网络环境下服务质量保证

摘要分析了下一代网络的QoS要求和关键技术，论述了下一代网络的QoS的控制策略和实施方式。

服务质量（Quality of Service，简称QoS）是各种存在服务供需关系的场合中普遍存在的概念，它评估服务方满足客户服务需求的能力。在因特网中，QoS所评估的就是网络投递分组的服务能力。由于网络提供的服务是多样的，因此对QoS的评估可以基于不同方面。通常所说的QoS，是对分组投递过程中可为延迟、延迟抖动、丢包率等核心需求提供支持的服务能力的评估。

对于电信运营商而言，面临的挑战是如何使用一种有效率而现实的方式来为不同的业务提供满意的端到端QoS保证，同时还要考虑全网的性能。从而实现网络的可管理，可控制和可运营。目前的QoS解决方法包括RSVP、IntServ、DiffServ、MPLS、TE和策略管理等。

1、 IP QoS的基本概念

1.1传统的IP分组投递服务：

（1）IP体系的设计目标就是实现网络的互连

（2）分组投递过程中的差错控制、网络拥塞时的流量控制等功能，由发送和接收分组的源端和接收端来完成。

（3）早期的路由器在功能上只进行了简单的设计，分组能被正确地路由并转发。

（4）所有用户的报文共同分享网络和路由器的带宽资源，采用Best-Effort的服务策略。

（5）Best-Effort服务策略适用于对带宽、延迟性能不敏感的WWW文件传输、E-mail等业务。

1.2新的业务和需求

（1）当前的IP网络承载多种业务：VoIP、VPN、ERP等。

（2）新业务的不断涌现对网络的服务能力提出了更高的要求。

（3）期望在延迟、延迟抖动、丢包率等传输性能上获得一定的承诺和保障。

1.3IP QoS的基本概念

IP QoS（Quality of Service）是指IP网络的一种能力，即在跨越多种底层网络技术（MP、FR、ATM、Ethernet、SDH、MPLS等）的IP网络上，为特定的业务提供其所需要的服务，在丢包率、延迟、抖动和带宽等方面获得可预期的服务水平。在骨干网上，问题的焦点为丢包率（packet loss）、时延和抖动（jitter）。

1.4影响语音QoS的多个因素

一系列的网络参数会影响语音质量。主要是IP网络的实时数据传输性能受时延、抖动和丢包率的影响。

（1）时延形成的因素有很多，主要有网络上的传输时延，即包括在线路上传送的时延还有在节点设备上的处理时延。为了减小这个传送时延，主要是尽量减少路由跳数，并尽量减少设备的处理时延，例如优

化路由器上对时延影响大的设置，如访问列表、排队算法及传输的模式等。也可以为语音流量指定高优先级来减小队列时延。还有可以通过网络带宽的轻载来减少网络拥塞，降低时延。另一个主要的因素是语音包编解码及压缩算法的时延，例如，G.723会增加30 ms的时延。再一个因素是抖动缓存大小。为了补偿网络抖动造成的影响，在语音网关中都有抖动缓存，用于在转发数据包之前先缓存一段时间的数据包以平滑数据包的传输，补偿包抖动、丢失、延时及其它不利影响。然而不利的一面就是会增加时延。对于网络时延的评估应当在建设IP电话系统之前实施。

（2）对于IP网络这样的尽力传送的网络来说，传送实时数据并不能保证数据包能够按时到达，到达间隔的不一致就产生了抖动。抖动值就是数据包到达间隔时间差的平均值。抖动值如果超过一定数值，就会产生可听出来的语音质量问题。过度抖动的效果与过大时延的效果很接近，因为当包抖动超过抖动缓存可以容忍的限度时同样会丢数据包。另外局域网设备的传送机制对抖动也有影响，因为数据交换的网络里面比共享式网络里的数据碰撞及重传的几率少，抖动产生的机率也就小。

（3）IP网络设计的初衷是保证数据的可靠传输，不能忍受数据的传输错误。对于语音来说，不能忍受数据包的时延，但是可以忍受少量的丢包。

1.5IP QoS目标

（1）差错控制

（2）流量控制

（3）回声抑制

（4）抖动消除

（5）为特定用户或特定业务提供专用带宽

2、服务质量保证要求

在IP网上不同的业务对带宽、时延、时延抖动和丢包率等都有不同的需求。目前，在IP网中，主要通过各种IP QoS手段来控制不同IP业务的差异化服务质量，以满足不同业务的不同等级需求。

根据YD/T1071-2000《IP电话网关设备技术要求》，网络质量可以分为以下3级，如表1所示。

表1网络质量级别

经过试验测试，对不同网络质量下的NGN业务表现如表2所示。

表2不同网络质量下的业务效果

业务类型“良好”网络时的业务主观

评价

“较差”网络时的业务主

观评价

“恶劣”网络时的业务主

观评价

VoIP话音G.711a/u优良中G.729a/b 良良差g.723 良接近良中

视频384K 未见劣化、可用轻微优化、可用明显劣化，不可用

即IP承载网的网络质量达到“良好”（网络时延≤40 ms、时延抖动≤10 ms、丢包率≤0.1%）时，VoIP 话音、视频等NGN业务质量的主观评价可以达到良以上，其中G.711的话音业务质量可达到优；在IP承载网的网络质量“较差”（网络时延≤100 ms、时延抖动≤20 ms、丢包率≤1%）时，VoIP话音、视频等NGN 业务基本满足运营需要；在IP承载网质量为“恶劣”的条件下，VoIP话音、视频等NGN业务达不到运营要求。

因此，网络应能对不用的应用进行分类，并通过设置优先级来保证各SLA指标。

3、IP QoS模型

3.1IntServ模型

IntServ模型（Integrated Service，简称IntServ）：业务通过信令向网络申请特定的QoS服务，网络在流量参数描述的范围内，预留资源以承诺满足该请求。

IntServ是一个综合服务模型，它可以满足多种QoS需求。如图1所示，这种服务模型在发送报文前，需要向网络申请特定的服务。这个请求是通过信令（signal）来完成的。应用程序首先通知网络它自己的流量参数和需要的特定服务质量请求，包括带宽、时延等，应用程序一般在收到网络的确认信息，即确认网络已经为这个应用程序的报文预留了资源后，才开始发送报文。同时应用程序发出的报文应该控制在流量参数描述的范围以内。

图1IntServ示意图

网络在收到应用程序的资源请求后，执行资源分配检查（Admission control），即基于应用程序的资源申请和网络现有的资源情况，判断是否为应用程序分配资源。一旦网络确认为应用程序的报文分配了资源，则只要应用程序的报文控制在流量参数描述的范围内，网络将承诺满足应用程序的QoS需求。而网络将为每个流（flow，由两端的IP地址、端口号、协议号确定）维护一个状态，并基于这个状态执行报文的分类、流量监管（policing）、排队及其调度，来实现对应用程序的承诺。