PTN 網(wǎng)絡(luò)Qos技術(shù)及其應(yīng)用研究

梁艷明　張優(yōu)訓(xùn)

【摘要】 隨著網(wǎng)絡(luò)迅速發(fā)展，帶寬呈膨脹式發(fā)展。作為新一代IP化傳送網(wǎng)技術(shù)，PTN啟動QoS策略勢在必行， PTN 應(yīng)具有可靠的服務(wù)能力，并能根據(jù)業(yè)務(wù)特性在服務(wù)質(zhì)量和網(wǎng)絡(luò)帶寬耗用上取得平衡，因此對PTN 的QoS 技術(shù)應(yīng)用研究具有十分重要的意義。PTN 設(shè)備作為網(wǎng)絡(luò)邊緣節(jié)點應(yīng)用時，支持層次化的QoS控制。本文分析了PTN QoS技術(shù)的選擇以及其在業(yè)務(wù)帶寬調(diào)整、規(guī)劃方面的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】 PTN QoS 流量工程 帶寬規(guī)劃

一、前言

PTN是以分組業(yè)務(wù)為核心并支持多業(yè)務(wù)的承載網(wǎng)絡(luò)，除了承載傳統(tǒng)業(yè)務(wù)，還要承載實時性強、高帶寬、低時延的基站回傳業(yè)務(wù)。業(yè)務(wù)的可靠性和多樣性要求PTN 能根據(jù)業(yè)務(wù)特性在服務(wù)質(zhì)量和網(wǎng)絡(luò)帶寬耗用上取得平衡，因此對PTN 的QoS 技術(shù)應(yīng)用研究具有十分重要的意義。

二、PTN Qos技術(shù)選擇

2.1 QoS技術(shù)選擇

QoS（Quality of Service）是指在網(wǎng)絡(luò)通信過程中，允許用戶業(yè)務(wù)在丟包率、時延、抖動和帶寬方面獲得可預(yù)期的服務(wù)水平。

PTN技術(shù)有三種QoS模型，分別是：（1）Best-Effort 模型：目前Internet的缺省服務(wù)模型，網(wǎng)絡(luò)盡最大可能發(fā)送這些報文，但對時延，可靠性等性能不提供任何保障。（2）IntServ模型：業(yè)務(wù)通過信令向網(wǎng)絡(luò)申請?zhí)囟ǖ腝oS服務(wù)，網(wǎng)絡(luò)在流量參數(shù)描述的范圍內(nèi)，預(yù)留資源以承諾滿足該請求。（3）DiffServ模型：當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)擁塞時，根據(jù)業(yè)務(wù)的不同服務(wù)等級約定，有差別地進行流量控制和轉(zhuǎn)發(fā)來解決擁塞問題。

Best-Effort 模型最簡單，但無法對業(yè)務(wù)的傳輸質(zhì)量提供保障；IntServ模型能提供有保證的端到端QoS，不足之處是要求端到端所有設(shè)備支持該協(xié)議，可擴展性差、協(xié)議報文開銷大，不適用于大型網(wǎng)絡(luò)；DiffServ模型只包含有限數(shù)量的業(yè)務(wù)級別，實現(xiàn)簡單、擴展性好，不足之處是很難提供基于流的QoS保證，域與域之間的資源管理較復(fù)雜。IP骨干網(wǎng)往往采用DiffServ模型， IP邊緣網(wǎng)可采用DiffServ模型或IntServ模型。

基于DiffServ模型的QoS技術(shù)包括分類和標記、監(jiān)管和整形、擁塞管理和擁塞避免。

（1）分類和標記。將數(shù)據(jù)報文劃分為多個優(yōu)先級或多個服務(wù)類，根據(jù)分類結(jié)果交給其他模塊處理或著色供核心網(wǎng)絡(luò)分類使用。染色模式分為Color-Blind（色盲模式）和Color-Aware（色敏感模式）。兩種模式均對報文按照令牌桶的CIR（Committed Information Rate）和PIR（Peak Information Rate）與報文的當(dāng)前速率進行比較，超過PIR 的報文染紅色，超過CIR 但低于PIR 的報文染黃色，低于CIR的報文染綠色。區(qū)別在于Color-Aware 模式下，如果報文本身帶有顏色，會與報文本身的顏色比較，取更深的顏色。（2）監(jiān)管和整形。流量監(jiān)管的作用是限制進入網(wǎng)絡(luò)的某一連接的流量與突發(fā)。如某個連接的報文流量過大，流量監(jiān)管就可以對該報文采取不同的處理動作，例如丟棄報文，或重新設(shè)置報文的優(yōu)先級等。通常使用CAR（Committed Access Rate）對染色后的報文是否丟棄進行處理，默認處理規(guī)則為：紅色報文丟棄，黃色、綠色通過。流量整形的作用是限制流出網(wǎng)絡(luò)的流量與突發(fā)，使報文均勻地向外發(fā)送。通常使用令牌桶和隊列技術(shù)來完成該功能。當(dāng)有報文的發(fā)送速度過快時，在令牌桶的控制下，暫時在隊列中進行緩存，再以均勻的速率將這些報文發(fā)送出去。（3）擁塞管理。擁塞管理是指當(dāng)網(wǎng)絡(luò)擁塞時，將不同優(yōu)先級的報文緩存進不同的隊列，并采取某種調(diào)度算法安排報文的發(fā)送次序，使不同隊列得到不同的調(diào)度優(yōu)先級、時延和帶寬保證。（4）擁塞避免。擁塞避免通過監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)資源的使用情況，在擁塞有加劇趨勢時，主動丟棄報文，調(diào)整網(wǎng)絡(luò)的流量來解除網(wǎng)絡(luò)過載。設(shè)備在丟棄報文時，并不排斥與源端的流控動作（比如TCP流控）的配合，丟包策略和源端流控機制有效的組合，使網(wǎng)絡(luò)吞吐量和利用率最大化，使報文丟棄和延遲最小化。

