（通信与信息系统专业论文）umts和ngn网络间的qos映射研究.pdf

分类号t p 3 9 3 0 3密级 重庆邮电大学硕士学位论文 论文题目u m t s 和n g n 网络间的q o s 映射研究 英文题目 q o sm a p p i n g r e s e a r c hb e t w e e n u m t sa n dn g nn e t w o r k s 硕士研究生刘珍 指导教师 学科专业 陈前斌博士膀嫩 通信与信息系统 论文提交日期2 q q 2 ：q 5 ：l 主论文答辩日期 2 0 0 7 0 6 0 3 答辩委员会主席隆克平教授电子科技大学 2 0 0 7 年5 月1 5 日 重庆邮电大学硕士论文摘要 摘要 随着无线技术的发展以及多媒体业务的增加，单一的网络已经不能满足人们 对业务的需求，越来越多的用户需要使用穿越异构网络的业务，网络融合成为一 种趋势。这种趋势在u m t s 网络和n g n 网络中都呈现了出来。未来通信需要将 u m t s 网络和n g n 网络融合起来，融合后的网络能否很好的为业务提供q o s 保 证，关键之一取决于两种网络间的q o s 能否进行正确的映射。 前人提出用于完成q o s 映射的算法，但这些算法不能很好的解决u n i t s 网 络和n g n 网络问的q o s 映射问题。 针对这些问题，论文改进了智能映射算法并提出基于r s v p 参数的映射算 法。接着论文提出了u m t s 网络和n g n 网络间的q o s 映射架构，架构中使用了 两种新算法。 论文提出的架构由u m t s 网络、下一代网络和p 核心网络组成。用户最初 处于u m t s 网络中，当会话要建立时，首先通过基于权值的智能映射算法，将 用户可以感知的服务质量垂直映射为底层的u m t sq o s 参数；然后将这些参数 水平映射为d 核心网中的r s v p 参数；最后同对端建立起有端到端q o s 保证的 业务。某一时刻，用户漫游到n g n 网络中，为了保持原来的业务质量，口核心 网中的r s v p 参数不变，并以此为标准，配置n g n 网络中的a t m 参数。从而 建立起了u n i t sq o s 和n g nq o s 的映射关系。 文章末尾利用o p n e t 工具对该方案进行了仿真，通过对延迟和误比特率的 分析得出结论：文中提出的方案可行。 最后，总结本文主要工作，并对进一步研究内容和测试系统的扩展进行了展 望。 关键词：u m t s ，下一代网络，q o s ，映射 重庆邮电大学硕士论文 a b s 仃a c t a b s t r a c t w i t hd e v e l o p m e n to fw i r e l e s sa n dm u l t i m e d i at e c h n o l o g i e s ，o n es i n g l en e t w o r k c a nn o ts a t i s f yo u rr e q u i r e m e n t sa p p l i c a t i o n sa c r o s sd i f f e r e n tn e t w o r k sh a v eb e e n u s e db ym o r ea n dm o r es u b s c r i b e r s ，s oi ti so b v i o u st h a td i f f e r e n tn e t w o r k sw i l lw o r k t o g e t h e ri nt h ef u t u r e w h e t h e rc a l lt h ei n t e g r a t e dn e t w o r k sp r o v i d ee x c e l l e n tq o s d e p e n d so nq o sm a p p i n gi nt h ea r t i c l e ，q o so fu m t si n t e g r a t i n gw i t hn g ni s d i s c u s s e d t h e r eh a v eb e e ns e v e r a lq o sm a p p i n ga l g o r i t h m sb u tt h e s ec a n td e a lw e l lw i t h q o sm a p p i n gp r o b l e m so f t h ei n t e g r a t i o nb e t w e e nu m t sa n dn g nn e t w o r k s t os o l v et h eu p p e rp r o b l e m ，t w on e wq o sm a p p i n ga l g o r i t h m s ，w h i c hm e n dt h e o l do n e s ，a r ep r o p o s e di nt h ea r t i c l e t h e n a ni n n o v a t o r yf r a m e w o r kf o rq o sm a p p i n g b e t