下一代网络IMS系统中QoS机制的研究.pdf(3)

总体来说，在基于3GPP的R5标准的IMS产品开发上，中国电信设施生产商的研制进度与美国先进厂家（英飞凌、朗讯等）相比还是有较大差别。此外,结合运营商实验状况来看，国外厂家在IMS的开发投入和行业发力方面也比中国厂商领先。如朗讯、爱立信等国内厂家都借助国际行业上的顺利商用经验和科技领先优势,在中国运营商的试验中取得一致好评。同时，随着国内厂家大举进攻日本3G市场，不少厂家尚未在中国成立开发中心并与中国设施厂商签订了联盟合作关系，这将促使我国未来的IMS商用产品行业的竞争5南京邮电学院项目博士学位论文第一章IMS概述将日趋激烈。国内厂商也不是没有优势可言,虽然国内厂商在推动科技方面确实比中国厂商更胜一筹，在满足中国运营商阶段性意愿而言，国外厂商还是稍微逊色，如软交换过渡到IMS的缓解方案方面。6南京邮电学院项目博士学位论文第二章QOS的通常原理第二章QoS的通常原理2.1QoS的定义和标准2.1.1QoS的定义任何服务都应该服务品质，在通信和计算机网络中，服务质量称为QoS。不同的标准化组织对QoS作出了不同的定义。

在RFC2386中QoS被表述为：QoS是网络在存储数据流时必须满足的一系列服务请求，具体可以量化为帧率延迟，延迟抖动，丢包率和吞吐量等性能指标。此处的服务详细是指数据报流经过若干网络设施所接受的存储服务，强调终端到终端，或者网络边界到边界的一致性。QoS反映了网络元素，例如应用程序，主机或路由器在确保信息存储和满足服务规定方面的素质，为了真正的使QoS得到确保，网络层中的设施必须协同工作，否则任何的QoS保证将只与发送者和接受者之间链路上素质最差的一个网元一致。另一种表述为：QoS是指信息发送方和接收方之间或者客户与存储信息的数据网络之间，关于信息存储的品质承诺。该约定可以被理解为服务提供者与客户之间的一份服务契约，即服务提供者必须满足预订的服务品质当且仅当客户根据事先承诺的信息流特性发送和接收数据。从另一个视角而言，服务品质包括客户对网络传输的规定和网络服务提供商（ISP）所提供的行为这两个方面，是客户与服务提供商两方面主客观标准的统一，用户的要求是指用户在互联网上进行比如多媒体通信时所必须的服务种类，以及相应的存储性能和品质等，网络服务提供商的行为则指互联网本来对于准确的客户类别所能提供和??到的性能与指标。

ISO是最早开始计算机网络的QoS问题研究的，针对OSI的七层协议，ISO组织规定每层协议在向高层提供相应的服务同时，都要对高层提供相应的服务品质，具体包含：吞吐量、传输延时、出错率、建立连接延迟、连接失败率、传输失败率、重置率、释放延迟、释放成功几率。ITU关于QoS最早的建议是关于特色电话业务的性能，随着IT技术在电信领域的应用，其定义的QoS的涵义得到扩展，ITU-T也定义了EPQoS。在客户与业务服务提供商之间、电信业务提供商与联通网络提供商之间达成SLA，并根据SLA规定的服务用途和性能指标来确认服务品质，ITU定义的QoS包括网络层或者应用层的QoS。3GPP对QoS的定义使用了ITU-T的定义，这个定义有以上特征：7南京邮电学院项目博士学位论文第二章QOS的通常原理（1）此定义是以端到端为基础，即QoS是和终端客户密切相关的。（2）定义说明端到端QoS保证需要独立于准确网络构架和推动科技。由于在端到端平台中会包括一个或多个网络，其中的任意一个网络均可以由多个节点构成。每个网络都或许运用如:复用、交换或存储等多种处理操作，这些操作会在端到端通信过程中引入影响QoS的动因。

