??? 摘??要: 針對NGN 的網絡體系結構和業務特點,在深入分析下一代網絡" title="下一代網絡">下一代網絡QoS技術的基礎上, 闡述了VOIP 網絡中QoS的主要模型和關鍵技術，并以模擬實驗為依據比較了各種QoS的控制策略, 從系統的角度出發,對下一代網絡的QoS保障機制進行了討論。
??? 關鍵詞: NGN； QoS；VOIP；綜合服務；區分服務；MPLS；控制策略
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下一代網絡NGN(Next Generation Network) 將是一個以軟交換為核心, 基于分組技術，可以支持數據、語音、視頻和各種多媒體業務的綜合開放的網絡架構。NGN來勢洶涌，主導了通信網的發展方向。
隨著NGN技術逐步發展，電信運營商業已擁有了能夠同時提供傳統的電信語音業務和新興的基于IP的多媒體業務的統一平臺。如何確保這個平臺穩定運行, 保障不同類型客戶的服務質量" title="服務質量">服務質量QoS(Quality of Service), 已成為首當其沖的任務。QoS實現技術的研究對于部署NGN而言是一個意義非凡的挑戰。
1 VOIP 的 QoS需求
IP電話（VOIP）是下一代網絡中最有前途的技術之一，VOIP的運營業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相經確實有著不可替代的優勢。VOIP承載網絡的利用效率高，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還為一些智能網增殖業務提供了應用經驗，比如多人視頻游戲、可視電話會議等,而且 VOIP網絡的網間結算費用較低，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是典型的實時性業務，與QoS的聯系尤為密切，對于QoS有很高的要求。用戶在使用VOIP業務的時候，最關心的莫過于通話的語音質量問題，這是其QoS問題的聚焦之處。
2 關于幾種QoS保證機制
2.1 綜合服務（IntServ）
綜合服務(IntServ)是根據每個IP 流的QoS 等級的精確描述,由資源預留協議(RSVP)和流的準入控制支持IP 的QoS分類。一旦有業務流" title="業務流">業務流被分配給某類通信, 一個“PATH”消息將被一直發送至目的地址,以便確定網絡是否具有業務運轉時所必須的足夠資源 (如帶寬、緩沖空間等)。如果發現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”消息返回給發送端,通知發送端可以開始傳輸數據。這一過程就是RSVP。IntServ的最大優點就是能夠在多種業務并存的網絡環境下，通過RSVP與終端應用交互，為對服務質量有著不同要求的業務流提供滿足需要的服務，在理論上實現了絕對的服務質量保證。IntServ的缺陷在于控制粒度過細而導致控制開銷過大，并且要求從發送者到接收者之間的所有路由器都支持諸如RSVP的信令協議，如果其中存在不支持的網元設備，雖然信令可以透明地通過，但已無法實現最佳的資源預留，不能完全保證服務質量的有效提供。
2.2 區分服務（DiffServ）
DiffServ不是針對每一個業務流進行資源預留分配，而是在用戶和業務網的接口處將業務分類，把具有相同的延遲、傳輸速率、抖動等服務質量參數的業務流劃歸為一類，對同一類業務流采取一致的傳輸處理。在DiffServ網絡中，節點存儲的狀態信息數量與服務級別的多少成正比，而不是業務流的數量。DiffServ 的控制顆粒也只是少數幾類聚合業務流,無需專門的控制協議。業務流的分類和匯聚將在網絡邊緣完成，全過程由邊緣路由器負責,核心路由器則根據業務流的標記將它們發送到目的端而不必檢查每個分組頭的細節。在網絡規模擴大和數據流量增加時，DiffServ不會像IntServ會引起網絡的狀態存儲和轉發處理開銷線性增加。但是，DiffServ對數據流的分類和優先級簡化會降低它提供服務質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，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商。
2.3 多協議標簽交換(MPLS)
MPLS是一種可在多種第二層媒質上進行標記交換的網絡技術，它的基本思想就是將第三層的IP路由技術與第二層的交換轉發技術相結合，為進入網絡中的IP 數據包分配標記，并通過對標記的交換來實現IP 數據包的快速轉發。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絡協議。MPLS 技術利用顯式路由功能大大增強了在IP網絡中實施流量工程的能力，MPLS 流量工程可以根據流的服務質量需求選擇優化的路由，也能在MPLS域內進行負荷均衡，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本身的諸多優點，因此MPLS技術是一種用來實現DiffServ的絕佳選擇。
3 模擬實驗
此業務是基于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10baseT連接，交換機和路由器之間經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模式處理各種業務；在綜合服務模型里，所有節點都支持RSVP，普通呼叫和變音業務的預留帶寬為2 048B/s和4 096B/s；在差分" title="差分">差分服務模型里，可以根據IP分組中的某個字段——差分服務碼點(DSCP)來標示該分組的優先級，交換機根據該標示來確定應該將分組發送哪個路由器。在DiffServ實例中，將普通呼叫映射為低優先級的路由選擇，將變音業務映射為高優先級的路由選擇，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，當因硬件原因導致隧道不通時，路由器會自動啟用另一條滿足條件的隧道，對兩類業務分別定義轉發等價類，建立兩條隧道，普通呼叫和變音業務隧道的帶寬分別設置為64kb/s和128kb/s，所有緩沖區設為512KB，實驗網絡的拓撲結構如圖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，此時是一對一的協商，即雙方都要在接到對方的確認后才能繼續發送消息，經此過程后服務器才開始處理含有語音流的數據。服務器的緩沖區里第一次接收到的數據格式一般如表1所示。
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對緩沖區里數據的處理方式有兩種，如圖2所示。
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實驗的結果由圖3、4、5所示。
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從實驗的結果可以看出：在一個綜合若干類業務的網絡中，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、緩沖區等資源預留，在MPLS流量工程中為兩種業務分別建立效率不同的隧道，這實質上是保證了給各類業務提供相對固定的帶寬服務，只是帶寬因業務而異，因此兩類業務可以并行不悖，服務質量均有提高，結果與預期相符；在Diffserv實例中，由于采取了優先級策略和WFQ隊列方案，使得控制粒度精細，運作靈活，兩種業務的服務質量都有大幅改善，其中變音業務被賦予最高優先級，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。由此看來業務邏輯中采用的算法固然會對其運作效率產生一定的影響，不過起決定作用的還是資源的配置及路由的優化，這是提高服務質量的根源所在。
當前，傳統網絡向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絡的部署與實現都有重大的意義。VOIP是傳統PSTN網絡向下一代網絡演進的第一階段，雖然它已經有了一定的運營規模，但由于目前的種種技術限制，VOIP離NGN的目標尚有一段距離，它的服務質量問題也有待探討。本文對VOIP網絡中采用的一系列QoS策略進行了實例分析，并對其實施應用進行了探討，為下一代網絡的規劃和優化提供了參考依據。QoS策略的制訂,必須從整體系統和業務的角度出發,落實到端到端，才能為NGN業務的開展提供有力的保證。
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