w e e nu m t sa n dn g nn e t w o r k si si n t r o d u c e d t w on e w a l g o r i t h m sa r eu s e di nt h e f r a m e w o r k t h ep r o p o s e df r a m e w o r ki sc o m p o s e do fu m t s 、n g na n di pc o r en e t w o r k i n t h eb e g i n n i n gs u b s c r i b e r sa r ei nu m t sn e t w o r kt h ea p p l i c a t i o n p a r a m e t e r sa r e m a p p e di n t on e t w o r kp a r a m e t e r sb yu s i n gn e wa l g o r i t h mn e t w o r kp a r a m e t e r so f u m t sn e t w o r ka r et h e nm a p p e di n t oi pc o r en e t w o r kp a r a m e t e r s ，w h i c hf i r ea l s o r s v pp a r a m e t e r s l a t e rt h es u b s c r i b e rm o v e si n t on g n i no r d e rt ok e e pt h es a m e q o sl e v e l ，p a r a m e t e r so fr s v pa r ek e p ts t i l l ，a n dt h e na r em a p p e di n t oa t m p a r a m e t e r so f n g nb yt h es e c o n da l g o r i t h m t oe v a l u a t et h i sp r o p o s e df r a m e w o r k ，o p n e ti su s e dt os i m u l a t em a p p i n g p r o c e s si nu m t st h ep r o p o s e df r a m e w o r ka n da l g o r i t h m sa r ei m p l e m e n t e di n o p n e t , a n da r ee v a l u a t e db ys i m u l a t i o n s s i m u l a t i o nr e s u l 拓s h o wt h a tt h ep r o p o s e d f r a m e w o r ka n da l g o r i t h m sa r ep o s s i b l e k e yw o r d s ：u m t s ，n e x tg e n e r a t i o nn e r w o r k ，q u a l i t yo f s e r v i c e ，m a p p i n g 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为 获得重麽邮电太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了 明确的说明并表示谢意。 ，l 尺 学位论文作者签名：歹i 岁乡签字日期：z s o = 7 _ 年6 月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解重鏖整电塞堂有关保留、使用学 位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件 和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权重麽邮电太堂可以 将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影 印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：童1荔 导师签名： 签字日期：跏1 年c 月1 日 重庆邮电大学硕士论文 1 1 论文研究背景 第一章绪论 互联网的网上服务和应用越来越多，并不断向传统电信服务渗透，人们对 q o s ( 服务质量) 的要求日渐增强。随着电信技术的不断发展，目前已有多种通 信网络存在，各个网络出于自身的商业利益，采用的q o s 机制不一样，同时运 营商之间制定的各种相关协议也不能有效的融合在一起。虽然现在各个网络自身 已有一定的q o s 机制保障，但是当用户穿过不同网络时，业务的q o s 却得不到 很好盼保证。针对该问题越来越多的组织开始研究异构网络的q o s ，希望能够 找出不同q o s 机制问的联系，从而为跨网络的业务提供有效的q o s 保证。使用 户在穿越不同的通信网络时，丝毫感觉不到网络变换引起的服务质量变换【l 】。 