一、QoS概述

在任何時間、任何地點和任何人實現(xiàn)任何媒介信息的交流是人類在通信領域的永恒需求，在IP技術(shù)成熟以前，所有的網(wǎng)絡都是單一業(yè)務網(wǎng)絡，如PSTN只能開電話業(yè)務，有線電視網(wǎng)只能承載電視業(yè)務，X.25網(wǎng)只能承載數(shù)據(jù)業(yè)務等。網(wǎng)絡的分離造成業(yè)務的分離，降低了溝通的效率。

由于互聯(lián)網(wǎng)的流行，IP應用日益廣泛，IP網(wǎng)絡已經(jīng)滲入各種傳統(tǒng)的通信范圍，基于IP構(gòu)建一個多業(yè)務網(wǎng)絡成為可能。但是，不同的業(yè)務對網(wǎng)絡的要求是不同的，如何在分組化的IP網(wǎng)絡實現(xiàn)多種實時和非實時業(yè)務成為一個重要話題，人們提出了QoS（服務質(zhì)量，Quality of Service）的概念。

IP QoS是指IP網(wǎng)絡的一種能力，即在跨越多種底層網(wǎng)絡技術(shù)（FR、ATM、Ethernet、SDH等）的IP網(wǎng)絡上，為特定的業(yè)務提供其所需要的服務。QoS包括多個方面的內(nèi)容，如帶寬、時延、時延抖動等，每種業(yè)務都對QoS有特定的要求，有些可能對其中的某些指標要求高一些，有些則可能對另外一些指標要求高些。衡量IP QoS的技術(shù)指標包括以下幾個。

（1）可用帶寬：指網(wǎng)絡的兩個節(jié)點之間特定應用業(yè)務流的平均速率，主要衡量用戶從網(wǎng)絡取得業(yè)務數(shù)據(jù)的能力，所有的實時業(yè)務對帶寬都有一定的要求，如對于視頻業(yè)務，當可用帶寬低于視頻源的編碼速率時，圖像質(zhì)量就無法保證。

（2）時延：指數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡的兩個節(jié)點之間傳送的平均往返時間，所有實時性業(yè)務都對時延有一定要求，如VoIP業(yè)務，一般要求網(wǎng)絡時延小于200ms，當網(wǎng)絡時延大于400ms時，通話就會變得無法忍受。

（3）丟包率：指在網(wǎng)絡傳輸過程中丟失報文的百分比，用來衡量網(wǎng)絡正確轉(zhuǎn)發(fā)用戶數(shù)據(jù)的能力。不同業(yè)務對丟包的敏感性不同，在多媒體業(yè)務中，丟包是導致圖像質(zhì)量惡化的最根本原因，少量的丟包就可能使圖像出現(xiàn)馬賽克現(xiàn)象。

（4）時延抖動：指時延的變化，有些業(yè)務，如流媒體業(yè)務，可以通過適當?shù)木彺鎭頊p少時延抖動對業(yè)務的影響；而有些業(yè)務則對時延抖動非常敏感，如語音業(yè)務，稍許的時延抖動就會導致語音質(zhì)量迅速下降。

（5）誤包率：指在網(wǎng)絡傳輸過程中報文出現(xiàn)錯誤的百分比。誤碼率對一些加密類的數(shù)據(jù)業(yè)務影響尤其大。

此外，QoS還可能包含其他一些指標，如網(wǎng)絡可用性等。QoS指標實際上是業(yè)務質(zhì)量的技術(shù)化描述，對于不同的業(yè)務，QoS缺乏保障時，所呈現(xiàn)出來的業(yè)務表象是不同的。

目前QoS主要有兩種解決模型：IntServ和DiffServ。

IntServ是一種端到端基于流的QoS技術(shù)。使用IntServ，從某種程度上說，是采用了電路交換網(wǎng)絡中面向連接的思想。業(yè)務的兩端在通信前，需要根據(jù)業(yè)務類型向網(wǎng)絡提出QoS要求，網(wǎng)絡根據(jù)一定的接納策略控制（Admission Policy Control），判斷是否接納該業(yè)務的請求；如果網(wǎng)絡有足夠的資源可以滿足這個業(yè)務的要求，就接納該業(yè)務流，同時必須負責保障該業(yè)務所申請的資源。通過帶外的RSVP信令建立端到端的通信路徑，沿途的每一個網(wǎng)絡設備都需要記錄每一個業(yè)務流的狀態(tài)信息——“軟狀態(tài)”，并提供相應的資源預留，確保該業(yè)務的服務質(zhì)量。

