1 融合網(wǎng)絡(luò)的QoS問題和運(yùn)營商的業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型
固定網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)以及各種接入網(wǎng)絡(luò)的融合是網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的必然趨勢，下一代網(wǎng)絡(luò)(NGN)將基于統(tǒng)一的IP分組承載網(wǎng)，為用戶提供各種各樣的融合業(yè)務(wù)。
服務(wù)質(zhì)量(QoS)是融合網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)重要問題。有關(guān)QoS的研究工作已經(jīng)進(jìn)行了很長時(shí)間，更多的是在傳輸網(wǎng)絡(luò)的QoS機(jī)制方面。但QoS問題不僅涉及通信機(jī)制和網(wǎng)絡(luò)管理，還是一個(gè)經(jīng)營問題，這是因?yàn)椋焊鞣N業(yè)務(wù)都有其不同的QoS要求，QoS是與業(yè)務(wù)相關(guān)的，同時(shí)，QoS的實(shí)施和部署需要一定的通信資源和大量的網(wǎng)絡(luò)管理工作，故QoS是有代價(jià)的。因此，QoS應(yīng)該與業(yè)務(wù)提供和收費(fèi)關(guān)聯(lián)起來，成為一種運(yùn)營商可運(yùn)營的增值服務(wù)。
當(dāng)前，許多運(yùn)營商，特別是固網(wǎng)運(yùn)營商都面臨通信量增加而業(yè)務(wù)收入下降的難題。運(yùn)營商希望從粗放的帶寬運(yùn)營向精細(xì)的有QoS保證的多業(yè)務(wù)運(yùn)營轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)型為通信業(yè)務(wù)服務(wù)商。這樣，運(yùn)營商就不只收取通信(帶寬)費(fèi)，而是可以將業(yè)務(wù)和通信資源(QoS)進(jìn)行“捆綁”，將需要QoS保證的通信服務(wù)和收費(fèi)“捆綁”起來，為用戶提供需要QoS保證的業(yè)務(wù)和通信服務(wù)，如IP電話、3D實(shí)時(shí)游戲和網(wǎng)絡(luò)電視(IPTV)等實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)，提供有QoS保證的增值通信服務(wù)，增加通信帶寬的收益和新的業(yè)務(wù)增長點(diǎn)。
當(dāng)前現(xiàn)網(wǎng)上還沒有一套完整的由業(yè)務(wù)控制和觸發(fā)的QoS傳輸資源控制機(jī)制。國際電信聯(lián)盟(ITU)和TISPAN組織正在基于IP多媒體子系統(tǒng)(IMS)架構(gòu)，研究業(yè)務(wù)相關(guān)的QoS策略、資源控制、業(yè)務(wù)保障和業(yè)務(wù)記費(fèi)的解決方案和標(biāo)準(zhǔn)[1-2]。
2 融合網(wǎng)絡(luò)的QoS控制架構(gòu)
QoS的控制架構(gòu)如圖1所示，關(guān)鍵部件是處于業(yè)務(wù)層和傳輸網(wǎng)絡(luò)之間的接入資源接納控制功能(RACF)實(shí)體，它通過控制傳輸網(wǎng)系統(tǒng)資源來保障業(yè)務(wù)層業(yè)務(wù)控制功能的QoS需求。
RACF是為各類業(yè)務(wù)在各種傳輸網(wǎng)絡(luò)提供實(shí)時(shí)應(yīng)用驅(qū)動(dòng)的基于策略的傳輸資源管理功能。RACF為SCF提供一個(gè)抽象的傳輸網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，從而使業(yè)務(wù)層不需要知道傳輸網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)拓樸、網(wǎng)絡(luò)鏈接、資源使用情況及所采用的QoS機(jī)制和技術(shù)等具體情況。RACF不局限于支持IMS應(yīng)用業(yè)務(wù)。
RACF按照SCF的請求，執(zhí)行基于策略的傳輸資源控制，確定可用的傳輸資源，作出接納決策，將控制策略應(yīng)用到傳輸功能實(shí)體上執(zhí)行。RACF和傳輸層的功能實(shí)體交互，以執(zhí)行下列功能：帶寬預(yù)留與分配、分組過濾、數(shù)據(jù)流分類、進(jìn)行QoS標(biāo)記、流量整形、優(yōu)先級調(diào)度、網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換控制和防火墻控制等功能。RACF和網(wǎng)絡(luò)附著控制功能(NACF)交互以獲取用戶信息，并綜合考慮當(dāng)前傳輸網(wǎng)絡(luò)資源狀況，從而做出傳輸資源控制策略。
