网络转型下的宽带接入QoS技术研究

当前，随着市场和技术的变化使得固网运营商正在寻求新的业务战略转型，传统的通信业务正向信息娱乐、数字化生活领域扩展，IPTV、VoIP以及P2P应用等业务种类不断丰富。这使得宽带网络所承载的业务将从以传统互联网业务为主逐步向多业务承载方向发展。这就要求宽带网络实施网络转型，以适应业务需求的变化和业务发展的要求。

能否成功实施网络转型涉及多个方面的因素，包括网络的物理架构、网络的业务提供及QoS能力、网络的运营支撑体系等。其中，网络的业务提供及QoS能力是最基本的因素。本文将主要从宽带接入的角度探讨固网运营商实施QoS技术的相关问题。

2、宽带接入QoS的现状

目前的宽带接入网主要以承载数据业务为主，也有少量的视频流业务，所有业务都无法得到QoS保证，网络为所有业务提供的只是一种尽力而为的转发服务。对于专线业务，一般是通过ATM、SDH及DDN网络来提供的。

早期的城域网/接入网设备在DiffServ/802.1p优先级等QoS保障机制方面的能力参差不齐，但缺乏可运营的电信级QoS方案，无法实现端到端的QoS保证，导致视频断断续续，时好时坏，VoIP业务经常出现丢包情况，用户无法尽情享受多媒体IP业务体验。

3、宽带接入QoS的实现机制

对于宽带接入网来说，QoS的控制点主要是接入终端、接入平台、汇聚网络及BRAS/SR 3个关键部件。由于接入网内部网络的情况比较复杂，而且涉及多种技术，一般来说，在这个层次采用区分服务（DiffServ）的思想实现QoS是一个比较好的解决办法，即采用业务区分与标记、业务映射与分类承载、二层优先级处理以及带宽管理和拥塞管理的策略。

3.1　业务区分与标记

宽带接入网实施QoS必须要实现业务区分与标记，业务区分与标记可以使网络具有多业务传递边缘的能力。在业务区分的网络中，业务首先必须被识别并实现分类标记。这样，网络中的其他设备便可利用这个分类标记进行相应的处理。目前，比较可行的技术方案是在网络边缘进行业务识别及分类标记。即上行方向在用户端的接入终端上完成业务流分类和业务等级标识，在电信可信任的设备上进行业务等级的审查或重标识，下行方向在业务边缘网关（BRAS）完成业务识别及分类标记。接入终端与业务边缘网关之间主要是根据业务标记进行相应的业务分流、优先级队列调度及QoS处理。

上行方向，接入终端可以采用多种技术实现业务区分与标记，如基于物理端口的业务区分、基于以太网协议类型的业务区分、基于业务终端类型的业务区分、基于IP报文深度分析的业务区分等。目前，基于物理端口的业务区分方法是比较可行的，而且对现有的网络兼容性比较好，但是，必须要考虑运营商对接入终端的控制与管理，以及用户私有接入终端的业务盗用问题。从长远来看，随着无线技术及家庭网关的成熟和应用，基于IP报文深度分析的业务区分是今后上行方向实现业务区分的发展趋势。

与上行方向相对应，下行方向也有两种技术实现业务区分与标记，主要是基于以太网协议类型和基于IP地址及五元组的业务区分方法。

基于以太网协议类型的业务区分是指业务边缘网关（BRAS）通过检测下行业务流的以太网帧中的以太网协议类型实现业务区分和业务标记。目前的以太网协议类型有PPPoE和IPoE两种。PPPoE一般用于低优先级的宽带业务，如高速上网，而IPoE一般用于视频或其他的VoIP业务。这种业务区分方法的特点是技术实现简单，但是无法进一步细分业务等级，可扩展性较差。

基于IP地址及五元组的业务区分有两种：一种是基于静态IP地址的业务区分，通过IP地址静态规划，将不同类型的IP地址段用于不同类型业务的IP地址分配，这样，业务边缘网关根据下行方向IP报文的源IP地址类型就可以识别相应的业务类型，然后进行相应的业务标识和QoS处理；另一种是基于动态IP地址及五元组的业务区分，这种方法可根据用户需要实现动态业务区分和服务质量保证，而且比较容易细分客户群。但是，对业务边缘网关的处理能力有较高的要求。

目前，在业务边缘网关实施基于静态IP地址的业务区分和标识是比较可行的。随着宽带业务的深入发展以及用户业务需求的个性化，在业务边缘网关实施基于动态IP地址的业务区分是未来的发展趋势。

3.2　业务映射与分类承载

在实施业务区分与标记后，必须在接入网内采取业务映射与分类承载，业务映射与分类承载的作用主要是将接入网内的不同业务标记的数据流映射到不同的承载通道，以便实施不同的优先级处理策略。

整个接入网可分为两个子层，即接入终端至宽带接入平台之间的接入子层和宽带接入平台至业务边缘网关之间汇聚子层。接入子层的业务映射与承载有两种承载方案：一种是多逻辑通道方案，即为用户的每种业务分配不同的逻辑通道（如多PVC、多VLAN等）；另一种是单逻辑通道方案，即用户的所有业务共享一个逻辑通道（如单PVC、单VLAN等）。而且，其逻辑通道还与具体的接入技术有关，这里主要考虑ADSL接入技术。