從技術(shù)角度講，RSVP在目前的網(wǎng)絡上是一種行之有效的QoS保障方法。但是，由于IP網(wǎng)絡流量模型和業(yè)務模型的特點，使得Internet骨干網(wǎng)瞬間要為成千上萬的業(yè)務流提供服務，因此粒度為單個流的路徑預留的解決思路在Internet骨干網(wǎng)上無法擴展，這嚴重制約了IntServ在實際網(wǎng)絡中的應用。當然還存在其他一些限制IntServ應用的因素，包括RSVP信令大規(guī)模的部署、不同廠商設備之間的互通以及基于業(yè)務的管理（認證、計費）等。另外，IntServ需要端到端的全網(wǎng)支持，由于RSVP技術(shù)的復雜性，可以說是目前最復雜的IP技術(shù)之一，讓目前所有的網(wǎng)絡硬件設備升級支持RSVP是不現(xiàn)實的。

同時，RSVP模型實際上是將電路交換業(yè)務的理念進行了IP化的翻譯，很大程度上是顛覆了IP開放互聯(lián)、逐跳轉(zhuǎn)發(fā)的理念，在和其他IP業(yè)務及技術(shù)的融合方面存在很多未知的問題?？偟貋碚f，IntServ目前的實用性很低。

DiffServ是IETF組織在1998年推出的基于DSCP的QoS解決方案，這是一種基于類的QoS技術(shù)，主要用于骨干網(wǎng)。使用DiffServ，在網(wǎng)絡入口處根據(jù)服務要求對業(yè)務進行分類、流量控制，同時設置報文的DSCP域；在網(wǎng)絡中根據(jù)實施好的QoS機制來區(qū)分每一類通信（依據(jù)分組的DSCP值），并為之服務（包括資源分配、隊列調(diào)度、分組丟棄策略等，統(tǒng)稱為PHB），DiffServ域中的所有節(jié)點都將根據(jù)分組的DSCP字段來遵守PHB。DiffServ通過將業(yè)務定義為有限的類，可以很好地解決擴展性的問題，同時，由于DiffServ很好地沿襲了IP本身的技術(shù)理念。相對而言，很容易在現(xiàn)有的IP網(wǎng)絡及產(chǎn)品中實現(xiàn)。因此，目前商用網(wǎng)絡中的QoS實現(xiàn)總體上基本都是基于DiffServ模型的。

目前，有些人提出將IntServ及DiffServ結(jié)合使用，此外，還出現(xiàn)了其他一些QoS技術(shù)，如與MPLS技術(shù)相結(jié)合的MPLS QoS、流量工程（TE，Traffic Engineering）等。

吞吐量、傳輸時延、時延抖動和誤包率是常用的QoS參數(shù)，不同的多媒體應用對網(wǎng)絡性能有不同的要求，在通信初始，用戶向網(wǎng)絡提交的QoS參數(shù)實際上描述了應用對網(wǎng)絡資源的需求，網(wǎng)絡可以此作為對內(nèi)部共享資源（如帶寬、處理能力、緩存空間等）進行管理的依據(jù)。如果網(wǎng)絡資源不能滿足用戶的QoS要求，或者接納一個新的呼叫要侵犯預留給正在進行通信的線路的資源，從而降低這些通信的QoS時，網(wǎng)絡將不接納這個新的呼叫，這種機制通常稱為連接接納控制（CAC，Connection Admission Control）。

一旦網(wǎng)絡接納了用戶的呼叫，它就有責任在整個會話過程中保障用戶所提出的QoS要求。因此，網(wǎng)絡要為這個呼叫預留資源，并在通信過程中進行性能監(jiān)控，動態(tài)調(diào)整資源的分配，當資源不能保障用戶的QoS要求時，通知有關(guān)的用戶，直至終止相關(guān)的通信等。上述各種功能構(gòu)成了網(wǎng)絡的QoS保障機制，目前只有少數(shù)的網(wǎng)絡實現(xiàn)了或部分地實現(xiàn)了這些功能。 二、集合通信中的QoS解決方案

以往的業(yè)務都是孤立的，業(yè)務不同，采用的標準、系統(tǒng)、終端，甚至基礎網(wǎng)絡等都不同，不同系統(tǒng)之間無法互通，無法互操作，最終造成多個孤立的業(yè)務環(huán)境，每種業(yè)務都只能實現(xiàn)有限的溝通。IP網(wǎng)絡技術(shù)的成熟及媒體技術(shù)的成熟推動了集合通信的發(fā)展。集合通信是基于統(tǒng)一的網(wǎng)絡，由統(tǒng)一的業(yè)務支撐系統(tǒng)控制，采用共同的通信組件，運用智能化的多媒體終端，從而實現(xiàn)各種業(yè)務的有機結(jié)合，實現(xiàn)集語音、圖像、數(shù)據(jù)等一體化的通信手段。

