QOS

QoS控制原理

· 基于设备的QoS保障技术——CAC
· 基于优先级设置的QoS保障技术
· 基于减小抖动的QoS保障－Jitter Buffer
IP传输在时延、抖动、丢包率方面的性能不及TDM传输，而这些性能恰与语音质量息息相关，过大的时延、抖动或丢包率将直接影响通话质量，甚至会造成掉话。因此，QoS（Quality of Service，业务质量）控制对于VoIP来说非常重要。
QoS包括了传输的单向时延、丢包率和抖动三个方面。
引起网络质量QoS下降的最大问题在于：
· IP承载网存在网络损伤（如设备、端口、传输、逻辑链路故障等）。
· IP承载网网络负荷不均。
系统需要从设备、业务、用户、减小抖动等几个方面进行QoS控制。
基于设备的QoS保障技术——CAC
CAC（Connection Admission Control，连接允许控制）技术通过检测注册总数、呼叫总数、用户的注册速率、呼叫速率来限制用户访问。当注册总数、呼叫总数、用户的注册速率、呼叫速率达到一定阈值时，则对于开始发起访问的用户，丢弃其报文，禁止其发起访问。而已经发起访问的用户，则不受影响。当注册总数、呼叫总数、用户的注册速率、呼叫速率恢复到正常情况下时，允许用户访问网络。
将CAC用于移动通信网络，可以控制网络负荷，降低网络损伤对业务的影响，保障网络QoS。其原理如图1所示。
图1IP CAC原理图

1. MSC Server经过带宽规划，将传输允许带宽映射到BICC CIC，开始静态控制传输数据量的大小。
2. MSC Server向MGW下发质量检测事件。当MGW检测到数据流量大于阈值时，新发起的数据传输将被拒绝，直到数据流量恢复正常，则允许发起新的数据传输。
3. MGW将质量检测事件上报MSC Server。
4. MSC Server根据MGW上报的检测结果，进行路由的优选和流控。
基于优先级设置的QoS保障技术
基于优先级设置的QoS保障技术，是不同的用户和不同的业务类型对数据进行分类，并设置不同的优先级。在数据传输过程中，首先保证高优先级的传输质量，以保证重要数据和高优先级用户的业务质量。
在基于业务的优先级设置QoS保障中，使用了MPLS（Multiprotocol Label Switching，多协议标记交换）技术。该技术集成了IP交换和ATM交换的思想，将转发处理方式完全相同的分组归为一类，可以根据数据的源地址、目的地址、源端口、目的端口、协议类型或VPN进行划分，并以固定的标签标识一个分组。标签转发路由器建立标签转发表。MPLS网络入口处的路由器接收到分组后，判断分组所属的转发处理方式，给分组添加标签，形成MPLS标签分组。标签转发路由器将分组携带的标签与标签转发表进行匹配，并在交换标签后转发分组。其原理如图2所示。
图2MPLS原理

基于减小抖动的QoS保障－Jitter Buffer
在IP网络中，由于IP数据包根据不同的网络状况选取不同的传输路径，以致数据包不能按照发送顺序到达接收端，或相邻数据包到达接收端的时间间隔不均匀，引起时延抖动，影响语音质量。Jitter Buffer是在接收端增加抖动缓存器，数据包通过分组转发到达JitterBuffer后，并不立即被发送至接收端。在一定的时间间隔之后，缓存在Jitter Buffer中的数据包将按照分组前的顺序一起被发送至接收端，以此来达到减少时延抖动和消除乱续的目的。其原理如图3所示。
图3Jitter Buffer原理