网络融合是通信发展的必然趋势，这一趋势在n g n ( 下一代网络) 和u m t s 网络中都可以体现出来。n g n 网络可以容纳不同的接入技术接入到核心网中【2 l ， u m t s 同时可以支持不同类型的业务。今后u m t s 网络和n g n 网络必将合起来 为用户提供统一的业务服务。 1 1 1q o s 简介 一般而言，q o s ( 服务质量) 是指网络在传输数据流时要求满足的一系列服 务请求，具体可以量化为带宽、延迟、延迟抖动、丢失率、吞吐量等性能指标。 此处的服务具体是指数据包( 流) 经过若干网络节点所接受的传输服务，强调端 到端或网络边界到边界的完整性。q o s 反映了网络元素( 例如，应用程序、主机 或路由器) 在保证信息传输和满足服务要求方面的能力刚。 另一种描述为：q o s 是指发送和接收信息的用户之间以及用户与传输信息的 综合服务网络之间关于信息传输的质量约定该约定可以被理解为服务提供者与 用户之间的一份服务契约，即当且仅当用户按照约定的信息流特征产生数据时， 服务提供者承担支持给定的服务质量。换句话说，服务质量包括用户的要求和网 络服务提供者的行为两个方面，是用户与服务提供者两方面主客观标准的统一 【4 】 传统的分组交换网，如i n t e r a c t ，是面向非实时的数据通信( 如f t p 和e m a i l 重庆邮电大学硕士论文绪论 的传输) 设计的，采用的t c p p 协议主要是为了优化整个网络的数据吞吐量并 保证数据通讯的可靠性。这种网络仅提供尽力而为( b e s t e f f o r ts e r v i c e ) 的传送服 务，业务量尽快传送，没有明确的时间和可靠性的保障。而当今分布式多媒体应 用( 如i p 电话、视频会议、视频点播、远程教育等) 不仅包括文字数据信息， 还包括语音、图形、图像、视频、动画这些类型的多媒体信息。多媒体应用不但 对网络有很高的带宽要求，而且要求信息传输的低时延和低抖动等，同时，这些 应用大都能够容忍一定程度的信息丢失和错误。 显然。现有的尽力而为型服务已无法满足各种应用对网络传输质量的要求， 随着i n t e r n e t 商业化的巨大成功，网上传输的多媒体信息迅速增多，网络拥塞现 象日益严重，i n t e m e t 的q o s 闯题研究也随之深入。截至目前，q o s 控制技术的 研究和开发都进展的非常迅速，并且已经取得了许多成果。 1 1 2q o s 的发展 目前国际上从事口网络q o s 标准研究的主要组织有1 3 1 ：i e t f ( 因特网工程任 务组) 、i t u t ( 国际电信同盟) 、e t s i ( 欧洲标准化组织) 等。这些组织都制定了一 些解决方案，对业务分类也做了一定建议。 i e t f 在口网络的q o s 方面建议了一些服务模型和机制，包括综合服务 r s v p 模型( i n t s w v ) 、区分服务f d i f r s e r v ) 模型、多协议标记交换( m p l s 。 i t u t 关于m 业务性能指标的建议y1 5 4 1 ，主要根据传输时延( p t d ) 、时 延变化( i p d v ) 、丢包率( i p l r ) 、错误率( 刀瞅) 四个方面综合划分q o s 类别。0 类 至5 类优先级相应递减。第5 类是b e 业务，对性能无保证。其中0 类和2 类对 时延要求很严格，并且0 类对抖动还有限制；l 类和3 类的时延要求比较严格， 其中1 类对抖动有限制；4 类对时延要求比较宽松，且没有定义抖动限制；除了 第5 类外都对丢包率和错误率有要求。 i t u th 3 2 3 定义的业务类别分为两大类：保证服务类( o s c ) 和负载受控服务 类( c s c ) 。前者对时延和抖动敏感，后者则无要求。其中g s c 又分为g s c l 、2 、 3 、4 。g s c l 和2 适用于c b r 类型的流量，区别在于1 对错误率有要求，而2 没有；g s c 3 和g s c a 适用于v b r 类型的流量，区别在于3 对于错误率有要求， 而4 没有。c s c 也分为c s c l 、2 、3 、4 。c s c l 和c s c 2 适用于n r tv b r 类型的 流量，区别在于l 对错误率有要求，而2 没有；c s c 3 和c s c 4 适用于a b r 类型 的流量，区别在于3 对错误率有要求，而4 没有。 e t s i3 g p p 主要针对移动网络，将q o s 类别分为会话类、流类、交互类、背 2 重庆邮电大学硕士论文 景类四大类，分类的主要依据是业务对时延的敏感度。会话类对时延非常敏感， 依次递减，背景对时延最不敏感。会话类和流类主要用于实时流量业务，区别只 在于对时延的容许程度不同。交互类和背景类主要用于传统的口业务，两者都 定义了一定的误码率要求，区别在于前者更多用于交互式场合，而后者主要用于 后台业务。 t i p h o n 基于v o m ，将q o s 业务分为3 大类，宽带业务、窄带业务、b e ， 分类的依据是端到端时延。三类业务的时延限值依次递增，对应于用户感知的语 音质量的满意度则是依次递减。其中窄带业务又根据时延大小细分为三类：高、 中、可接受，对应于窄带业务中有等级区别的应用。 