集合通信實現(xiàn)了多種業(yè)務對網(wǎng)絡資源的共享，極大地提高網(wǎng)絡應用的效率，從另一個角度，也可以說在IP網(wǎng)絡中引入了各種業(yè)務之間的資源競爭。如何協(xié)調(diào)這些不同業(yè)務，正是QoS需要解決的問題。

業(yè)務是由網(wǎng)絡承載的，離開了高品質(zhì)的IP基礎網(wǎng)絡，QoS技術(shù)無法實現(xiàn)，保證多種業(yè)務的服務質(zhì)量就成了鏡花水月。根據(jù)中華人民共和國通信行業(yè)標準《IP網(wǎng)絡技術(shù)要求——網(wǎng)絡性能參數(shù)與指標》中規(guī)定：進行多媒體傳輸（視訊業(yè)務），網(wǎng)絡性能要求達到1級或1級以上。中華人民共和國通信行業(yè)標準《IP網(wǎng)絡技術(shù)要求——網(wǎng)絡性能參數(shù)與指標》中規(guī)定的網(wǎng)絡性能等級參數(shù)如表1所示。

由于網(wǎng)絡的容量是有限的，所以滿足以上指標的業(yè)務流量也是有限的。為此，從網(wǎng)絡的可運營性來說，只有給出滿足以上指標的極限業(yè)務容量（等效最大并發(fā)用戶數(shù)），才能確實保證用戶的服務質(zhì)量。

在高品質(zhì)的IP網(wǎng)絡基礎上，實施合理的QoS策略，才能真正保證集合通信中所有業(yè)務的QoS，見圖1《中國多媒體視訊》第12期。 1. 網(wǎng)絡邊緣

主網(wǎng)絡邊緣，最注意的工作就是進行業(yè)務識別及分類標記，流分類經(jīng)常和接納控制策略、流量監(jiān)控等配合使用。流分類將業(yè)務報文映射到某一類業(yè)務中，接納策略控制（Admission Policy Control）決定了該業(yè)務的QoS請求是否可以/應該得到滿足，流量監(jiān)控則對各業(yè)務流進行監(jiān)控，確保其沒有濫用網(wǎng)絡資源。

在實際操作中，可以在邊緣路由器上簡單地將IP數(shù)據(jù)包是否來自于特定的業(yè)務終端（如視頻會議終端、MCU）作為數(shù)據(jù)流分類的依據(jù)，對其業(yè)務報文進行特定的優(yōu)先級標記。但是對于集合通信環(huán)境，多種特征完全不同的業(yè)務流共享同一網(wǎng)絡資源，簡單的流分類措施很難滿足要求，尤其是很多業(yè)務可能都是基于80端口。這樣，就要求基礎網(wǎng)絡具備很強的業(yè)務感知能力，大致可分為以下幾個方面。

深度報文分析：能對IP報文任意層次和字段全解析；

深度行為分析：能對業(yè)務連接和狀態(tài)進行分析； 　深度流分析：能對業(yè)務流內(nèi)容進行深度分析。

通過對業(yè)務報文的深度分析，結(jié)合業(yè)務行為等，可以動態(tài)智能地標識業(yè)務流，從而為后續(xù)的QoS調(diào)度操作打下基礎。 2. QoS策略中心

對業(yè)務進行識別及分類標記后，接下來的工作就是根據(jù)預訂的策略采取相應的動作。實際上接納控制策略是QoS策略的一部分，對于有些業(yè)務，是合法的，并且是需要優(yōu)先保障的，如語音、視頻業(yè)務等，應對這類業(yè)務接納，并標以高優(yōu)先級，甚至進行適當?shù)馁Y源預留；對于有些業(yè)務，如BT業(yè)務，根據(jù)策略可能是要拒絕的，則直接指示網(wǎng)絡設備將其報文丟棄；對于另外一些業(yè)務，如上網(wǎng)業(yè)務，則給予通行，但要根據(jù)現(xiàn)有的網(wǎng)絡資源狀況對其進行一定的限制。

