QoSNGN面臨的挑戰(zhàn)
中國(guó)電信股份有限公司北京研究院 楊明川
2005/04/04
隨著網(wǎng)絡(luò)融合和電信業(yè)務(wù)IP化的趨勢(shì)，特別是NGN的發(fā)展和不斷成熟，NGN QoS成為人們關(guān)注的焦點(diǎn) 。NGN QoS不同于傳統(tǒng)的IP QoS，NGN QoS希望能夠在IP網(wǎng)絡(luò)上為電信業(yè)務(wù)提供質(zhì)量保證。因此，NGN關(guān)注的是業(yè)務(wù)的QoS保證，而傳統(tǒng)的IP QoS研究的是通用流量的QoS。從這個(gè)意義上說(shuō)，NGN QoS可以理解為電信級(jí)的IP QoS。
NGN QoS的這個(gè)目標(biāo)要求QoS解決方案必須將IP的網(wǎng)絡(luò)處理機(jī)制和特定業(yè)務(wù)的QoS需求聯(lián)系起來(lái)，具體地說(shuō)，需要解決如下的問(wèn)題：業(yè)務(wù)層與網(wǎng)絡(luò)層如何交互和業(yè)務(wù)的QoS需求如何傳遞到底層的IP網(wǎng)絡(luò)上，網(wǎng)絡(luò)如何滿(mǎn)足不同的業(yè)務(wù)特定的QoS需求，網(wǎng)絡(luò)如何區(qū)分業(yè)務(wù)和非業(yè)務(wù)流量？如何實(shí)現(xiàn)不同業(yè)務(wù)的QoS隔離，基于業(yè)務(wù)的QoS管理和計(jì)費(fèi)，NGN QoS如何整合各種現(xiàn)有的QoS技術(shù)，同時(shí)具有可繼承性和可操作性，NGN QoS如何在現(xiàn)網(wǎng)上實(shí)施。
NGN QoS的思路
最終解決NGN的QoS的方法，既不能單純地采用IP過(guò)載的機(jī)制，也不能夠照搬PSTN/ATM的QoS技術(shù)，而應(yīng)該是兩種技術(shù)的融合。
隨著DWDM、ASON等光傳輸技術(shù)的發(fā)展，傳輸層可以提供的鏈路帶寬越來(lái)越寬，智能化越來(lái)越高，價(jià)格也越來(lái)越便宜。許多專(zhuān)家相信過(guò)量提供（over－provision）可以解決IP的QoS問(wèn)題，輔之以一定的流量工程（TE）技術(shù)，可以提供NGN QoS。我們認(rèn)為，這種方式盡管在短期內(nèi)可行，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，仍存在許多問(wèn)題。
首先是資源的利用率問(wèn)題。過(guò)量提供通常以犧牲資源利用的效率為代價(jià)，盡管鏈路比較便宜，但是網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和運(yùn)營(yíng)的綜合成本仍然較高，不斷地升級(jí)擴(kuò)容會(huì)給運(yùn)營(yíng)商帶來(lái)極大的壓力。
其次是網(wǎng)絡(luò)流量的均衡問(wèn)題。IP網(wǎng)絡(luò)的流量分布極不均衡，隨時(shí)間變化很大。過(guò)量提供要求網(wǎng)絡(luò)的每一條鏈路都要保持“輕載”，這在實(shí)際中很難實(shí)現(xiàn)。即使采用流量工程技術(shù)，也難以實(shí)現(xiàn)有效動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)流量。
再次，城域接入問(wèn)題。QoS問(wèn)題是一個(gè)端到端的問(wèn)題，網(wǎng)絡(luò)邊緣的QoS往往更難以控制。過(guò)量提供無(wú)法解決邊緣接入的QoS問(wèn)題。例如，用戶(hù)的接入帶寬是有限的，有限的帶寬如何才能保證關(guān)鍵業(yè)務(wù)的QoS？
最后，用戶(hù)流量的需求是無(wú)窮的。事實(shí)證明，無(wú)論網(wǎng)絡(luò)的帶寬增長(zhǎng)有多快，增長(zhǎng)的帶寬都將很快被用戶(hù)的流量消耗掉。視頻通信、IPTV、BT文件下載、虛擬現(xiàn)實(shí)、在線(xiàn)游戲、網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)等應(yīng)用將吃掉運(yùn)營(yíng)商能夠提供的所有帶寬。
因此，在IP網(wǎng)絡(luò)中建立有效的QoS機(jī)制，特別是針對(duì)業(yè)務(wù)流量建立QoS機(jī)制，而不是依賴(lài)于簡(jiǎn)單的過(guò)量提供，是NGN業(yè)務(wù)承載的當(dāng)務(wù)之急。