汇聚子层也可根据业务类型的划分情况采用多逻辑通道或单逻辑通道方案，即为每种不同的业务流分配不同或相同的业务VLAN。其中的单VLAN或者多VLAN是指同一个用户的不同单播业务类型，是否将其分别承载到不同的VLAN上。为保证DSLAM之间的隔离，不同DSLAM之间的单播业务的VLAN互不相同。对于视频组播业务，采用不同于单播业务的VLAN。为保证组播的高效复制，所有DSLAM的所有用户的视频组播VLAN相同。

对于单VLAN方案，DSLAM上的所有类型单播业务共用一个VLAN，视频组播业务使用另外的组播VLAN。在BRAS/SR上，对于单播VLAN，根据IP地址，将不同业务类型映射到不同子接口，而组播VLAN映射到另一个子接口。

对于多VLAN方案，DSLAM上需要配置4个业务VLAN，分别是数据VLAN、话音VLAN、视频单播VLAN、视频组播VLAN。在BRAS上，不同DSLAM相同业务的VLAN属于同一个子接口，数据、话音、视频单播业务分占3个子接口，视频组播业务占另一个子接口。

将接入层的PVC和汇聚层的VLAN情况结合，DSL接入网的业务映射和分类承载有以下3种方案：

（1）单PVC单VLAN方案：在接入子层所有业务承载一条PVC上，在汇聚子层所有单播业务承载在一个VLAN上。
（2）单PVC多VLAN方案：在接入子层所有业务承载在一条PVC上，由DSLAM标记不同的VLAN Tag，区分不同的业务，在汇聚子层上不同单播业务承载在不同VLAN上。
（3）多PVC多VLAN方案：在接入子层上不同业务承载在不同PVC上，在汇聚子层上不同单播业务承载在不同VLAN上。

单PVC与多PVC方式相比，其区别主要体现在业务配置、业务标记的审查和重标识以及优先级处理策略方面。在单PVC方式下，业务配置比较简单，能够较好的兼容现有网络，但是DSLAM设备必须基于二层802.1D优先级标记进行业务标识的信任度检查和重标记；在多PVC方式下，业务配置比较复杂，但是DSLAM设备实现比较灵活，可基于二层802.1D优先级标记或PVC进行业务标识的信任度检查和重标记。

单VLAN与多VLAN方式相比，在单VLAN方式下，汇聚子层只能基于二层802.1D优先级标记进行QoS处理；而在多VLAN方式下，汇聚子层可基于VLAN+二层802.1D优先级标记进行QoS处理，如实施带宽管控、队列调度等。

目前，多PVC多VLAN方式对接入网设备的技术要求相对容易实现，能够支持现网的DSLAM设备升级，具有较强的可操作性，可基本解决接入网的QoS问题。但是，其最大的不足就是业务模式变化后，需要配置的工作量比较大，网络的扩展性受限于PVC资源。随着家庭网关功能的增强和普及，单PVC多VLAN方式将是未来宽带接入网实施业务映射和分类承载的发展方向。

3.3　二层优先级处理

3.3.1　上行方向处理机制

当不同用户端口上行方向有数据流时，接入终端根据用户端口属性进行相应的IEEE802.1D二层优先级标记和队列调度处理，然后，将数据流转发到相应的线路接口上。

在宽带接入平台，根据IEEE802.1D优先级标记进行队列调度、QoS处理，将同一端口上的具有不同IEEE802.1D优先级标记的业务流映射到上联接口的不同业务VLAN域，从而实现不同用户的业务流汇聚及不同类型业务的分流功能。宽带接入平台可根据业务需要采用多个上联接口，也可以采用一个上联接口。

在汇聚网络侧，主要是根据业务VLAN实施不同类型业务的流量隔离，并根据IEEE802.1D优先级标记进行QoS处理和转发策略。

在业务边缘网关侧，主要根据IEEE802.1D优先级标记实施队列调度和QoS处理，如有必要，还需要根据IEEE802.1D优先级标记对DiffServ的DSCP参数进行标记，然后转发到骨干网。

3.3.2　下行方向处理机制

在业务边缘网关侧，主要根据DiffServ的DSCP参数（如果进入业务边缘网关的业务流无DSCP标记，业务边缘网关可根据IP地址/五元组进行DSCP标记）实施优先级队列调度和QoS处理，并实现DiffServ的DSCP标记与IEEE802.1D二层优先级标记和业务VLAN的映射，然后将具有IEEE802.1D二层优先级和业务VLAN标记的数据流转发到汇聚网络。

在汇聚网络侧，主要是根据业务VLAN和IEEE802.1D二层优先级实施不同类型业务的流量隔离、带宽控制、QoS处理和转发策略。

在宽带接入平台，根据IEEE802.1D优先级标记进行队列调度和QoS处理，并将同一端口上的不同业务流根据IEEE802.1D优先级标记映射并转发到线路接口上。

接入终端将下行数据流直接转发到相应的用户端口上