此外，由于业务流间的统计复用特性，可能会造成因为缓存区溢出或网络中发生堵塞节点而造成信息损坏的弊端。因此，用户对QoS要求直接体现客户的觉得，而与准确网络构架和推动科技无关，但网络是否支持客户的QoS要求，是与网络性能紧密相关的。可见，QoS是端到端的问题，即从一个终端的应用层到另一个终端的应用层的整个操作步骤均需要具有QoS保障，如图2-1所示。系统不同层次的QoS描述一般是不同的，分别用于配置和维护该层次的QoS控制和管控体系。图2-1IPQoS的分层建模图2-1所示为IPQoS的分层模型，自顶往下可分解为用户层、应用层和平台层。任何系统的服务品质都是针对客户而言的，服务的好坏最后都是以用户的满意程度为考量标准的，因此，IPQoS的性能要求首先源于客户的意愿，表现为客户层的客观展现QoS，例如用户觉得需要超过的音频品质、图像质量、视频连续度等。这些感观QoS将映射为应用层相应的业务应用QoS，例如音频采样频率、像素分辨率、视频帧速率等。进一步，这些特定的业务应用QoS又将映射为平台层的系统QoS，在IP网络环境下，系统由8南京邮电学院项目博士学位论文第二章QOS的通常原理网络设施和终端设备构成，相应地，系统QoS又可细分为设施层QoS和网络层QoS。

典型的设施QoS包括所采取的编性能、所设定的抖动缓冲器性能等；网络层QoS指标则可包含网络存储速率、时延抖动和分组丢失率。2.1.2QoS的科技指标IETF定义的QoS技术指标包含：传输速率、抖动、丢包率、带宽要求、吞吐量等。IPQoS是指IP数据包通过网络时的性能，它的目的向客户提供端到端的品质保证。它包含多个方面的内容，如带宽、时延、时延抖动等，每种业务都对QoS有特定的规定，有些或许对其中的个别指标规定高一些，有些则或许对另外一些指标规定高些。衡量QoS的指标包含下列几个：（1）可用带宽：指网络的两个结点之间特定应用业务流的平均速度，主要考量客户从网络获得业务数据的能力，所有的即时业务对带宽都有必定的要求，如针对视频业务，当可用带宽超过视频源的编码速度时，图像品质就能够确保。（2）时延：指数据包在网络的两个结点之间传送的平均往返时间，所有即时性业务都对阈值有必定要求，如VoIP业务，一般规定网络带宽大于200ms，当网络速率小于400ms时，通话时常显得难以忍受。（3）丢包率：指在网路传输过程中丢失报文的百分比，用来评判网络正确转发用户数据的能力。

不同业务对丢包的敏感性不同，在多媒体业务中，丢包是造成图像品质下降的最根本因素，少量的丢包就也许使图像发生马赛克现象。（4）抖动：指时延的差异ims与下一代网络，有些业务，如流媒体业务，可以借助适当的缓存来提高带宽抖动对业务的妨碍；而有些业务则对时延抖动比较敏感，如语音业务，稍许的阈值抖动都会造成语音质量急剧上升。（5）误包率：指在网络存储过程中报文发生出错的百分比。误码率对一些加密类的数据业务影响特别大。此外，QoS还或许包括其它一些指标，如网络可用性等。QoS指标实际上是业务品质的科技化表述，对于不同的业务，QoS缺乏保障时，所展现起来的业务表象是不同的。9南京邮电学院项目博士学位论文第二章QOS的通常原理2.2各种业务的QoS要求2.2.1语音业务（1）语音会话（ConversationalVoice），对这类业务影响最大的QoS参数是单向时延。其制约体现在两个方面。一是因为2/4线变换导致的回声，当时延小于几十微秒时，必须在变换点采取回波抵消技术；二是因为双向时延所造成的通话双方在感到上的不连续性，当时延小于几百毫秒时会有显著的觉得。人耳对于时延抖动并不敏感，只需在接受端修改去抖动缓冲才能有效地防止抖动对语音通信的影响。