QoS策略控制不僅僅局限于在網(wǎng)絡邊緣的接納控制等，同時還指導核心層的調(diào)度處理策略，并根據(jù)網(wǎng)絡狀況的變化動態(tài)調(diào)整策略，同時指示業(yè)務系統(tǒng)采取相應的措施。 3. 網(wǎng)絡核心

網(wǎng)絡核心根據(jù)業(yè)務報文中的QoS標記進行有差別的調(diào)度處理。一般網(wǎng)絡核心對報文的調(diào)度操作主要分為兩類：擁塞管理及擁塞避免。

當報文到達網(wǎng)絡設備接口的速度大于接口的發(fā)送能力時，即將產(chǎn)生擁塞；擁塞發(fā)生時，一般采用隊列調(diào)度的技術(shù)來解決，每一種隊列調(diào)度技術(shù)都用來解決特定的問題，都會對網(wǎng)絡性能產(chǎn)生特定的影響；VRP目前提供的隊列調(diào)度技術(shù)包括FIFO、PQ、CQ、WFQ、RTP實時隊列、CBWFQ/LLQ。

擁塞避免用來監(jiān)控網(wǎng)絡負載，預見并避免擁塞的發(fā)生，擁塞避免一般通過丟包技術(shù)來實現(xiàn)。一般核心網(wǎng)提供多種擁塞避免機制來滿足不同的應用，包括尾丟棄、RED、WRED。

擁塞避免和擁塞管理機制是緊密聯(lián)系在一起的，對于每一種隊列調(diào)度技術(shù)，都可以采用相應的丟包機制與之配合；擁塞管理和避免是所有路由器必須提供的PHB。

業(yè)務的服務質(zhì)量還不僅僅取決于網(wǎng)絡本身的傳輸，還與業(yè)務系統(tǒng)設備（如視頻終端、MCU等）能夠提供的功能和性能有關(guān)。如有些視頻終端，可以根據(jù)網(wǎng)絡的帶寬情況，自動調(diào)整其發(fā)送帶寬，當發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡帶寬不足時，自動選擇帶寬需求更小的編碼方式。在集合通信中，基礎網(wǎng)絡除了需要具備深度業(yè)務感知的能力，還需要能夠與業(yè)務系統(tǒng)形成聯(lián)動。當網(wǎng)絡中某個設備的狀態(tài)發(fā)生變化，引起資源緊張時，這些信息上報給策略中心，策略中心判斷這些變化是否會影響當前的業(yè)務，以及這些影響是否可以通過網(wǎng)絡本身的調(diào)節(jié)消化。如果出現(xiàn)網(wǎng)絡本身無法處理的影響，就需通知相應的業(yè)務系統(tǒng)，以便做出相應的調(diào)整，如降低發(fā)送帶寬，申請更多的緩存資源等。

可見，對于集合通信，單純依靠業(yè)務系統(tǒng)本身或是基礎網(wǎng)絡，都是無法真正保障高質(zhì)量服務的，只有實現(xiàn)基礎網(wǎng)絡與業(yè)務系統(tǒng)的有機融合，才能有效合理地利用網(wǎng)絡資源，保障各種業(yè)務的質(zhì)量。 三、結(jié)語

真正的QoS解決方案應該是一個系統(tǒng)工程，涉及的不僅僅是IP網(wǎng)絡設備和業(yè)務系統(tǒng)，還包括以下幾個方面。

線路質(zhì)量：線路質(zhì)量會直接影響丟包率及誤包率，在多媒體業(yè)務中，這些問題引起圖像馬賽克、圖像抖動、聲音斷續(xù)等問題；另外二者又可能引起報文的重傳，進一步惡化網(wǎng)絡質(zhì)量。

網(wǎng)絡規(guī)劃：如合理地規(guī)劃網(wǎng)絡拓撲，提高網(wǎng)絡動態(tài)調(diào)節(jié)能力，盡可能縮短業(yè)務流從源到目的端的跳數(shù)等；合理地規(guī)劃IP地址，進行路由收斂，為某些高等級業(yè)務設置路由直通等。

凈化網(wǎng)絡應用：有些網(wǎng)絡應用可能不負責任地濫用網(wǎng)絡資源，如一些惡意網(wǎng)站或網(wǎng)絡游戲；另外，網(wǎng)絡病毒、蠕蟲等破壞型應用對網(wǎng)絡的沖擊很大，嚴重影響其他業(yè)務的正常應用。

此外，網(wǎng)絡中各種業(yè)務的服務質(zhì)量還取決于業(yè)務運營模式、監(jiān)管策略等非技術(shù)因素。 文章錄入：csh    責任編輯：csh 

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