoS控制。

2.2　下一代网络（NGN）的QoS模型

NGN中支持的QoS模型核心是一系列用以控制网络性能、防止网络资源争用的模块。可归纳为设计多个平面的综合技术：管理平面、控制平面和数据平面，如图2所示。

图2　QoS模型

管理平面：需要定义SLS、管理策略和度量标准，据此配置整个网络的资源。

控制平面：需要进行接纳控制、支持流量工程的QoS选路和资源预留。

数据平面：需要对数据流进行整形、管制、排队等一系列处理，并实施缓存管理和拥塞避免控制。

3、2G/3G融合网络的QoS体系建设

和NGN并举，3G时代也日益临近，而3G网络的规模建设无疑使移动网络面临着2G/3G混合运营的局面。即除现有2G网络中各类业务需移植到3G网络中，未来还将有大量基于3G网络的新业务出现。3G网络的新业务是指承载于基础网络（GSM网、GPRS网、IP网）之上，有独立业务网元的非基本语音类业务。由于2G/3G业务特性区别显著，在未来2G/3G网络混合运营的复杂网络环境下，如何根据不同业务建设通用的端到端QoS体系，是值得认真思考的问题。

3.1　现有QoS体系的局限

目前运营商在业务QoS体系建设中遇到的问题较为复杂，业务核心网元或承载网络（无线网、信令网、GPRS网、交换网、IP网等）的测试结果往往只能反映某种业务服务质量QoS的某一部分，并未考虑到其他同样影响用户使用的因素如接入网、核心网及终端等。因此，这种QoS体系是不合理的。

鉴于现有QoS体系的局限，2G/3G融合网络的新业务服务质量QoS体系建设应归结为两条主线：一是新业务在端到端使用过程中涉及到的各个重点网元运行指标；另一是用户业务体验3大标准：有效性、通信效率、用户满意度。两者综合考虑建设2G/3G融合网络的新业务服务质量QoS体系是较为合理的。

3.2　新业务QoS体系建设

如何在2G/3G融合网络中建设新业务服务质量QoS体系呢?

以一个特定的新业务为例。首先要考虑到新业务能否吸引用户。主要有如下相关因素：是否满足用户个性化需求?是否满足用户群体沟通需求?是否能给用户较好的业务体验?

其次要将新业务端到端QoS分解到各重点网元。服务质量存在着从业务层、承载层、接入层向用户层逐层传递的特点，若将业务层定义为最上层，用户层定义为最下层，则上一层的1个或多个指标体系中的指标变动会影响下一层中的质量指标，如图3所示。理论上，服务质量指标=用户层QoS×接入层QoS×承载层QoS×业务层QoS。