RACF完成以下的QoS控制功能：
在分組網(wǎng)中和網(wǎng)絡(luò)邊緣控制QoS相關(guān)的傳輸資源；
支持各種接入網(wǎng)、核心網(wǎng)傳輸技術(shù)(如xDSL、UMTS、CDMA2000、Cable、LAN、WLAN、Ethernet、MPLS、IP、ATM等)，同時(shí)對SCF屏蔽傳輸技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)管理的細(xì)節(jié)(如網(wǎng)絡(luò)拓樸、網(wǎng)絡(luò)鏈接、控制機(jī)制)；
支持各種具有QoS能力的用戶設(shè)備；
支持單管理域和跨管理域的資源接納控制；
仲裁SCF和傳輸實(shí)體間有關(guān)QoS傳輸資源的協(xié)商；
支持相對QoS控制(如DiffServ)和嚴(yán)格QoS控制(如InterServ)；
驗(yàn)證端到端的傳輸資源的可用性；
支持針對不同媒體流不同用戶的多樣的QoS策略；
支持QoS信令；
審批QoS請求，并只處理批準(zhǔn)了的QoS請求；
支持地址端口轉(zhuǎn)換(NAPT)控制和各種防火墻模式；
支持NAT穿越；
輸出信息以支持基于資源使用情況和QoS處理的計(jì)費(fèi)；
支持各種基于資源的接納控制模式；
支持業(yè)務(wù)優(yōu)先級處理。
3 融合網(wǎng)絡(luò)的QoS業(yè)務(wù)模式和資源控制
3.1 用戶設(shè)備的QoS能力
用戶設(shè)備按照QoS協(xié)商能力可以分為以下3類：
(1)類型1
類型1是沒有QoS協(xié)商能力的用戶設(shè)備(如游戲終端)。用戶設(shè)備沒有傳輸層和業(yè)務(wù)層的QoS協(xié)商能力，只能和SCF連接以啟動(dòng)業(yè)務(wù)，不能直接要求QoS資源。
(2)類型2
類型2是有業(yè)務(wù)層QoS協(xié)商能力的用戶設(shè)備(如SIP電話)。用戶設(shè)備通過業(yè)務(wù)信令來進(jìn)行QoS協(xié)商，但不感知傳輸層QoS。業(yè)務(wù)QoS只關(guān)注與應(yīng)用相關(guān)的QoS。
(3)類型3
類型3是有傳輸層QoS協(xié)商能力的用戶設(shè)備(如UMTS用戶終端)。用戶設(shè)備支持類似資源預(yù)留協(xié)議(RSVP)的傳輸信令，因而能直接和傳輸設(shè)備協(xié)商傳輸層QoS。
3.2 資源控制模式
RACF需要支持下列兩種QoS資源控制模式以應(yīng)對上述3種用戶設(shè)備類型和不同的傳輸層QoS能力：
(1)推模式
RACF按照策略規(guī)則授權(quán)和制訂資源控制決策，并下指令給傳輸層功能實(shí)體執(zhí)行策略決策。
(2)拉模式
RACF基于策略規(guī)則進(jìn)行授權(quán)，然后根據(jù)傳輸層功能實(shí)體的請求進(jìn)行再授權(quán)，回應(yīng)最終決策并使之執(zhí)行。
3.3 QoS控制流程
下面介紹兩種資源控制模式的QoS控制流程以及相關(guān)層面實(shí)體間的交互。
3.3.1 推模式的QoS資源控制流程
推模式適合所有3類用戶設(shè)備，而前2類用戶設(shè)備只能采用推模式。
第一類用戶設(shè)備，沒有QoS協(xié)商能力。SCF替用戶決定業(yè)務(wù)相關(guān)的QoS要求，發(fā)送給RACF進(jìn)行授權(quán)和資源預(yù)留。
第二類用戶設(shè)備，支持業(yè)務(wù)層QoS協(xié)商，通過業(yè)務(wù)信令提出業(yè)務(wù)層QoS要求。SCF從業(yè)務(wù)信令中抽取出QoS要求，發(fā)送給RACF進(jìn)行授權(quán)和資源預(yù)留。
第三類用戶設(shè)備，采用和第二類用戶設(shè)備一樣的QoS資源控制流程，但要求RACF預(yù)先將授權(quán)和QoS資源預(yù)留信息下到傳輸層功能實(shí)體中。用戶設(shè)備發(fā)出的傳輸層QoS信令用于調(diào)用傳輸實(shí)體中QoS資源和QoS策略的執(zhí)行。
具體控制流程如圖2所示，描述如下：
(1)用戶設(shè)備向SCF發(fā)出業(yè)務(wù)請求(如，SIP請求)，業(yè)務(wù)請求中有可能包括QoS需求參數(shù)。