由于IP在提供QoS上存在的一些“固有”缺陷，人們自然會(huì)拿電信網(wǎng)絡(luò)，如PSTN和ATM的QoS機(jī)制來(lái)與IPQoS進(jìn)行對(duì)比。毋庸置疑的是，PSTN和ATM具有好得多的QoS保證能力。因此，許多專(zhuān)家認(rèn)為IP在技術(shù)上是有缺陷的，至少是不適合要求高服務(wù)保證的電信業(yè)務(wù)的承載，應(yīng)當(dāng)采用電信網(wǎng)絡(luò)的QoS機(jī)制。然而，通過(guò)仔細(xì)分析PSTN/ATM的QoS機(jī)制，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，PSTN/ATM的QoS能力實(shí)際上是有許多其他（非技術(shù)的）有利條件的。
首先，在PSTN/ATM上承載的業(yè)務(wù)較為單一。實(shí)際上，PSTN僅承載話(huà)音業(yè)務(wù)，目前，ATM也僅僅提供專(zhuān)線(xiàn)業(yè)務(wù)。單一的業(yè)務(wù)使得流量特征比較簡(jiǎn)單，易于預(yù)測(cè)。這使得網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃可以非常逼近實(shí)際的流量，從而保證網(wǎng)絡(luò)路徑上不存在嚴(yán)重的擁塞。比較IP而言，IP上的應(yīng)用類(lèi)型眾多，流量復(fù)雜。研究表明，Internet的流量模型符合“長(zhǎng)相關(guān)”的分形特征，這就使得Internet的流量從數(shù)學(xué)上是不可預(yù)測(cè)的。
其次，PSTN/ATM上承載的電信業(yè)務(wù)以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信模式為主。而當(dāng)前IP上的應(yīng)用業(yè)務(wù)除了點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模式外，還存在大量的C/S（客戶(hù)/服務(wù)器）模式和多點(diǎn)模式。業(yè)務(wù)模式的差異，使得IP網(wǎng)絡(luò)上流量、流向十分復(fù)雜，難以控制。
最后，PSTN/ATM的業(yè)務(wù)流量較低，盡管目前的PSTN交換機(jī)處理的話(huà)務(wù)量已經(jīng)很高，但還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)比不上IP網(wǎng)絡(luò)骨干的GB級(jí)路由器處理的流量。巨大的流量壓力使得IP網(wǎng)絡(luò)無(wú)法實(shí)現(xiàn)精細(xì)的基于“流”或者“連接”的QoS控制。
因此，簡(jiǎn)單地照搬現(xiàn)有的PSTN/ATM技術(shù)未必能夠解決業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)更為復(fù)雜的NGN的QoS問(wèn)題。
然而，如果我們能夠把NGN的業(yè)務(wù)及網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性進(jìn)行分解和隔離，就有可能在IP上通過(guò)借鑒一些電信網(wǎng)的QoS機(jī)制來(lái)解決NGN的QoS問(wèn)題。一個(gè)最簡(jiǎn)單的思路是在IP上引入資源管理設(shè)備，并根據(jù)業(yè)務(wù)構(gòu)建邏輯疊加網(wǎng)，通過(guò)這個(gè)邏輯疊加網(wǎng)實(shí)現(xiàn)進(jìn)行業(yè)務(wù)流量的隔離。這樣，NGN變成由多個(gè)邏輯疊加網(wǎng)構(gòu)成的多業(yè)務(wù)網(wǎng)，但是在每個(gè)邏輯疊加網(wǎng)絡(luò)中僅承載單一業(yè)務(wù)（或者同一類(lèi)型）的業(yè)務(wù)。因此，可以借助電信網(wǎng)的一些QoS機(jī)制來(lái)提供保證。
現(xiàn)實(shí)性問(wèn)題：當(dāng)前的QoS解決方案
目前，對(duì)于業(yè)務(wù)的QoS保證可以在多個(gè)層面上，采用多種技術(shù)結(jié)合實(shí)現(xiàn)。