为 满 足 对 QoS 不 同 的 需 要， 有 以 下 几 种 QoS 协 议 和 算 法：
　　
　　资 源 预 留 协 议 (RSVP)： 提 供 网 络 资 源 预 留 的 信 令。 尽 管 RSVP 经 常 用 于 单 个 流， 但 也 用 于 聚 合 流 的 资 源 预 留
　　差 分 服 务 (DiffServ) ： 提 供 一 个 简 单 的 分 类 和 网 络 聚 合 流 的 优 先 级
[bitsCN_com]
　　多 协 议 标 记 交 换 (MPLS) ： 根 据 分 组 头 的 标 记， 通 过 网 络 路 径 控 制 来 提 供 聚 合 流 的 带 宽 管 理
　　子 网 带 宽 管 理 (SBM) ：负 责 OSI 第 二 层 (数 据 链 路 层) 的 分 类 和 优 先 级 排 列， 同 IEEE 802 网 络 进 行 共 享 和 交 换。
　　
　　RSVP － 资 源 预 留
　　RSVP 是 一 个 信 令 协 议， 它 提 供 建 立 连 接 的 资 源 预 留， 控 制 综 合 业 务， 往 往 在 IP 网 络 上 提 供 仿 真 电 路。 RSVP 是 所 有 QoS 技 术 中 最 复 杂 的 一 种， 与 尽 力 而 为 的 IP 服 务 标 准 差 别 最 大 ， 它 能 提 供 最 高 的 QoS 等 级， 使 得 服 务 得 到 保 障、 资 源 分 配 量 化， 服 务 质 量 的 细 微 变 化 能 反 馈 给 支 持 QoS 的 应 用 和 用 户。
　　
　　协 议 的 工 作 情 况 如 下：
　　
　　发 送 端 依 据 高、 低 带 宽 的 范 围、 传 输 迟 延， 以 及 抖 动 来 表 征 发 送 业 务。 RSVP 从 含 有 '业 务 类 别 (TSpec)' 信 息 的 发 送 端 发 送 一 个 路 径 信 息 给 目 的 地 址 (单 点 广 播 或 多 点 广 播 的 接 收 端)。 每 一 个 支 持 RSVP 的 路 由 器 沿 着 下 行 路 由 建 立 一 个 '路 径 状 态 表'， 其 中 包 括 路 径 信 息 里 先 前 的 源 地 址 (例 如， 朝 着 发 送 端 的 上 行 的 下 一 跳) 　　为 了 获 得 资 源 预 留， 接 收 端 发 送 一 个 上 行 的 RESV (预 留 请 求) 消 息。 除 了 TSpec， RESV 消 息 里 有 '请 求 类 别 (RSpec)'， 表 明 所 要 求 的 综 合 服 务 类 型， 还 有 一 个 '过 滤 器 类 别'， 表 征 正 在 为 分 组 预 留 资 源 (如 传 输 协 议 和 端 口 号)。 RSpec 和 过 滤 器 类 别 合 起 来 代 表 一 个 '流 的 描 述 符'， 路 由 器 就 是 靠 它 来 识 别 每 一 个 预 留 资 源 的
　　当 每 个 支 持 RSVP 的 路 由 器 沿 着 上 行 路 径 接 收 RESV 的 消 息 时， 它 采 用 输 入 控 制 过 程 证 实 请 求， 并 且 配 置 所 需 的 资 源。 如 果 这 个 请 求 得 不 到 满 足 (可 能 由 于 资 源 短 缺 或 未 通 过 认 证)， 路 由 器 向 接 收 端 返 回 一 个 错 误 消 息。 如 果 这 个 消 息 被 接 受， 路 由 器 就 发 送 上 行 RESV 到 下 一 个 路 由 器
　　当 最 后 一 个 路 由 器 接 收 RESV， 同 时 接 受 请 求 的 时 候， 它 再 发 送 一 个 证 实 消 息 给 接 收 端
　　当 发 送 端 或 接 收 端 结 束 了 一 个 RSVP 会 话 时， 有 一 个 明 显 的 断 开 连 接 的 过 程。
　　RSVP 支 持 的 综 合 业 务 有 以 下 两 种 基 本 类 型：
　　
　　有 保 证 业 务： 这 种 业 务 是， 尽 可 能 地 仿 真 成 一 条 专 用 虚 电 路。 除 了 要 根 据 TSpec 参 数 的 要 求 确 保 带 宽 的 有 效 性 外， 它 还 可 以 用 把 一 条 路 径 里 的 不 同 网 络 部 件 的 参 数 合 并 起 来 的 方 法 来 提 供 一 个 端 到 端 的 固 定 的 队 列 延 迟
　　受 控 负 载： 这 相 当 于 '无 负 载 条 件 下 尽 力 而 为 服 务'。 因 此， 它 比 '尽 力 而 为' 服 务 更 好， 但 是 不 能 提 供 '有 保 证 业 务' 所 承 诺 的， 具 有 严 格 固 定 队 列 延 迟 的 服 务。
　　对 于‘有 保 证 业 务’和 受 控 负 载， 处 理 不 同 的 (与 类 别 无 关) 数 据 业 务 就 象 处 理 没 有 QoS 的 尽 力 而 为 数 据 业 务 那 样。综 合 业 务 采 用 令 牌 筐 模 式 来 表 征 输 入／输 出 排 序 算 法。 设 计 令 牌 筐 是 为 了 平 滑 输 出 的 业 务 流， 但 不 象 泄 露 筐 模 式 (也 可 以 平 滑 输 出 的 业 务 流)， 令 牌 筐 模 式 允 许 数 据 突 发、 在 短 时 间 内 维 持 更 高 的 发 送 速 率。
　　
　　RSVP 协 议 机 制 要 点：
　　
　　每 个 路 由 器 的 预 留 资 源 是 '软' 的， 即 这 些 资 源 需 要 由 接 收 端 定 期 地 刷 新
　　RSVP 不 是 传 输 协 议， 而 是 网 络 (控 制) 协 议。 作 为 这 样 的 协 议， 它 不 传 送 数 据， 但 是 和 TCP 或 者 UDP 的 数 据 '流' 是 并 行 工 作 的
　　应 用 要 求 API 详 细 说 明 数 据 流 的 需 求， 初 始 化 预 留 资 源 请 求， 并 且 在 发 出 初 始 化 请 求 后， 接 收 预 留 成 功 或 失 败 的 通 知 并 贯 穿 于 整 个 会 话 过 程。 为 了 更 好 地 利 用 API， API 也 要 包 含 那 些 描 述 在 整 个 预 留 时 间 内 的 预 留 建 立 期 间 或 之 后， 当 条 件 发 生 变 化 时 出 现 问 题 的 RSVP 错 误 信 息
　　根 据 接 收 端 的 情 况 来 预 留 资 源， 是 为 了 有 效 的 接 纳 相 当 复 杂 的 (组 播) 接 收 端 组
　　在 上 行 方 向 的 业 务 复 制 点 处 组 播 预 留 资 源 混 合 在 一 起 (仍 然 有 不 易 理 解 的 复 杂 算 法 在 里 面)
　　尽 管 RSVP 业 务 可 以 通 过 不 支 持 RSVP 的 路 由 器， 但 是 这 会 在 QoS '链' 上 产 生 一 条 '