(2)SCF從業(yè)務(wù)請求中推導(dǎo)出或抽取出QoS需求參數(shù)，發(fā)送一個(gè)包含QoS需求參數(shù)的資源預(yù)留請求給RACF，請求QoS授權(quán)和資源預(yù)留。
(3)RACF基于策略原則、資源狀況和存儲(chǔ)在NACF中的用戶資料進(jìn)行授權(quán)和接納控制。一旦RACF批準(zhǔn)了SCF來的資源預(yù)留請求，它就將門控信息、分組QoS標(biāo)記和帶寬分配等信息推到傳輸層功能實(shí)體中。
3.3.2 拉模式的QoS資源控制模式
拉模式只適合第三類用戶設(shè)備，用戶設(shè)備顯式地通過傳輸層QoS信令，按照特定傳輸路徑直接向傳輸層功能實(shí)體請求QoS資源預(yù)留。但傳輸QoS資源的預(yù)留需要先得到SCF的預(yù)授權(quán)。
具體控制流程如圖3所示，描述如下：
(1)用戶設(shè)備向SCF發(fā)出業(yè)務(wù)請求(如SIP請求)，業(yè)務(wù)請求中有可能包括QoS需求參數(shù)；
(2)SCF從業(yè)務(wù)請求中推導(dǎo)出或抽取出QoS需求參數(shù)，發(fā)送一個(gè)包含QoS需求參數(shù)的資源預(yù)留請求給RACF，請求QoS授權(quán)和資源預(yù)留。
(3)RACF基于策略原則進(jìn)行授權(quán)，一旦授權(quán)就分配一個(gè)授權(quán)令牌給這個(gè)業(yè)務(wù)并最終傳給用戶設(shè)備，授權(quán)令牌的使用是可選的。
(4)用戶通過傳輸層QoS信令直接發(fā)送一個(gè)顯式的QoS資源請求到傳輸功能實(shí)體，該QoS請求包含明確的傳輸層QoS參數(shù)和用戶分配得到的授權(quán)令牌。
(5)傳輸功能實(shí)體收到QoS請求后，向RACF發(fā)送資源預(yù)留和接納控制請求，并可能包含授權(quán)令牌。
(6)RACF基于策略原則、資源狀況和存儲(chǔ)在NACF中的用戶資料進(jìn)行授權(quán)和接納控制。一旦RACF批準(zhǔn)了SCF來的資源預(yù)留請求，它就將門控信息、分組標(biāo)記和帶寬分配等信息推到傳輸層功能實(shí)體中。
4 TISPAN的QoS實(shí)現(xiàn)框架和研究計(jì)劃
2003年9月，歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)組織(ETSI)把專門從事固定網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化的高級網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)與協(xié)議(SPAN)組織和進(jìn)行IP語音(VoIP)研究的電信與因特網(wǎng)跨網(wǎng)絡(luò)協(xié)議融合(TIPHON)組織進(jìn)行了合并，成立了一個(gè)新的委員會(huì)，取名高級網(wǎng)絡(luò)電信與因特網(wǎng)融合業(yè)務(wù)和協(xié)議(TISPAN)組織。TISPAN在ETSI中負(fù)責(zé)當(dāng)前和未來融合網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化，包括VoIP和NGN的標(biāo)準(zhǔn)化，強(qiáng)調(diào)網(wǎng)絡(luò)融合，從而使固定和無線用戶可以進(jìn)行完全無縫的通信，讓運(yùn)營商將來使用一個(gè)公共的網(wǎng)絡(luò)來提供固定與移動(dòng)業(yè)務(wù)。
TISPAN依據(jù)3GPP的IMS體系架構(gòu)提出了NGN的體系結(jié)構(gòu)和邏輯功能結(jié)構(gòu)，并盡可能重用IMS R6階段的相關(guān)規(guī)范，但要求支持更多的接入方式，包括各種數(shù)字用戶線(xDSL)、無線局域網(wǎng)(WLAN)、局域網(wǎng)(LAN)等，目的是使IMS成為基于會(huì)話啟動(dòng)協(xié)議(SIP)的通用平臺(tái)，同時(shí)支持固定網(wǎng)和移動(dòng)網(wǎng)的多種接入方式。
目前，ETSI TISPAN正在制訂NGN相關(guān)規(guī)范，剛完成TISPAN-NGN R1[3]。
TISPAN提出了資源接納控制子系統(tǒng)(RACS)框架，來進(jìn)行QoS控制，其架構(gòu)如圖4所示。
RACS的功能對應(yīng)于前述的RACF，分為兩個(gè)功能實(shí)體：基于業(yè)務(wù)的策略決策功能(SPDF)和接入資源接納控制功能(A-RACF)。應(yīng)用功能(AF)是業(yè)務(wù)層實(shí)體的抽象，網(wǎng)絡(luò)附著子系統(tǒng)(NASS)[4]相當(dāng)于前述的NACF。傳輸層功能實(shí)體有邊界網(wǎng)關(guān)功能(BGF)、IP邊緣設(shè)備(如BRAS)和接入節(jié)點(diǎn)(如DSLAM)。