1 2 论文研究所面临的挑战 q o s 一直是通信行业的重点，而异构网络间的q o s 又是q o s 问题中的难点、 热点，所以异构网络间的o o s 问题成为通信行业中迫切需要解决的问题之一。 然而不同的组织制定了不同的o o s 标准，它们各有特点、互不相同。运营商对 网络的人为分割又扩大了网络的异构性。不同网络间的q o s 映射是为了缩小这 种异构性，保证网络的高资源利用率、低阻塞率、低延迟、低误码率。映射是个 非常繁琐的过程，必须考虑用户的初始需求、网络中可能存在的性能差异( 频率， 带宽等) 以及异构网络服务质量和网络开销之间的平衡。只有对异构网络同的 q o s 进行准确的映射，才能够保证用户在不同网络问正常通信，并且拥有理想的 服务质量保证。异构网络中好的q o s 业务暗示了不同网络问以及无线网络和口 有线骨干网间的可靠的q o s 映射。 1 3 论文主要工作以及章节安排 本文针对u m t s 和n g n 网络间的q o s 映射做了以下工作，下面将分章节介 绍： 第一章为绪论，介绍了本课题的研究背景和论文的研究意义。 第二章对i e t f 提供的q o s 机制进行了简单描述，然后重点介绍了u m t s 网络和n o n 网络中的q o s 概念，分类，参数。 第三章提出了两种改进的q o s 映射算法，并与传统的映射算法做了简单的 比较。 第四章搭建了u m t s 网络和n g n 网络间o o s 映射架构，并详细陈述了q o s 3 重庆邮电大学硕士论文 绪论 映射原理，这是该论文的重点和难点。 第五章使用o p n e t 仿真工具，对架构中u m t s 网络内的q o s 映射做了仿 真分析，验证方案的可行性。 第六章为结束语。本章总结了本文所做工作，并探讨了进一步的研究方向。 4 第二章q o s 技术概述 2 1 t f 的q o s 机制 上文中已经提到不同的组织制定了不同的q o s 标准。目前最常用的是i e t f 制定的模型和机制【6 l ，包括综合服务( h 垃s e ) 模型、区分服务p i 懿e r v ) 模型和多 协议标记交换( m p l s ) 模型。 2 1 1 综合服务( i n t s e r v ) 模型 综合服务模型是由i e t f 的i n t s e r v 工作组于1 9 9 4 年在r f c1 6 3 3 中提出， i n t s e r v 定义了三种服务类型： 保证服务类：对带宽、时延、分组丢失率提供定量的质量保证。 受控服务类：向用户提供一种类似在网络负载较重情况下的服务。 b e ：类似于当前因特网上提供的服务，是一种尽力而为的工作方式，基 本上无任何质量保证。 i n t s e r v 定义了4 个功能部件，网络的每个路由器皆需实现这4 个功能： r s v p ：即资源预留协议，是因特网上的信令协议。通过r s v p ，用户可 以给每个业务流申请资源预留，要预留的资源可能包括缓冲区及带宽的 大小。这种预留需要在路径上的每一跳都要进行，这样才能提供端到端 的q o s 保证，r s v p 是单向预留，适用于点到点及点到多点的通信环境。 接入控制f 基于用户和网络达成的服务协议，对用户的访问进行一定的 监视和控制，有利于保证双方的共同利益。 分类器：据预置的一些规则，对进入路由器的每一个分组进行分类。这 可能需查看口分组里某些字段：口源地址、p 目的地址、上层协议类 型、源端口号、目的端口号，分组经过分类后被放到不同的队列中等待 接受服务。这方面的技术还不很成熟。 队列调度器：主要是基于一定的调度算法对分类后的分组队列进行调度 服务。这方面技术比较成熟，常见的调度算法有w r q ，w - f 2 q ，s c f q 等。 综合服务模型的主要思想是模拟面向连接的电路交换，提供端到端的q o s 重庆邮电大学硕士论文第二章q o s 技术概述 保证。为此，其通常采用面向流的r s v p ，在流传输的每个路径上的每个节点为 流预留并维护资源。其中r s v p 是信令协议，该协议r s v p ，用户可以给每个业 务流( 或连接) 申请预留资源( 缓冲区及带宽等) ，这种预留需要在路径上的每一跳 进行，这样才能提供端到端的q o s 保证。允许控制通常根据新分组流所要求的 q o s 以及当前网络可用资源情况，来确定新分组流是否可接受，以确保新加入的 分组流不对已有的其他分组流造成影响。分类器根据预置的一些规则，对进入路 由器的每个分组进行分类。这通常需要查看口分组里的某些字段，分组经过分 类后被送入相应的队列中等待接受服务。分组调度主要是基于一定的调度算法对 分类后的分组队列进行调度。 综合服务模型的优点是能够提供绝对有保证的q o s 。r s v p 运行在从源端至 目的端的每个路由器上，可以监视每个流，以防止消耗超过预留的资源。使用“软 状态”的概念，能够对网络拓扑的变化做出反映。 综合服务模型的缺点是：伸缩性不好，对路由器的要求商。随着流数目的增 加，状态信息的数量成比例上升，占用了大量的路由器存储空间和处理开销。由 于需要进行端到端的资源预留，必须要求从发送者到接收者之间的所有路由器都 支持所实施的信令协议。 