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宽带接入网如何实施QoS解决方案

时间:2012-08-04

 改变网络结构

典型的宽带网络分为接入层、汇聚层、核心层三层结构。接入层提供XDSL等多种接入方式,接入PC、IPSTB、ePhone、IAD等多种终端设备,通过各种终端开展宽带接入、Internet互联 、语音、视频等业务。汇聚层设备对接入层通过FE/GE、ATM155等接口接入的业务流通过GE/POS汇聚到城域网核心层,最终由城域核心设备汇聚到骨干网。这种宽带网络的分层结构使网络层次清晰。接入层为不同用户提供各种接入手段,汇聚层对接入层业务流汇聚,城域网核心层保证快速转发。

但是,在典型的树状拓扑宽带接入网中,对于上行方向来说,不同业务的上行通信量存在着汇聚现象,需要确保各种业务的上行通信量的服务质量。对于下行方向来说,BAS作为业务控制点,同样存在对不同业务下行通信量的汇聚现象,特别是当不同业务流量来自不同骨干网络的情况下。另外,宽带接入网可能使用不同速率的数据链路,导致速率不匹配,引起短暂的拥塞发生。因此,下行通信量也需要确保服务质量。因此,宽带接入网的上行和下行方向均需要实施QoS解决方案。

总体规划

实施宽带接入QoS,首先必须进行QoS的总体规划,其规划原则可如下:

第一,根据不同业务特性在接入网内实施针对业务类型的业务分流,目前可考虑的业务类型可以分为VoIP语音、视频、专线互联及互联网接入等。另外,还必须考虑到宽带网络本身还存在管理和控制信令等,这种消息流与VoIP数据流具有同等的QoS保证需求。

第二,在接入网的汇聚层实施业务VLAN策略,并根据业务及流量特性对业务VLAN进行合理的带宽规划。

第三,不同客户实施不同的QoS:对于重要的企业VPN专线、同城互联客户,至少在接入网汇聚层实施独享带宽和独立逻辑通道(业务VLAN)的二层QoS策略;对于个人和家庭用户,可针对用户的业务类型,提供不同的QoS策略。

第四,不同业务类型实施不同的QoS:个人和家庭用户的业务基本上以VoIP、视频和互联网接入为主,其业务优先等级依次由高到低,这三类业务之间实施绝对优先级调度策略;而互联网接入业务在下行方向可再根据内容细分成两类优先级:具有一定QoS保证的互联网业务和无QoS保证的普通互联网业务,这两种优先级实施加权平均的调度策略。

QoS的引入

QoS技术的部署主要包括资源控制、资源隔离和资源调度等各种技术及策略的运用。资源控制对使用的网络资源进行限制,主要通过对流量的许可控制实现,例如对不同类型的流量的限制、对流量的优先级控制等,资源的限制使得在网络中不同类型的流量具有合理的比例和分布。资源隔离主要保证不同的流量不会相互干扰,这种隔离可以通过设置流量优先级来实现,优先级主要确保低优先级的流量不会干扰高优先级的流量。资源调度对资源进行分配和调度。

考虑到QoS现实技术成熟程度的限制,QoS的引入实施及完善必将是长期的过程,建议分两个阶段来实施。

第一阶段:在宽带多业务发展初期,建议在宽带接入网内引入802.1D二层优先级+拥塞调度机制的静态QoS机制。

(1)根据业务需要,定义服务等级;

(2)在网络边缘,实施业务区分与标记策略。下行方向,由业务边缘网关根据IP地址/五元组对业务流进行识别,上行方向,由接入终端根据物理端口进行业务区分和标记。

(3)汇聚层及宽带接入平台根据802.1D优先级标记执行预设置的QoS处理策略,如队列调度,拥塞处理等。另外,宽带接入平台负责对上行802.1D二层优先级标记的信任度检查和重标记。

(4)汇聚层通过VLAN技术进行必要的带宽资源隔离,至少应实现组播业务带宽资源与其他业务带宽资源的隔离。

第二阶段:802.1D二层优先级+拥塞调度机制的QoS机制存在许多不足,因此,随着宽带业务的发展,必须在网络层的基础上引入承载控制层,实现基于呼叫接纳控制技术的动态QoS机制。