SPDF的主要功能是：
·檢查應(yīng)用功能請求是否符合本地策略；
·對AF請求的資源授權(quán)；
·確定BGF與A-RACF的地址；
·向A-RACF請求資源以及接納控制；
·向BGF請求資源以及實(shí)施NAT控制；
·向AF隱藏傳輸層的細(xì)節(jié)。
A-RACF的主要功能是：
·接納控制。在A-RACF收到SPDF的資源預(yù)留請求之后，首先從NASS獲取用戶簽約信息，結(jié)合本地策略和接入網(wǎng)的狀況決定是否允許資源預(yù)留。
·策略裝配。A-RACF向RECF提供明確的策略描述，或者提供預(yù)定義的策略標(biāo)識(ID)，由該ID映射到相應(yīng)的二層/三層(L2/L3)傳輸策略中。
在實(shí)際組網(wǎng)中，一個(gè)SPDF可以對應(yīng)控制多個(gè)A-RACF，負(fù)責(zé)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的QoS策略決策。每個(gè)A-RACF可以管理一個(gè)特定的接入網(wǎng)(如ADSL接入網(wǎng)、Ethernet接入網(wǎng)、WLAN接入網(wǎng)或xPON接入網(wǎng)等)，采用相應(yīng)的傳輸QoS策略來進(jìn)行管理和控制，屏蔽不同接入網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和QoS特性。
BGF是用戶面網(wǎng)關(guān)，完成QoS策略執(zhí)行與NAT功能，主要功能有媒體流的門控、分組標(biāo)記、資源分配、NAT穿越和流量統(tǒng)計(jì)等功能。RCEF的QoS管理功能與BGF類似，但是沒有NAT穿越功能。二層終結(jié)功能(L2TF)是用戶與終結(jié)設(shè)備間二層通信的控制點(diǎn)。
當(dāng)前TISPAN發(fā)布了RACS R1版本，正在制訂R2。已標(biāo)準(zhǔn)化了以下接口：AF與SPDF之間的Gq’接口[5]、SPDF與A-RACF之間的Rq[6]接口和NASS與A-RACF之間的e4[7]接口，并都采用Diameter協(xié)議并進(jìn)行了擴(kuò)展；SPDF與BGF之間的Ia接口采用H.248協(xié)議[8]，并進(jìn)行了擴(kuò)展。A-RACF和接入網(wǎng)間的Re和Ra接口還沒有標(biāo)準(zhǔn)化，RCEF和L2TP等傳輸QoS執(zhí)行實(shí)體還沒有制訂規(guī)范?，F(xiàn)在還沒有一個(gè)完整的固定接入網(wǎng)QoS控制方案。TISPAN計(jì)劃先和DSL論壇合作完成DSL接入網(wǎng)的RACS控制規(guī)范，然后再陸續(xù)完成以太網(wǎng)、xPON、WLAN和WiMAX等接入網(wǎng)的RACS控制規(guī)范，最終完成融合網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一QoS控制架構(gòu)。由于接入網(wǎng)的多樣性和IP網(wǎng)絡(luò)的QoS保障技術(shù)的復(fù)雜性，RACS的完善還需要做許多工作。
5 結(jié)束語
網(wǎng)絡(luò)融合是電信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的必然趨勢，對QoS也提出了一些新的要求。引入基于IMS框架的QoS資源控制架構(gòu)是解決融合網(wǎng)絡(luò)QoS問題的一個(gè)重要方向和方法。它能解決固網(wǎng)運(yùn)營商當(dāng)前面對的運(yùn)營問題，可以開展更多的有QoS保證的多媒體業(yè)務(wù)，如3D游戲等，有助于運(yùn)營商從通信帶寬服務(wù)商向真正的通信業(yè)務(wù)運(yùn)營商轉(zhuǎn)型，為網(wǎng)上各種業(yè)務(wù)提供增值的通信服務(wù)。本文討論了融合網(wǎng)絡(luò)的QoS控制架構(gòu)、QoS業(yè)務(wù)模式和資源控制等問題，介紹了TISPAN在標(biāo)準(zhǔn)化方面的努力。基于IMS框架的QoS控制架構(gòu)和機(jī)制正是融合網(wǎng)絡(luò)，特別是固網(wǎng)所缺的和急需的。其后續(xù)還有很多的研究工作和標(biāo)準(zhǔn)制訂工作需要完成。
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