2 1 2 区分服务0 ) i f f s e r v ) 模型 区分服务模型较之综合服务模型，大大简化了信令的工作，把重点放在聚合 数据流和p r m ( 每跳行为) 上。d i f f s e r v 使用i p v 4 报头中的t o s 字段，重命名为 d s 字段。该字段按预定规则加以定义，使下行节点通过识别d s 字段，获取足 够的信息来处理到达的数据包，并将他们正确转发给下一节点，把复杂的q o s 保证通过d s 字段转化为p i - i b ，其d s 包括： d s c p ：6 b i t ，区分服务代码点，用于选择p h b 。 c u ：8 b i t ，当前尚未使用。 区分服务模型的主要思想是利用p 协议的首部t o s 字段，引入有限的几类 服务：p r e m i u ms e r v i c e , a s s u r e ds e r v i c e 和o l y m p i cs e r v i c e 来实现各种业务( 包 括多媒体业务) 。d i f f s e l n 将网络戈! ；1 分成边缘网络和核心网络，将所有与用户管 理有关的工作留在网络边缘。边缘路由器负责对用户输入到网络的流进行识别、 分类和整形，并将一个流应该接受的服务类型，明确地标记在该流的每个分组的 头上；核心路由器根据分组所标记的类型信息对它进行转发处理，而不用顾及这 些标记是否正确，送出这些标记的流是否合法，以及这样处理是否会产生质量闯 6 重庆邮电大学硕士论文第二章q o s 技术概述 题。 当数据包进入边界节点时，首先进行分组到流的区分，并把分类结果传给计 量器分析，计量器对流的特性进行测量( 如速率，突发长度等) ，将流统计信息传 给标记器和整形丢包器，调整这两个模块的数据：分类后的数据包进入标记器， 打上相应的d s c p 值( 也可能是p 优先级) ，同时送入整形丢包模块中，整形可以 平缓突发通信，对超过平均速率的分组进行排队或置入缓存，当业务流超出一定 程度时则丢弃；当流量进入内部节点后，判断对分组采取何种p h b ，同一行为聚 合体的分组按相同的方法处理，通过队列调度( 如f i f o ，w f q 等) ，完成对不同 p h b 的区分。 使用区分服务模型的网络定义了四类p h b - e f 饵x p c d i t e d f o r w a r d i n g ) p h b ， 该方式不用考虑其他流量是否分享其链路，适用于低时延、低丢失、低抖动、确 保带宽的优先业务( 如虚租用线路) ；a f ( a s s u r e df o r w a r d i n g ) p h b 分为四类，每个 a f 类又分为三个丢弃优先级，可以对相应业务进行等级细分，q o s 性能参数低 于e f 类型；b e p h b 没有任何保证，a f 类超限后可以降级为b e 类，现有口网 络流量默认为此类。 区分服务只包含有限数量的业务级别，模型完全不同于综合服务模型，状态 信息的数量少，因此实现简单，扩展性较好。它的不足之处是很难提供基于流的 端到端的质量保证。目前，区分服务是业界认同的疋骨干网的q o s 解决方案，但 是由于标准还不够详尽，不同运营商的d i f f s 0 1 w 网络之间的互通还存在困难。 2 3 。多协议标记交换( m p l s ) 目前m p l s 主要用在骨干网上，提供一种大粒度的q o s 保障。m p l s 的主 要思想是将大部分业务从第三层的转发切换至第二层交换，通过定义一种基本的 标记交换技术，从而用不同的标记分配协议在不同的环境下实现流量的交换。在 m p l s 中，网络节点将虚通道与q o s 的优先级别和排队策略结合起来，使q o s 流通过高优先级的队列输出。为了支持q o s ，m p l s 提供了服务分类( c o s ) 以在 一个标记里提供不同的业务类型。对于颗粒度更小的q o s 要求，可以忽略c o s 而另用一个标记来表示不同的q o s 要求，在这种情况下标记同时代表转发和业 务类型。m p l s 可以用流检测和r s v p 分配标记来实现q o s ，更为一般的q o s 可以通过为每个用户分配标记和流量工程来实现m p l s ，与传统的根据p 数 据包头决定前向路径的方式十分不同，它的宗旨是使用定长的标记来决定分组处 理。m p l s 技术中，在数据报文的链路层头与网络层头之间添加一个m p l s 头。 7 其中包括一个2 0 b i t 的标记、一个3 b i t 的c o s 字段、一个i b i t 的标记栈指示符及 一个8 b i t 的生存时间字段。当分组进入m p l s 网络时，入口标记交换路由器首先 要为其分配一个m p l s 标记。标为相同标记的分组属于同一个转发等价类( r e c ) ， 然后分组将被转发给下一跳的标记交换路由器。下一跳标记交换路由器将依据分 组的m p l s 标记，查找标记转发表，将分组转发至相应的输出端，同时打上新的 标记c o s 字段，用于在输出端口选择正确的业务队列。当分组到达m p l s 网络 的出口时，它所携带的标记将被去除，恢复正常的m 路由。 随着通信链路速度的快速增加，路由器转发分组的速度成为影响网络性能的 一个重要因素。