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移动IP网络的QoS技术研究

■张扬／中国地质大学（武汉）计算机学院
摘要：目前各大通信运营商已经建立了lP化核心网，并向全网lP化阶段演进，QoS技术是lP网络发展的重要基础技术之一，既要加强研究又要注重实用性。本文从QoS技术在3G业务lP网络上的应用出发，分析了3G的IP承载网QoS保证机制及其可靠性。
关键词：移动通信lP网络QoS技术研究
TP393,03
：A
：1673-1131(2010)01-056-03
一、背景介绍
随着IP技术的不断发展和完善，业界已公认lP网络是下一代承载网的发展方向。国内移动、电信、联通等运营商纷纷提出结合自身的软交换发展策略，紧跟发展趋势，其核心网络将经历完全不同于以往单纯语音交换网的巨大变革。lP技术作为分组传输的一种，采用了不面向连接的工作方式，简化了信令．又克服了为端到端连接提供资源保证而带来节点设备复杂化的问题，同时lP承载网将业务在进行汇聚，共享传输通道，有效缓解了骨干传输资源的压力，提高了网络利用效率。然而，我们也要看到，lP协议固有的时延、抖动、丢包等缺陷，在语音等业务的应用中，将会被无限放大，以至于产生灾难性的后果。这也对下一代核心网络承载技术提出了更高的要求，如何在lP网络行达到电信级承载的要求。
二、基本概念
1、QoS
QoS是Quality of Service（服务质量）的缩写。它表示信息在数据通信系统中传递时所获得的性能保证．，需要指出，Qos的概念并不是随着网络的出现而出现的，如果网络承载的业务需求单一，就不存在Qos的问题．，比如传统方式的电话网。由于业务单一，各业务之间不需要进行差别服务，所有的数据在网络上执行先到先处理的原则。
随着业务的增多及客户需求的提高，Qos的概念也孕育而生，由于大客户愿意为得到更优质的服务支付更多的费用，电信运营商可以通过提高大客户的Qos来获得更多收益，这也就是所谓的“差异化运营”。Qos被视为未来IP网络的基本要求。
2、时延、抖动和丢包
简单来说，时延(delay)指lP网中，数据从发送端传送到接收端所经历的时间。时延的产生主要包含以下三个部分lP设备、传输、终端。很容易理解，这三个部分囊括了lP包从发送到接收的所有途径。其中IP设备时延可以细分为转发处理时延、队列时延、串行化时延。可以很清楚的发现导致时延的各因素中，只有队列时延是可控的。将时延要求高的业务放在优先级队列高的队列中，可以减小队列时延，从而减小该业务总时延。就好像飞机的VIP通道可以让重要客户花费更少的时间登机一样。
在lP网络中，所有的数据包都是根据所谓尽力而为( Best-Effort)的原则传送的，因此传统的Internet可以很好的支持Web浏览和E-M ail等非实时服务，但对实时的语音和图像传递却无法提供太多支持。如何减少lP网络的时延、抖动、丢包，以提高QoS，从而提高IP网对实时业务的支持，是迫切的技术需要。本文接下来会介绍在如何将QOS技术运用至现在的移动业务网络中，提高网络质量。
三、3G移动业务的IP网络oOS分-i-斤
目前国内移动业务已步入3G时代，各运营商采用的主流3G制式为TD-SCDMA、 CDMA2000和WCDMA。三者的主要区别在于空中接口(UU)部分，其余部分的网络逻辑架构较为相似．在承载方案上的考虑基本一致。下面以WCDMA制式为例，探讨—下移动业务对承载网的需求。
1、3G的lP承载网QoS保证机制
下表给出了3GPP规定的3G业务对承载网络的端到端性能要求：

根据3GPP对业务网络性能要求的建议，移动终端到终端的呼叫全程时延上限可取250ms．通过指标分解，除去空口时延，在不采用TrFO和TFO技术的条件下．MGW需要一定的编解码协商时延，可知对MGW之间的lP承载网段的时延要求为50～90ms：在采用TrFO和TFO技术避免MGW编解码协商时延的条件下，对IP承载网段的时延要求为100—140ms、

通过实验室模拟测试，1P承载网时延和负载的关系如下图所示：
不同设备环境下．α和β取值略有不同，但变化趋势一致。当负载小于a%时，时延小于Ml（语音业务需求），负载小于β时，时延小于M2（数据保障需求）。因此对于lP承载网，可采用以链路轻载方式为主、以快速路由收敛、区分服务(DiffServ)和快速重路由(FRR)等技术为辅来实现QoS保证。通过划分不同的业务等级，对各种3G业务进行适当的标记和队列操作．给予各种业务相应的QoS保证。3G业务的QoS等级可作如下划分：

2、3G的lP承载网可靠性保证
为了保证3G业务在故障下的快速恢复．3G设备除了需要支持业务层面的双归属外，还需要利用各种故障保护和恢复机制进行网络保护。
在接入承载段，R4下，可主要由SDH／MSTP光传输设备作环网保护，利用APS技术，保护切换时间为50 ms。向R 5/R6演进后．UTRAN将逐步IP化．NodeB到RNC以及RNC之间通过光纤以太网来连接。可采用VPLS等电信级以太环网方式，同样可实现50ms的保护倒换时间。
在核心IP承载段．按照故障发生点和影响范围，可分为以下几类故障：
1) 3G核心设备到PE的接入段故障；
2) PE故障；
3) PE到PE之间的域内故障；
4)域间设备或链路故障。
对于故障1．如果3G核心设备采用双上联的方式，则可通过主备端口保护.VRRP等机制进行冗余保护，保护时间根据故障点的不同一般为几百毫秒到几秒。如果单挂，则无法保护。
对于故障2．当主PE故障时，可通过BGP快速故障检测和收敛机制，加快对端PE的路由更新，一般保护时间可能为几秒。
对于故障3，需要依赖lP承载网的多种快速路由恢复机制来完成，如域内IGP快速收敛.TE FRR等，故障保护时间根据故障点的不同一般为50ms到几秒。
对于故障4．域间可采用交叉连接拓扑．进行设备和链路的冗余保护，并采用MPLS TE FRR. BGP快速收敛等机制优先保护高质量业务的快速收敛。
四、结束语
3G R4向R5/ R6的演进主要体现在接入lP化和IMS的引入上，相应地，对承载网的要求体现为：1）NodeB，RNC.MGW之间由ATM承载转为lP承载；2）IMS的承载。对于IMS的承载，可考虑将IMS业务设备划在一个独立的VPN内，与R4 CS和NGN在一定时期内共存。在IMS多业务环境下，为了更好的控制网络资源，提供良好的QoS保证，可考虑引入诸如RACF的资源和准入控制架构，从接入网人手，逐渐向核心网进行改造。
参考文献
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作者简介
张扬，女，中国地质大学（武汉）计算机学院工程硕士，现就职于中国移动通信集团湖北分公司网管中心，从事网络维护工作。

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