QoS的研究现状及技术展望

　　摘 要：网络QoS技术作为公认的新一代网络的核心技术之一，是当前网络研究和开发的热点。IP QoS的研究涉及许多内容，IETF已经提出了许多服务模型与机制来满足QoS需求，而ITU-T则更偏重于QoS整体框架的制定和IP性能指标体系的构建。本文着重阐述QoS的研究现状及其技术展望。

　　关键词:qos;现状;路由;展望

　　QoS(Quality of Service)即服务质量。对于网络业务，服务质量包括传输的带宽、传送的时延、数据的丢包率等。在网络中可以通过保证传输的带宽、降低传送的时延、降低数据的丢包率以及时延抖动等措施来提高服务质量。

　　一、 研究状况：

　　我国电信标准协会网络与交换标准技术委员会已经研究制订了《IP网络技术要求--网络性能参数与指标》标准(编号为YD/T 1171-2001)。该标准规定了支持IPv4的IP网络性能参数和临时指标，其中有些指标与用户所选择的服务质量(QoS)类型相关，还规定了满足推荐的、端到端国际IP网通信的、性能指标的每个网络段，应该提供的性能指标要求。适用于具有一个或多个网络段的端到端路径，所定义的QoS类型适用于终端用户与网络服务提供商之间以及网络服务提供商之间的IP网通信，可作为IP网网络规划、工程设计、运行维护以及相应设备的引进、开发的技术依据。该标准定义的QoS类型主要基于对下列应用的支持：点到点电话、多媒体会议和数据传输。

　　二、 ip Qos主要体系结构及其实现机制

　　到目前为止，IP QoS主要有3种体系结构。

　　1、int—serv集成业务

　　int—serv主要引入了一个重要的网络控制协议RSVP(资源预留协议)。RSVP的引入使得IP网络为应用提供所要求的端到端的QoS保证成为可能。Int—serv尽管提供QoS保证，但其扩展性差。因为其工作方式是基于每个流的，这就需要保存大量的与分组队列数成正比的状态信息。此外，RSVP的有效实施必须依赖于分组所经过路径上的每个路由器。在骨干网上，业务流的数目可能很大，因此要求路由器的转发速率很高，这使得int—serv难于在骨干网上得到实施。

　　2、Diff—serv区分业务

　　IETF在RFC2475中提出diff—serv体系结构，旨在定义一种能实施QoS且更易扩展的方式，以解决int—serv扩展性差的缺点。diff—serv简化了信令，对业务流的分类颗粒度更粗。Diff—serv通过汇聚(aggregate)和PHB(per hop behavior)的方式提供QoS。汇聚是指路由器把QoS需求相近的业务流看成一个大类，以减少调度算法所处理的队列数。

　　3、MPLS多协议标签交换

　　多协议标签交换(MPLS)将灵活的3层IP选路和高速的2层交换技术完美地结合起来，从而弥补了传统IP网络的许多缺陷。它引入了“显式路由”机制，对QoS提供了更为可靠的保证。

　　多协议标签转换MPLS在路由寻址方面同传统路由器有明显的不同。MPLS支持特殊路由，到达同一目的地的数据包可沿不同路径进行转发。MPLS网络主要由标签交换边缘路由器LER和标签交换路由器LSR组成以上3种体系结构仅仅是提供了一种在—子网络域内实施QoS的框架结构，而具体的一些策略和相应的实现机制则由不同的厂商来决定。目前有关IP QoS的4种实现机制大致可归纳为：队列管理机制，队列调度机制，基于约束的路由(CBR)和流量工程。其中CBR是对QoS的限制参数进行一定的扩充。CBR需各路由器间相互配合，如相互通知网络的状态信息等。CBR的难点在于如何在状态信息的精确发布和发布频率之间取得一个折衷。CBR包括QoS路由(QoS-based routing)和策略性路由(poIicy routing)。