m p l s 将分组映射到f e c ，为每一个f e c 指派一个标记并把此 标记加到i p 数据包头，交换机根据标记采用硬件完成快速交换，实现选路与转 发的分离。 2 2 u m t s 网络中的q o s 目前，全球移动通信正以前所未有的速度高速发展，3 g 的标准也在不断完 善。通用移动通信系统u m t s ( u n i v e r s a lm o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o ns y s t e m ) 是3 g 无线网络的重要组成部分之一，u m t s 中对3 gq o s 的框架和分类进行了详细的 描述。 在u m t s 网络，q o s 是针对某一特定服务类型而定义豹有关网络性能属性 的集合，由一组可测量的参数进行表征，包括服务的可获性、延迟、抖动、吞吐 率、丢包率、误码率以及信噪比等。其服务的可获性可进一步细分为网络性能指 标，如阻塞率、系统中断率、无线覆盖率等。 q o s 的基本要求： a ) 必须能满足端到端的q o s 需求。 ”提高无线资源、核心网以及传输网的利用率 西利用现有的技术。 d ) 支持不对称及对称无线承载电路。 e ) 对于同一个p d p 地址应具有支持不同q o s 属性数据流能力。 f ) 在一个数据会话过程中支持q o s 的修改。 g ) 在移动过程中能保持q o s 的连贯性。 q o s 对技术的要求： a ) 在用户设备e ) 和3 g 网关节点间，u m t s 的q o s 控制机制应该能够保 证在端到端基础上对q o s 属性的控制。 8 b ) u m t s 的q o s 控制机制应该能够提供应用层需求和u m t s 承载业务间 的映射。 c ) u m t s 的q o s 控制机制应该能够和现有的q o s 方案有效的结合。u m t s 中的q o s 概念应该能够提供不同级别的q o s 。 d ) q o s 应该能够有效的利用资源。 e ) 应用层的应用业务应该能够表示出它们所用的数据传输的q o s 属性值； f ) q o s 属性应该支持非对称的承载业务 2 2 1u m t sq o s 结构 网络服务是端到端的，即从一个终端设备( t e ) n 另外一个终端设备( t e ) 。一 个端到端的服务可能向网络服务用户提供一定的服务质量( q o s ) 。也只有最终用 户才能决定他对所提供的q o s 是否满意。实现一种网络的q o s ，就需要从服务 的源端到目的端建立一个明确定义了特性和功能的承载业务。 一个承载业务包括己协定的q o s 的所有方面、控制信令、用户平面传输和 o o s 管理功能 7 1 。图2 1 描述了u m t s 承载业务分层体系结构，特定层上的每一 项业务都能提供其独特的服务，这些服务又通过底层来实现。 图2 1u m t s q o s 结构 上层的承载业务使用其下层提供的业务。应用层的端到端业务，使用其下层 网络的承载业务。端到端业务由其下层的三个承载业务构成： r e m t 局部承载 业务、u m t s 承载业务和外部承载业务。其中t e m t 局部承载业务一般来说 9 就是在移动台内部或是一个很小的范围内( 比如，通过串口连接的电脑和移动台) 实现，用户需要的各级q o s 也是最容易保证的；外部承载业务是由其它网络实 现的，不属于u m t s 系统范畴。因而，对于应用层的各种业务而言，u m t s 承 载业务是最重要的部分。 r a b 的下层由连接o e 和u t r a n 的无线承载服务和u t r a n 与c n 阆的i u 承载服务构成。图2 1 看出，u m t s 承载是指g a b 和u m t s 分组域的c n 承载 服务。 2 2 2u m t sq o s 分类 u m t s 的业务是基于承载的业务，根据业务对时延的敏感度将其分为会话业 务、流业务、交互业务和后台业务。它们对应的q o s 类如表2 1 所示； 业务q o s 类别 对话类流类交互类 背景类 传输延迟需求严格限制( 实时)限制( 实时)宽松( 非实时)无限制( 无实时： 传输延迟抖动严格限制 限制无限制无限制 低比特差错率否否是是 保证比特率 是是否否 应用实例话音、视频会议流视频网页浏览、游戏 背景、e m a i l 这些o o s 类别的重要区别在于其对时延的敏感度，会话型业务对时延最敏 感的，背景型业务对时延最不敏感的。会话类型和流类型主要用于承载实时的业 务流。两者的主要区别在于对时延的敏感程度。会话型是实时业务，如可视电话， 对时延有着最高的敏感度。交互类型和背景类型主要用于传统的i n t e r n e t 业务。 由于这类业务对时延要求宽松，两者均可通过信道编码和重传机制提供较好的差 错控制。交互型和背景型的区别在于：交互型主要用于人机交互类型的应用，如 交互型的游戏，而背景型主要用于后台业务，如e m a i l 后台下载。相比较而言， 交互型业务具有更高的优先级，因此背景型的应用仅在交互型应用不使用传输资 源的时候才进行数据传输。这对于无线环境来说极为重要，因为无线的带宽相对 于固定网络是相当宝贵的。 1 ) 会话类型 较常见的应用是语音电话，即g s m 电话，但随着i n t e m e t 和多媒体的发展， 越多的应用会使用对话型业务，如v o i p 和视频会议。