演进中的IP-QoS电信网络架构

　　一、背景

　　多年来，TDM难以综合宽带业务和窄带业务，而不能成为下一代网络的核心技术，电信产业已全面停止对TDM产品的研发即是有力的佐证。而ATM缺乏业务并具有太高的技术复杂性，这基本上决定了ATM不会成为下一代网络技术。

　　目前，多数运营商对于电信业务网的承载主要采用IP专网的方式，如专门的VoIP网和专门的视频会议网。其主要思路是将IP专网直接架构在SDH或ATM网之上。这是非常浪费资源的方式，还加大了运维成本，不利于新业务的推出。另一种常用方法就是加大IP层之下SDH和ATM的传送能力，即“过带宽解决方式”。这种方式也是以牺牲运营商巨大投资为代价的。

　　为此，电信运营商一直致力于采用基于Internet理念的IP网技术来作为下一代网络技术的统一平台，但随时间的推移，人们设想中的基于ＩＰ和ＭＰＬＳ的多业务网并未真正得以实施，ＱｏＳ和流量管理都没有得到很好解决，多播几乎没有实施，安全性问题基本上没有解决，这些问题日益强烈地在冲击电信业务，简单的将Internet技术用于电信网也是行不通的。其根本原因是，现有的因特网只适合传送非实时的数据类业务，如www、FTP、E-mail等。而今，宽带接入的迅速增长已导致了运营商的IP网络架构得以膨胀式地扩张。几年前，VoIP业务首先被引入到IP网络中来，但其服务质量未得到解决。更进一步的是，运营商为增加赢利空间、拓展用户群，也正在尝试在此单一而庞大的IP网络上能够提供越来越多的新型增值服务，尤其是交互式的个人多媒体通信。然而，由于不同的应用会产生相当不同的需求。例如，对电子医疗应用而言，传送的精确性将比延时和抖动更为重要；而对于IP电话应用而言，抖动和延迟是至关重要的，应当被尽力减少。

　　各运营商和设备提供商都在积极开展相关研究并达成了一致结论：实现统一的支持QoS能力的电信级多业务IP网络是发展的趋势。现存的解决方案包括RSVP、IntServ、DiffServ,、MPLS、TE、策略管理、QoS信令等，但这些解决方案并未能使得QoS的问题得以根本解决。而且，目前各设备制造商实现QoS的方式不尽相同，对QoS的理解也很不一致，成为端到端QoS未能得到有效保证的主要障碍。

　　在IP网络中支持端到端QoS能力的标准化方面，IETF和ITU-T发挥了各自的作用，其中IETF致力于各种具体实施协议的制定，而ITU-T则更偏重于整体框架的制定和IP性能指标体系的构建。此外，MSF(城域网交换论坛)、Internet II和IPCablecom也提供了多种的多种端到端IP QoS解决方案。

　　二、IP QoS电信网络架构中的关键构件

　　对电信营运商而言，现在面临的挑战是如何以一种非常有效而现实的方式来为不同的业务提供满意的端到端QoS保证，同时还要充分考虑到整个网络的性能。电信运营商拟采用的承载级QoS架构需要具备可扩展性、可靠性、可操作性和可管理性。

　　IP QoS架构中的关键在于形成一组通用的网络运行机制来控制网络对某一业务需求进行正确的响应。具体可体现为一网络元素，或用于网络元素间的信令，或用于控制和管理穿越网络的业务流。IP QoS电信网络架构的关键构件可归属于三个平面，即控制平面、数据平面和管理平面。如图1所示。

图1 IP QoS电信网络通用架构

　　其中，控制平面包含了与业务流行走路径相关的机制，这些机制包括了允许控制、QoS路由及资源预留；数据平面包含了与用户数据流处理相关的机制，这些机制包括了缓存器管理、拥塞避免、包标记、队列和调度、业务流分类、业务流策略和流量整形；管理平面包含了与运营、管理相关的机制，这些机制包括了服务等级合同(SLA)、业务流恢复，计量和记录。

　　在上述机制中，允许控制是一个关键机制。借助这一机制可以控制进入网络中的业务流量。是否允许业务流进入网络取决于用户与业务提供者签订的SLA及可得的网络资源情况。在具体满足用户QoS需求的落实方面，允许控制机制需要确保满意的性能参数指标(即ITU-T建议Y.1541的类别)以及可靠性/可用性指标。为达成这些指标的方法可以是基于具体参数的，也可以是基于测量的。其中，基于参数的方法目标是达成一系列参数的最坏界限(如包丢失、延迟和抖动)，因此适合于提供针对实时业务的硬QoS指标。而基于测量的方法使用对现有业务流的测量来做出判决。这种方法难于保证严格的QoS，对网络资源有更充分的利用。

　　通过上述描述可看出，通过有效的允许控制机制来进行针对业务的逻辑资源隔离是一种有效的解决方法。

　　三、实现电信级IP QoS架构的一种方法

　　在上述技术背景下一种可实现的电信级IP QoS架构被称之为集中资源管理方式下的预配置MPLS网络。其基本思想是：

　　依据业务类型和QoS级别，请求QoS保证的业务被划分为若干类别。 对于每一种业务类，业务管理者进行容量规划，具体包括现存的和预期的业务流模式、拓扑规划、路由设计等。根据容量规划的结果，应用MPLS技术来针对每种业务预先配置(pre-provision)一个逻辑承载网络 (LBN)。该LBN是借助LSP配置和资源预留后叠加在网络IP网络上的一个逻辑网络。

　　对于属于每种业务类的业务流而言，在统一LBN中需要完成路径选择、资源分配、允许控制和标记转发。对于没有服务质量要求的尽力转发(BE)业务流，仍采用传统的IP路由和转发方法来完成路由和转发。只是它们利用各LBN占据资源后的剩余资源。承载网资源管理器(BRM)是用来在IP网络的每个管理域中负责管理所有的LBN。BRM分别记录和管理每个LBN的拓扑和网络资源表。BRM负责为相应LBN中的每个业务流选择路径、资源分配及允许控制。多种业务控制服务器(SCS)负责控制各种业务请求(如语音呼叫信令)，识别每种业务请求的起始和终止点，将号码(或名字)翻译成IP地址，请求BRM选择路径，分配资源及完成对应LBN的呼叫控制。如图2所示。

图2 集中管理下的预配置叠加MPLS网络为基础的IP QoS电信网络架构

　　在图2中，这一架构由三层组成：承载层、承载控制层和业务控制层。承载层被进一步在逻辑上划分为基本承载网络层和逻辑承载网络层。基本承载网络层是由边界路由器及核心路由器组成的IP骨干网络架构，用来传送各种Best Effort业务。