动态QoS技术主要通过资源预留及呼叫接纳控制(CAC)机制实现对基于呼叫的VoIP和VoD业务的QoS保证。另外,通过动态QoS技术还可以比较灵活的实现基于用户/内容的按需QoS保证业务等。其基本思路如下:

在网络层之上构建网络层的“大脑”,即承载控制层,实现对网络中关键节点(如BRAS设备)的资源控制和调度。承载控制层包括两个基本部件:资源管理服务器和用户位置信息系统。另外,为了便于动态QoS的部署,还需要在业务管理层面引入QoS业务管理平台或业务服务器中间件,QoS业务管理平台主要是针对非呼叫类业务,业务服务器中间件主要是针对基于呼叫的业务。用户在使用具有QoS保证的业务前或在建立基于呼叫的业务过程中,增加资源请求和分配的过程,从而实现对用户的动态QoS保证。

QoS业务管理平台提供QoS业务管理、用户管理、资源管理以及QoS计费信息等;资源管理服务器用于QoS策略分发、带宽资源利用等情况的统计;用户位置信息系统用于提供用户所在的接入节点的线路信息。

用户通过PC在使用具有QoS保证的业务之前,可以通过Portal页面方式进行QoS请求,相关的QoS参数可以包括用户服务等级、用户所需带宽、时长及对端IP地址等。以下以用户的按需带宽业务为例,说明其具体业务流程(如图所示):

(1)用户通过QoS业务管理平台的Portal页面申请所需要的带宽大小及相应的服务等级;

(2)QoS业务管理平台通过SOAP接口向资源管理服务器申请资源;

(3)资源管理服务器通过SOAP接口查询用户的物理位置;

(4)资源管理服务器根据用户的物理位置查询资源,并决定是否接纳或拒绝来自QoS业务管理平台的请求;

(5)如果接纳,资源管理服务器进行资源预留,并通过COPS接口将用户的服务等级下发给BRAS设备,BRAS设备建立用户IP地址与服务等级之间的映射关系;同时,资源管理服务器响应QoS业务管理平台的资源请求;

(6)QoS业务管理平台接收来自资源管理服务器的响应,将计费信息通过相关接口下发给计费系统;

(7)用户开始使用具有QoS保证的互联网业务。

另外,BRAS设备需要具有带宽资源预留功能。为了在宽带接入网范围内提供更好的QoS保证,BRAS设备应能够将用户的服务等级信息转化成802.1D二层优先级标记下发给下层网络,下层网络直接根据802.1D优先级标记进行队列调度和QoS处理。

如果是基于呼叫的VoIP、VoD等业务,则可以直接定义这种业务的服务等级,用户发起业务请求时,只需要通过业务服务器中间件向资源管理服务器提出业务资源占用请求即可。

改变QoS方式

针对宽带接入QoS的部署需求,应从以下五个方面入手实施宽带接入网络的技术改造,以解决接入网适应多业务承载所面临的QoS技术问题:

第一,优化宽带接入网络架构。使BRAS下移,减少汇聚网络的层次,将规模较大的二层汇聚网络改成多个相互隔离的规模较小的二层网络,尽量减少DSLAM级联级数,扩展DSLAM设备的上联口带宽能力。

第二,DSLAMIP化改造。为支持视频业务,现有的ATM上行的DSLAM设备必须改造成IP上行,或在原有的ATM-DSLAM节点旁新建IP-DSLAM节点,直接将多业务用户割接到新的IP-DSLAM节点。

第三,多业务VLAN隔离。在汇聚网络通过实施不同业务采用不同的VLAN策略,进行业务分流,并保证VLAN之间的隔离,根据VLAN进行相应的QoS处理策略。

第四,网络设备QoS功能的统一和升级。对接入网范围内网络设备的QoS功能进行统一规划,特别是涉及到的BRAS、接入终端和接入平台三个关键部件,并进行相应的技术升级或改造以保证接入网范围内网络设备对端到端的QoS功能的支持。

第五,智能多业务端口接入终端。采用智能的多业务端口接入终端替换现有的单端口终端,并采用多PVC上行、实施业务与端口、端口与PVC绑定的策略。