实时会话表达正在进行着 人类的感知，因此这类应用唯一的实现方式是会话型。 实时会话方案要求传送时间非常小，是由于会话活动本身的特性觉得的。与 此同时，流信息实体之间的时间相关性应当保持不变。最大的传送时延是由人类 l o 对视听对话的感知特性所决定的。因此，对可接受的传送时延的限制是非常严格 的，如果不能提供足够小的时延，将导致q o s 下降到不能接受的程度。其传送 时延与交互型业务的往返时间( r t t ) 相比要小得多且更严格。 实时会话型的q o s 基本特性：保持数据顺序关系和严格的低时延。 2 ) 漉类型 用户在收看( 收听) 实时的视频( 音频) 信息时，应当使用流类型的方式。实时 的数据流总是发向一个活动目标，因此是一种单向的传输。这是一种新兴的数据 通信业务，对电信及数据通信系统提出了新的需求。虽然其没有要求很小的传送 时延，但却规定数据流内信息实体必须保持一致的相关性，如数据分组应保持时 间相关性不变，及视频与音频信号的同步。 端到端的时延变化也需要加以约束，保持流信息实体的时间相关性。由于数 据流通常在接收端进行数据的时间对齐，传输媒体最大可接受的时延是由应用程 序时间对齐能力决定的，因此可接受的时延变化可远大于人类感知特性对这项指 标的限制。 实时流类型的q o s 基本特性：保持数据顺序关系。 3 ) 交互类型 用户在线并向一个远端设备发交互的数据请求，属于这类方式。如w 曲测 览，数据库检索。交互型业务是一个传统的数据通信方式，是一种请求响应的模 式。在消息目的地，一个实体会在一定的时间内等待这个消息和响应。因此往返 时延时间( r t t ) 是其主要属性。此外，在低误码率情况下，数据包的内容应被透 明传送。 一 交互类型的q o s 基本特性：请求应答模式、保证业务内容。 4 ) 背景类型 终端用户在后台进行数据文件发送和接收时，适合这一类型。如e m a i l 、s m s 、 数据库的下载。背景业务也是一种典型的数据通信方式，其总的特点是不在一段 确定的时间内期待数据的到达。此外，在低误码率的情况下，数据报内容应当被 透明传送。 背景类型的q o s 基本特性：没有时延要求，保证业务内容。 2 2 3u m t s q o s 属性 q o s 应支持单向和双向承载业务。为支持非对称与双向承载业务的最大比特 率、保证比特率和传输时延等属性可在上下行链路进行相互独立的设置。 重庆邮电大学硕士论文第二章q o s 技术概述 u m t s 承载业务属性描述u m t s 网络可向用户提供的业务。一个q o s 属性 集合f 即q o sp r o f i l e ) 规定了这种业务，在建立和修改u m t s 承载业务时应考虑 q o s 因素。u m t s 承载业务q o s 属性主要来源于以下几个方面： u e 的性能本身就构成了一个q o sp r o f i l e ，并且限制了u m t s 承载业务为之 提供的业务。 。 终端设备可在建立( 修改) u m t s 承载业务时生成一个q o sp r o f i l e ，也可以使 用用户终端的应用程序指定的q o sp r o f i l e 。若应用程序没有指定一个q o s ，则 u e 可使用缺省q o sp r o f i l e 。 u m t s 签约信息中的q o sp r o f i l e 提供了更高层的限制，用于约束业务用户 请求指定的值。若用户没有请求一个指定的参数，则这个q o sp r o f i l e 可作为缺 省的o o s 业务描述。 u m t s 承载业务的运营者可配置网络提供的缺省q o sp r o f i l e ；网络规定的 q o sp r o f i l e 描述了当前资源的使用情况，网络的其他性能可约束所提供的u m t s 承载业务，且可主动对己建立的承载业务进行修改。 2 2 4u m t sq o s 参数 q o s 是由包括速率、延时、优先权等等在内的一系列具体参数来描述的。在 不同的网络中，被选择用来描述q o s 的具体参数也可能有所不同。用于描述 u m t s 承载业务的q o s 参数包括： 最大比特率( k b i t s ) ：定义该参数是为了便于无线接口下行链路码的预留。 保证比特率( k b i t s ) ：定义该参数主要是为了便于基于可用资源的许可控 制和资源分配。 传送顺序( 是，否) ：指明是否要求按顺序传送s d u ，这视用户协议类型而 定。 最大业务数据单元( s d l r ) r 寸( 比特) ：用于许可控制。 s d u 格式信息( 比特) ：可能的s d u 尺寸列表。当u t r a n 以透明r l c 协议模式工作时( 如会话型数据流型业务) 需要此信息，以便于在不使用 r l c 重发的情况下提高频谱效率、降低延时。 s d u 差错率：指丢失或检测出差错s d u 比率，用于配置层2 的重发协 议和层l 的检错编码。 残留误码率：指在传送s d u 中未检测到的误码率，用于配置层i 的信道 编码和检错编码。 重庆邮电大学硕士论文第二章q o s 技术概述 错误s d u 的传送( 是否，) ：指明是将检测出有错的s d u 标以差错指示 后进行传送还是丢弃，或是不考虑差错检测就进行传送。 