2.2 HQoS技術(shù)選擇

PTN 設(shè)備作為網(wǎng)絡(luò)邊緣節(jié)點時，支持層次化的QoS（Hierarchical QoS， HQoS）控制。PTN 設(shè)備提供的HQoS 具有以下特點：（1）多級調(diào)度機制，實現(xiàn)了基于端口、業(yè)務(wù)、PW 或QinQ 的調(diào)度。（2）多級流量控制機制，實現(xiàn)了基于端口、業(yè)務(wù)、PW 或QinQ 鏈路的流量控制。（3）支持多種QoS策略，包括端口QoS 策略、ATM策略、V-UNI Ingress策略、V-UNI Egress 策略、 PW策略、QinQ策略、WFQ策略、WRED策略。（4）可配置每用戶的CIR、PIR。

HQoS在網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)的設(shè)備上完成，可保持核心網(wǎng)絡(luò)的簡單性，避免網(wǎng)絡(luò)中每個設(shè)備都進行復(fù)雜的QoS 處理。HQoS對于接入的業(yè)務(wù)：（1）每業(yè)務(wù)支持一級CAR，支持對報文進行染色。（2）每業(yè)務(wù)支持三級調(diào)度（即V-UNI+CoS、PW+CoS、Port+CoS），每級調(diào)度支持8 個隊列，支持shaping，WRED，其中3個低時延隊列，5個非低時延隊列。（3）每業(yè)務(wù)入網(wǎng)元最多支持四級帶寬限制，出網(wǎng)元最多支持四級帶寬限制。

三、PTN Qos的應(yīng)用

網(wǎng)絡(luò)Qos規(guī)劃是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備設(shè)計、流量工程、鏈路帶寬設(shè)計等工作中的關(guān)鍵技術(shù)之一，對于提高網(wǎng)絡(luò)性能、充分利用網(wǎng)絡(luò)資源起著基礎(chǔ)性的支撐作用。主要應(yīng)用包括：

（1）業(yè)務(wù)帶寬調(diào)整。實時帶寬小于物理帶寬時不啟用Qos策略。若實時帶寬遠小于收斂比，可考慮提高各業(yè)務(wù)配置的保證帶寬，以加大網(wǎng)絡(luò)的利用效率，減少丟包數(shù)量。若實時帶寬已接近物理帶寬，可考慮降低各業(yè)務(wù)配置的保證帶寬，提高峰值帶寬，以保證優(yōu)先級高的業(yè)務(wù)不被丟棄。

實時帶寬大于于物理帶寬時啟用Qos策略，進行優(yōu)先級調(diào)度。

進行帶寬調(diào)整時，不僅要考慮實時流量和收斂比，還需要根據(jù)一段時間內(nèi)的統(tǒng)計量進行綜合分析，可避免產(chǎn)生較大的誤差。

（2）業(yè)務(wù)帶寬規(guī)劃。PTN的業(yè)務(wù)最多可分為8組服務(wù)等級，每個優(yōu)先級別可設(shè)置有保證的CIR和非保證的PIR。假定所傳送的數(shù)據(jù)共有四類，按照對QoS的要求從高到低分別為：話音、視頻、優(yōu)先數(shù)據(jù)和普通數(shù)據(jù)。如話音的CIR、PIR都是2Mbit/s，視頻的CIR

對啟用Qos策略的鏈路，當(dāng)流量低于物理帶寬時，全部業(yè)務(wù)保證轉(zhuǎn)發(fā)。保證帶寬的取值應(yīng)不大于物理帶寬，以保證業(yè)務(wù)的轉(zhuǎn)發(fā)。峰值帶寬取值不小于保證帶寬，可能大于物理帶寬，也可能小于物理帶寬；當(dāng)峰值帶寬大于物理帶寬時，超出物理帶寬的部分要接受QoS調(diào)度，較高優(yōu)先級的報文繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)，較低優(yōu)先級的報文被丟棄。

四、結(jié)論

QoS 是PTN 區(qū)別于傳統(tǒng)SDH 傳送網(wǎng)的核心技術(shù)，是PTN 中業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量的保障。在傳送網(wǎng)資源日益緊張的今天，隨著PTN網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，其Qos功能將得到進一步的開發(fā)和應(yīng)用。