PTN 網絡Qos技術及其應用研究

梁艷明　張優訓

【摘要】 隨著網絡迅速發展，帶寬呈膨脹式發展。作為新一代IP化傳送網技術，PTN啟動QoS策略勢在必行， PTN 應具有可靠的服務能力，并能根據業務特性在服務質量和網絡帶寬耗用上取得平衡，因此對PTN 的QoS 技術應用研究具有十分重要的意義。PTN 設備作為網絡邊緣節點應用時，支持層次化的QoS控制。本文分析了PTN QoS技術的選擇以及其在業務帶寬調整、規劃方面的應用。

【關鍵詞】 PTN QoS 流量工程 帶寬規劃

一、前言

PTN是以分組業務為核心并支持多業務的承載網絡，除了承載傳統業務，還要承載實時性強、高帶寬、低時延的基站回傳業務。業務的可靠性和多樣性要求PTN 能根據業務特性在服務質量和網絡帶寬耗用上取得平衡，因此對PTN 的QoS 技術應用研究具有十分重要的意義。

二、PTN Qos技術選擇

2.1 QoS技術選擇

QoS（Quality of Service）是指在網絡通信過程中，允許用戶業務在丟包率、時延、抖動和帶寬方面獲得可預期的服務水平。

PTN技術有三種QoS模型，分別是：（1）Best-Effort 模型：目前Internet的缺省服務模型，網絡盡最大可能發送這些報文，但對時延，可靠性等性能不提供任何保障。（2）IntServ模型：業務通過信令向網絡申請特定的QoS服務，網絡在流量參數描述的范圍內，預留資源以承諾滿足該請求。（3）DiffServ模型：當網絡出現擁塞時，根據業務的不同服務等級約定，有差別地進行流量控制和轉發來解決擁塞問題。

Best-Effort 模型最簡單，但無法對業務的傳輸質量提供保障；IntServ模型能提供有保證的端到端QoS，不足之處是要求端到端所有設備支持該協議，可擴展性差、協議報文開銷大，不適用于大型網絡；DiffServ模型只包含有限數量的業務級別，實現簡單、擴展性好，不足之處是很難提供基于流的QoS保證，域與域之間的資源管理較復雜。IP骨干網往往采用DiffServ模型， IP邊緣網可采用DiffServ模型或IntServ模型。

基于DiffServ模型的QoS技術包括分類和標記、監管和整形、擁塞管理和擁塞避免。

（1）分類和標記。將數據報文劃分為多個優先級或多個服務類，根據分類結果交給其他模塊處理或著色供核心網絡分類使用。染色模式分為Color-Blind（色盲模式）和Color-Aware（色敏感模式）。兩種模式均對報文按照令牌桶的CIR（Committed Information Rate）和PIR（Peak Information Rate）與報文的當前速率進行比較，超過PIR 的報文染紅色，超過CIR 但低于PIR 的報文染黃色，低于CIR的報文染綠色。區別在于Color-Aware 模式下，如果報文本身帶有顏色，會與報文本身的顏色比較，取更深的顏色。（2）監管和整形。流量監管的作用是限制進入網絡的某一連接的流量與突發。如某個連接的報文流量過大，流量監管就可以對該報文采取不同的處理動作，例如丟棄報文，或重新設置報文的優先級等。通常使用CAR（Committed Access Rate）對染色后的報文是否丟棄進行處理，默認處理規則為：紅色報文丟棄，黃色、綠色通過。流量整形的作用是限制流出網絡的流量與突發，使報文均勻地向外發送。通常使用令牌桶和隊列技術來完成該功能。當有報文的發送速度過快時，在令牌桶的控制下，暫時在隊列中進行緩存，再以均勻的速率將這些報文發送出去。（3）擁塞管理。擁塞管理是指當網絡擁塞時，將不同優先級的報文緩存進不同的隊列，并采取某種調度算法安排報文的發送次序，使不同隊列得到不同的調度優先級、時延和帶寬保證。（4）擁塞避免。擁塞避免通過監視網絡資源的使用情況，在擁塞有加劇趨勢時，主動丟棄報文，調整網絡的流量來解除網絡過載。設備在丟棄報文時，并不排斥與源端的流控動作（比如TCP流控）的配合，丟包策略和源端流控機制有效的組合，使網絡吞吐量和利用率最大化，使報文丟棄和延遲最小化。

2.2 HQoS技術選擇

PTN 設備作為網絡邊緣節點時，支持層次化的QoS（Hierarchical QoS， HQoS）控制。PTN 設備提供的HQoS 具有以下特點：（1）多級調度機制，實現了基于端口、業務、PW 或QinQ 的調度。（2）多級流量控制機制，實現了基于端口、業務、PW 或QinQ 鏈路的流量控制。（3）支持多種QoS策略，包括端口QoS 策略、ATM策略、V-UNI Ingress策略、V-UNI Egress 策略、 PW策略、QinQ策略、WFQ策略、WRED策略。（4）可配置每用戶的CIR、PIR。

HQoS在網絡邊緣側的設備上完成，可保持核心網絡的簡單性，避免網絡中每個設備都進行復雜的QoS 處理。HQoS對于接入的業務：（1）每業務支持一級CAR，支持對報文進行染色。（2）每業務支持三級調度（即V-UNI+CoS、PW+CoS、Port+CoS），每級調度支持8 個隊列，支持shaping，WRED，其中3個低時延隊列，5個非低時延隊列。（3）每業務入網元最多支持四級帶寬限制，出網元最多支持四級帶寬限制。

三、PTN Qos的應用

網絡Qos規劃是網絡設備設計、流量工程、鏈路帶寬設計等工作中的關鍵技術之一，對于提高網絡性能、充分利用網絡資源起著基礎性的支撐作用。主要應用包括：

（1）業務帶寬調整。實時帶寬小于物理帶寬時不啟用Qos策略。若實時帶寬遠小于收斂比，可考慮提高各業務配置的保證帶寬，以加大網絡的利用效率，減少丟包數量。若實時帶寬已接近物理帶寬，可考慮降低各業務配置的保證帶寬，提高峰值帶寬，以保證優先級高的業務不被丟棄。

實時帶寬大于于物理帶寬時啟用Qos策略，進行優先級調度。

進行帶寬調整時，不僅要考慮實時流量和收斂比，還需要根據一段時間內的統計量進行綜合分析，可避免產生較大的誤差。

（2）業務帶寬規劃。PTN的業務最多可分為8組服務等級，每個優先級別可設置有保證的CIR和非保證的PIR。假定所傳送的數據共有四類，按照對QoS的要求從高到低分別為：話音、視頻、優先數據和普通數據。如話音的CIR、PIR都是2Mbit/s，視頻的CIR

對啟用Qos策略的鏈路，當流量低于物理帶寬時，全部業務保證轉發。保證帶寬的取值應不大于物理帶寬，以保證業務的轉發。峰值帶寬取值不小于保證帶寬，可能大于物理帶寬，也可能小于物理帶寬；當峰值帶寬大于物理帶寬時，超出物理帶寬的部分要接受QoS調度，較高優先級的報文繼續轉發，較低優先級的報文被丟棄。

四、結論

QoS 是PTN 區別于傳統SDH 傳送網的核心技術，是PTN 中業務服務質量的保障。在傳送網資源日益緊張的今天，隨著PTN網絡的發展，其Qos功能將得到進一步的開發和應用。