　　三、、QoS技术展望

　　电信运营商一直致力于采用基于Internet理念的IP网技术来作为下一代网络技术的统一平台，但是随着时间的推移，人们设想中的基于IP和MPLS的多业务网并未真正得以实施。QoS、流量管理、组播和安全性问题基本上没有解决，这些问题日益影响运营商在此单一而庞大的IP网络上能够提供越来越多的新型增值服务。对电信营运商而言，现在面临的挑战是如何以一种非常有效而现实的方式来为不同的业务提供满意的端到端QoS保证，同时还要充分考虑到整个网络的性能，并且要充分考虑承载级QoS架构所需的可扩展性、可靠性、可操作性和可管理性。如何在统一的IP QoS架构中提供一组通用的网络运行机制来控制网络对某一业务需求进行正确的响应成为研究的关键问题。目前研究较多的IP QoS电信网络架构，一般将QoS关键构件归属于三个平面，即控制平面、数据平面和管理平面。

　　如何有效地组织这些QoS基本构件模块，并充分利用IETF和ITU-T地现有研究成果成为关键问题。在ITU-T建议草案Y.QoSar明确定义了基本QoS构建模块(接入控制、拥塞反馈、计量和测量、策略及策略配置、队列和调度、资源预留、服务等级管理, 费率表征和流量标识等)，通过不同的方式把这些块组织起来，就可以控制网络提供业务所要求的性能。同时也考虑了实现QoS对安全的影响及相应机制。

　　IPv6 QoS IPv6在报头中保留了类似IPv4的TOS域，称为传输级别域，以继续为IP提供区分QoS服务。同时IPv6报头中增加20比特流标签(Flow Label)域。流标签更好支持综合QoS服务，可以直接标识流，并配合RSVP实现资源预留。IPv4的流分类器是根据源地址、目的地址、源端口号、目的端口号和传输协议类型的五元组确定。由于分组的拆分或加密，有些域往往难以获得，对高层报头的访问，也可能会阻碍新协议的引入。IPv6中一个流可以由源IPv6地址和非空的流标签唯一地标识。源可以通过逐跳扩展头或控制协议RSVP等向转发路径的中间节点建立流状态。IPv6节点接收到一个有标记的IPv6分组时，可以用流标记、源地址将分组分类到某个流。根据在一系列IPv6节点上建立的流状态，可以对分组提供一些流特殊处理。IPv6 QoS具体实施还在草案讨论制定中，还有一些具体应用问题需要考虑。

　　基于QoS的路由 整网或局部网络的QoS控制通常通过对路由与信令的控制达到对业务流传输的直接控制，因此路由直接关系到网络性能，所以QoS路由成为解决QoS问题的一项关键技术。QoS路由研究中将会遇到并需要解决的问题包括以下几个方面：

　　实时应用往往会对延时延时抖动，带宽，丢失率，业务代价等多个参数同时提出性能要求，例如，实时多媒体业务会对延时和延时抖动同时提出要求，这些参数相互独立时，选择满足多个参数限制的路由直接关系到路由算法的可实现性。同时承载多种QoS要求不同的业务时，网络性能优化困难，扩展困难，尤其是QoS和尽力而为(Best Effort)的业务独立共存时，很难确定最优的操作点。

　　每个路由节点状态信息的存储量大。QoS 路由中，每个路由节点需记录的状态参量将增多，如状态信息的存储量随网络节点个数的增加而指数性增加，将限制网络的扩展。

　　传输负载的抖动等动态信息都可能导致网络状态变化，这些变化因素直接影响全网状态信息的准确性，同时也直接影响算法的性能。

　　除了上述主要研究之外，其他QoS标准化的研究已经在《QoS发展史》中介绍过。此外，QoS的研究领域还广泛涉及到以下问题：

　　如何为应用层协议定制QoS服务。

　　如何综合协调TCP拥塞控制与QoS服务级别。

　　如何测量QoS 服务参数。

　　如何对区分QoS 服务实施不同的计费。

　　参考文献：

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　　陈彪. IP接入网络面向QoS的分组调度和流量整形研究[D]. 浙江大学 2003

　　王西锋,张晓孪. 网络服务质量技术研究[J]. 价值工程. 2010年34期

　　应越. 计算机网络质量研究与模拟[J]. 今日科苑. 2010年24期

　　柯俊峰. 无线传输与QoS控制技术研究[D]. 武汉科技大学 2009

　　杜娥. 对IPv6技术发展的思考[A]. 四川省通信学会2010年学术年会论文集[C]. 2010