移动互联网的QoS解决方案样本

移动互联网的QoS解决方案

随着互联网和无线通信技术的飞速发展, 移动信息社会正在快速演进。方便快捷、随时随地获取信息和服务是用户的需求, 这也是移动信息社会的特征, 而移动互联网则是构筑移动信息社会的基础设施, 它应该提供安全、可靠并具有服务质量(QoS)保障的信息传送服务。然而由于移动互联网的拓扑结构和资源都在动态变化, 因此要提供服务质量保证是一项极具挑战性的工作。能够说, 移动互联网的QoS已成为奠定移动信息社会的关键技术之一。

本文将探讨在移动互联网中解决QoS的相关问题, 特别是固定网络中的两种QoS体系结构(即IntServ和Diffserv)如何在移动环境中支持QoS的问题。

1 移动环境下的IntServ和RSVP

1.1 IntServ和RSVP

IntServ(集成服务)是IETF(国际工程任务组)提出的一种在Internet中保证服务质量的框架。IntServ中业务质量得到保障的关键在于RSVP(资源预留协议)。

资源预留协议是IntServ中通信实体间传送应用层服务质量需求的信令协议。其中, PATH(路径)消息用于携带应用的业务流特性, 并建立从发送方到接收方的路由, 而RESV(资源预留)消息则

按照PATH消息的反向路径为应用预留资源, 从而为应用提供一定的服务质量的保证。

当前IntServ不能在移动环境中为用户提供服务质量保证, 是由于RSVP协议有如下几个缺陷:

RSVP无法感知主机的移动, 因而不能在移动主机(MH)即将访问的位置提前预留资源, 导致主机移动到新的子网后往往遇到资源预留失败, 在新位置上的服务质量无法得到保证。

RSVP不支持经过IP隧道的资源预留, 经过隧道的数据包无法得到服务质量保证。

RSVP信令开销过大。每当移动主机改变位置后, RSVP都需要在端到端之间重新建立资源预留。

RSVP不支持被动资源预留, 导致网络资源利用率较低。

针对RSVP的缺陷, 下面介绍几种它能够适应移动环境的改进方案。

1.2 MRSVP

MRSVP[1]是一种扩展RSVP支持移动性的方案。在MRSVP中, 协议预测主机未来可能到达的位置, 并在这些位置提前预留资源,

从而保证移动主机的服务质量。提前预留资源的工作由每个子网中的移动代理代替移动主机来完成。

在MRSVP中有两种资源预留类型, 即主动和被动。主动资源预留用于移动主机的当前子网, 被动资源预留用于移动主机未来访问的子网;被动预留的资源能够被该子网中其它业务流使用。而当移动主机移动到新的子网时, 该网中被动预留的资源即转变为主动预留资源, 原来使用被动预留资源的业务流需要马上释放所占有的资源。

由于MRSVP在移动主机可能到达的位置提前预留资源, 使得移动主机能够在新的位置获得所需的带宽, 从而保证了移动主机的服务质量。MRSVP的缺陷在于此协议需要在移动主机可能访问的多个位置预留资源, 导致网络资源利用率低。另外, MRSVP协议的复杂性也比较高。

1.3 基于RSVP隧道的RSVP协议

移动IP协议使用隧道来转发用户数据, 可是RSVP消息经过IP-IP封装后进入隧道, 使隧道中的路由器无法识别RSVP请求, 不可能为业务流预留资源。文献[2]提出了一种解决资源预留协议穿越IP隧道的方案, 并在此基础上还开发了一种简单的、向移动主机提供服务质量的协议。

该协议的关键是在隧道的两个端点之间新建一个RSVP隧道会话。端到端的RSVP会话把隧道看作是从源点到目的点之间的一段逻辑链路。当一个端到端的RSVP会话经过隧道时, 它被映射到另一个RSVP隧道会话中。RSVP隧道会话从隧道的出口向隧道的入口按照经过隧道的总业务量预留资源。图1显示了从通信对端(CN)到移动主机(MH)的资源预留, 由端到端的资源预留以及隧道资源预留两部分组成。

图1 基于RSVP隧道的RSVP协议

本方案的优点在于不需要对现有的RSVP协议作大的改动, 协议的开销比较小, 可是该协议不能完全保证移动主机的服务质量, 而且受三角路由的影响, 难以做到资源优化。

1.4 基于组播的RSVP

文献[3]提出了一种基于组播方式的RSVP协议。在这种方案中, 移动主机由一个组播地址唯一标识。主机的移动可视为组成员的变动。由移动代理代替移动主机处理与移动相关的RSVP消息并保存

相应的状态。所有移动主机发送、接收的RSVP消息和IP数据包

都经过IP组播路由传送。该方案同时还采用了类似于MRSVP的预

测机制, 将移动主机下一步将要访问的位置提前加入到组播树中

并预留资源。经过这种方式, 既避免了三角路由问题, 也避免了多余的端到端RSVP消息, 在满足移动主机服务质量需求的同时, 提

高了网络资源利用率。可是该方案采用组播地址标识移动主机, 这与现有的移动IP路由协议有冲突。

1.5 DRSVP

在无线网络环境中, 即使预留资源也不能完全保证提供给移

动主机的服务质量, 这是因为无线链路受干扰和衰落的影响带宽

是不确定的。用户实际使用的带宽可能小于接纳控制时承诺的带宽, 从而造成服务质量下降。文献[4]提出了一种支持可变服务质量的

动态资源预留协议(DRSVP)。在DRSVP的支持下, 用户能够根据网络带宽的变化动态调整服务质量要求, 从而扩展了应用的适应范围。

DRSVP的主要思想是:

在PATH消息中增加一个业务描述符SENDER_TSPEC, 在RESV 消息中增加一个流描述符FLOWSPEC, 用于表征一定范围内的业务流特性。

在RESV消息中增加一个测量描述符MSPEC, 用于指示下游的资源”瓶颈”。

增加一个预留通知消息ResvNotify, 用来指示上游节点的资源”瓶颈”。

引入新的带宽分配算法, 以适应网络资源的动态变化。

RSVP的带宽分配策略是: 如果网络节点有足够的资源, 就为每个流分配它们期望的最大带宽;如果网络节点资源不足, 无法为所有业务流分配最大带宽, 则首先按照路径上的”瓶颈”带宽为所有业务流分配资源, 然后将剩余带宽按照一定的比例分配;如果本节点就是网络资源”瓶颈”, 则首先为每个业务流分配它所需要的最小带宽, 并将剩余带宽在所有业务流中按一定比例分配;最后, 如果网络节点的带宽不能满足业务流的最小带宽需求, 就拒绝这个流。

本方案的优点是允许应用在一定范围内预留资源, 因此网络能够更好地支持应用的服务质量, 网络资源利用率也得到提高。这非常适合于资源处于动态变化的无线网络, 可是DRSVP协议的复杂度比较高。