實(shí)現(xiàn)一個(gè)理想的NGNQoS需要較長(zhǎng)的時(shí)間。對(duì)于現(xiàn)有NGN業(yè)務(wù)的QoS，一般可以采取如下方法：
�。�1）為業(yè)務(wù)建立（IP）專(zhuān)網(wǎng)；
�。�2）采用現(xiàn)有的簡(jiǎn)單的QoS體系，如Intserv/Diffserv，實(shí)現(xiàn)粗粒度的QoS；
�。�3）在應(yīng)用層上解決問(wèn)題，利用應(yīng)用層技術(shù)，例如CDN緩解網(wǎng)絡(luò)的QoS壓力；
（4）網(wǎng)絡(luò)層的改造，包括容量擴(kuò)充（實(shí)現(xiàn)過(guò)量提供）、部署流量工程；
�。�5）直接采用傳輸層技術(shù)，例如利用ASON等智能光交換等技術(shù)實(shí)現(xiàn)。
上述這些方法在實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜性、性能及功能、可擴(kuò)展性、可操作性、運(yùn)維復(fù)雜性、實(shí)施成本、業(yè)務(wù)可管理性等方面各有不同。上述方法可能適用于不同的業(yè)務(wù)。
目前，方法（1）、（3）最常見(jiàn)，（4）在實(shí)施上有一定難度，但是也被廣泛采用。
專(zhuān)網(wǎng)的方式在實(shí)現(xiàn)上比較簡(jiǎn)單，也能夠提供較好的QoS保證，但是對(duì)于多業(yè)務(wù)的支持和擴(kuò)展性，以及隨業(yè)務(wù)快速變化的靈活性則受到限制。
近年來(lái)利用應(yīng)用層的技術(shù)實(shí)現(xiàn)QoS得到越來(lái)越多的應(yīng)用。典型的例子是內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)（CDN）技術(shù)和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)（P2P）技術(shù)。例如，對(duì)寬帶流媒體的服務(wù)質(zhì)量控制可以分為三個(gè)層次實(shí)現(xiàn)：
- 應(yīng)用層服務(wù)質(zhì)量控制：主要涉及編碼的QoS考慮、應(yīng)用層傳輸協(xié)議的QoS控制機(jī)制，以及媒體服務(wù)器的QoS控制等；
- 容承載層服務(wù)質(zhì)量控制：通過(guò)一個(gè)疊加的內(nèi)容承載層，可以有效地解決流媒體傳輸?shù)腝oS問(wèn)題；
- 網(wǎng)絡(luò)層服務(wù)質(zhì)量控制：通過(guò)網(wǎng)絡(luò)的QoS能力為流媒體傳輸提供QoS保證。
以上多個(gè)層次的QoS控制機(jī)制分別從不同的角度解決特定的流媒體的QoS問(wèn)題。多個(gè)層面QoS機(jī)制的綜合應(yīng)用，可以有效地解決流媒體業(yè)務(wù)的QoS保證，同時(shí)避免對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模改造。
對(duì)NGN QoS問(wèn)題的思考
近年來(lái)，NGNQoS成為各運(yùn)營(yíng)商和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備提供商關(guān)注的焦點(diǎn)。但是，QoS問(wèn)題是一個(gè)十分復(fù)雜的問(wèn)題，NGNQoS的最終解決也是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程。
在對(duì)于NGNQoS的研究和實(shí)驗(yàn)中，我們認(rèn)為應(yīng)該把握如下的原則：以滿(mǎn)足NGN業(yè)務(wù)的QoS需求為導(dǎo)向；保持IP的基本優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單性、靈活性；充分考慮業(yè)務(wù)的QoS管理機(jī)制；盡量對(duì)用戶(hù)透明，隱藏網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性；具有可操作性，能夠在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)上應(yīng)用和部署；QoS的部署應(yīng)分階段、分步驟進(jìn)行。
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