传送延时：不同的应用有不同的延时容忍程度，u t r a n 可根据这一参 数来设定传送格式和a r q 参数。 业务处理优先权：指对不同媒体的s d u 处理的优先权。 分配，保持优先权：指分配和保持u m t s 承载的优先权。 2 3 n g n 网络中的q o s 2 3 1 概述 随着网络的发展和人们对通信业务需求的不断提升，话音、传真、文本、图 像、视频等多媒体网络承载业务得到迅猛的发展。除了网络运营商提供的普遍业 务之外，越来越多的专业化业务提供商需要利用自身的优势为特定用户群提供量 身定做的个性化业务；同时用户可以通过业务门户进行简单的选择和配置生成个 性化的业务。于是现代网络业务具有实时性和多媒体特征明显、业务智能化和个 性化要求越来越高等特点。这些都对网络的服务质量q o s 提出了很高的要求， 即对带宽、延迟、抖动以及丢包率等网络参数的要求越来越高。但是现有的网络 并不能很好的适应这种对网络业务的需求：电话网不能有效地传输数据，更不适 合传输宽带视频信号；有线电视网不适合传输数据和电话，即使在其擅长的视频 应用方面，也不适合一对一、一对多及多对多的视频通信。计算机网也还不能保 证电话和视频信号的实对性要求和服务质量。因此，开放的体系结构、业务配置 灵活并易于扩充的下一代网络已成为实现高q o s 多媒体通信网络的发展方向。 什么是n g n ? 目前学术界和工业界并没有统一的看法，e t s i 对n g n 的定义 如下，“n g n 是一种规范和部署网络的概念，通过使用分层、分面和开放接口的 方式，给业务提供者和运营者提供一个平台，借助于这一平台逐步演进以生成、 部署和管理新的业务”。下一代网络n g n ( n e x tg e n e r a t i o nn e t w o r k ) 将电信网 s 1 t d 、计算机网( p 网) 和有线电视网( c a t 融合在一起，让电信网与电视和数 据业务结为一体，构成可以在现有三种网络上提供话音、数据、视频和各种业务 的新网络。 广义的范围内，n g n 已经涵盖了目前活跃的各个网络领域，包括下一代口 网、3 g 和智能光网络，讨论n g n 的整体架构、互操作性、安全性、业务平台以 及各个网的进化和融合，是真正接近n g n 字面概念意义上的涵义 狭义的范围内，n g n 虽然也涉及移动性问题，但不包括移动网络的演进范 畴，也就是说，n g n 和3 g ( 或3 g n ) 是平行的概念范畴，只不过3 g 移动网络可 以明确标明它的父代( 如i g 、2 0 ) 而n g n 由于是多父系而难于明确标明。 为了便于讨论和涉及一些细节问题，我们以狭义的n g n 为主要论述对象。 综合考虑e t s i 、i t u 的定义以及计算机网络( 相关应用) 发展的趋势，下一代 网络将基于m 协议，提供业务质量( q o s ) 保证，以宽带化和移动性作为基本能力 换言之，n g n 将基于统一的核心分组数据网来支持原有h i t 饥l e t 和p s l n 的各种 业务。多媒体语音通信业务是现有p s t n 上支持最为成功的一种业务，具有内在 q o s 要求( 语音质量、带宽、延时、抖动等) 能否在n g n 上成功实旅，对于n g n 获取用户和运营商的认同至关重要。 2 3 2n g n 中q o s 的涵义和要求 n g n 核心网是以基于口分组的数字通信技术为核心的通信网。因此，q o s 问题是必须重点解决的关键问题，要能够保证提供电信级的服务质量，包括保证 现有电信业务的服务质量，以及今后可能出现的新业务也能具有与传统电信业务 相同的服务质量。 服务质量体现在多个层面上，在传送层上服务质量主要体现在时延、抖动、 误码率等。在承载层上体现在上体现为口包的时延、抖动、丢包率上。在业务 层针对不同的业务有不同的体现。传送层服务质量取决于器件、传输距离和设备 等，当前已经被基本认可。业务层的服务质量一部分取决于业务控制节点，另一 部分取决于承载层的服务质量。 具有的q o s 要求如下： n g n 应该提供域内和跨域的端到端q o s ； n g n 应该提供体制来在用户与应用之间协商q o s ； 对于d 多媒体会话，会话建立及会话期间发生协商； n g n 应能允许操作者实现对口多媒体会话的策略控制。 2 3 3 n g n q o s 分类 目前涉及q o s 控制和管理的标准有： 在应用层，i s o o s i 提出了基于分布式环境的q o s 控制。 在网络层，a t m 论坛提出了q o s 控制的策略和实现。 重庆邮电大学硕士论文第二章q o s 技术概述 m t f r f c2 1 1 5 。r f c 2 1 1 7 中的i s 和d s 体系结构，用于解决i n t e r n e t 网 络的q o s 控制和管理。 在数据链路层，以太网中提出了8 0 2 1 p 、8 0 2 1 q 以及s b m ( s u b n e t b a n d w i d t hm a n a g e m e n t ) 等标准。 通过服务质量控制和管理技术使得分布式系统可以支持多媒体和实时数据 的服务，但不同组织、不同企业所使用的服务质量参数不同，