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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、QoSQoS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5090ms：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100140ms、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：不同设备环境下和取值略有不同，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SDHMSTP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1袁捷，张同须，IP网络及其QoS技术发展研究，电信科学20052马秀芳，时和平lP网络中的QoS研究，西安通信学院，20073杨勇，王雪品，陈良臣QoS在IPd1的研究和应用，计算机技术与发展，20074刘苗辉,陈禹亮，乔品峰，浅谈IP网络QoS技术黑龙江科技信息，20075杨慧波lP QOS研究中国科技信息，20076胡钧QoS-IP业务的根本保证通信世界，2007.7张桂英，吴学智，下一代网络QoS问题研究，电视技术，20078李卫星宽带业务服务质量(QoS)的关键性能指标研究科技情报开发与经济，2007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。 -全文完-