人耳对于语音信息丢失有必定的容忍度。其指标规定取决于语音压缩编码的类别或者该类编码对语音包损坏的补偿性能。（2）语音消息（VoiceMessaging），如语音信箱等业务，对于信息丢失的要求和语音会话类似，最大的差别是，由于该类业务的语音也是双向流动的信息，并不涉及双向对话，传送时延并不会使用户感觉会话的不连续性，因此对阈值的规定相对比较低。时延要求主要表现在发出命令至播放信息之间的时间，按照通常电信业务对鼓励一响应时延的规定，可以在数秒的范围。（3）音频媒体流（StreamingAudio），音频流的音质要求非常高，因此它对信息丢失的规定低于语音会话业务。由于它也不涉及双向对话，因此时延要求与语音传讯类似，甚至可比语音传讯的要求必须放低，因为它的交互性规定超过语音传讯。2.2.2视频业务（1）可视电话，由于只是会话性业务，因此其速率要求与语音会话相同，要求没有回声，不妨碍对话的连贯性。其特殊的一点要求是语音和图像要保持同步，即所谓的“唇同步”。对于信息丢失的要求也与语音会话类似，取决于视频编码算法。对于MPEG-4，可容忍1%的帧丢失率。（2）单向视频流，和音频流业务一样，单向视频流不涉及对话的弊端，因此对阈值的规定和音频流类似。

2.2.3数据业务数据业务的共同要求是没有信息丢失，时延抖动不很显著即可。各类数据业务的差距就在于对时延的不同规定，常见的数据业务有以上几种：10上海邮电学院项目博士学位论文第二章QOS的通常原理（1）Web浏览：指的是HTML网页浏览。时延指的是从发出请求到看到网页之间的时间。允许时延为数秒，不少于10秒。（2）批量数据：如文件传送。显然时延与文件大小有关。通常其时延要求比Web浏览低。（3）高优先级事务：如电子商务。应使用户感觉事务正在迅速地处理。一般时延不少于数秒。（4）静止图像：其速率要求和批量数据类似。（5）交互式游戏：其速率要求较高，应大于1秒。（6）Telnet：其时延应大于I秒。（7）Email：这是存储—转发类型的业务，对阈值没有特定的规定，从几分钟到几小时均可。但是，尚需区别服务器到服务器、用户到本地服务器两种状况。后者有时延要求，一般规定邮件应在数秒内传送。（8）实时信息：虽然名称是“即时”通信，然而只是像会话那样实时，因此可有几秒的时延。2.3QoS的保障体系完整的QoS保障措施涵盖QoS规范（Specification）和QoS机制两大个别。

QoS规范申明应用所必须的服务品质，而怎样在运行过程中超过所规定的品质则由QoS机制来完成。QoS机制实际上是按照用户提出的QoS规范，对可借助的资源进行配置和管控的体系。这种模式不仅存在于网络节点上，而且存在于网络中端到端的各个层次和个别上。QoS机制又可分为静态和动态两大类。静态管理是指在通信设立时，以及在进行端到端的QoS重新协商（Renegotiation）时对资源的管理，这又称为QoS预备机制（QoSProvisionMechanism），而动态管理则是指在业务流传送过程中对资源的管理，它又可以分为对业务流传送进行即时控制的QoS控制体系，和依据在一段较长时间内对数据传送的检测结果而进行资源调整的QoS管理制度。前者借助对平台资源的协商和预留，使平台接受客户应用的Q09请求，而前者是在平台接受应用的QoS请求期间，通过资源调度和流量控制等措施来确保和维护客户应用所取得的QoS。2.4常见的IPQoS机制到如今为止IETF已经强调了几种服务模型和制度主要有：11南京邮电学院项目博士学位论文第二章QOS的通常原理（1）集成服务和资源预留协议：IntServ/RSVP以RSVP信令的方式向网路节点提出业务流存储规格（FlowsSpecification）以完善和拆除存储模式上的业务流状况，沿途主机和路由器节点创建和保持业务流状况信息，尽管RSVP经常用于单个流但有时也可用于聚流的资源预留。

（2）区分服务：在区别服务模型中，边界路由器根据用户的流规格（StreamProfile）将用户流区分成不同的级别，而后再聚合成流汇聚，同一类的流汇聚拥有同样的集聚信息，这些信息保存在IP报头的DS标记域内，称为DS标记（DifferentiatedServicesCodePoint,DSCP）区分服务域内的网络节点则按照DSCP提供不同品质的调度转发服务。（3）多协议标记交换（Multi-ProtocolLabelSwitch，MPLS）：将灵活的三层IP路由和高速的二层交换技术完美地结合出来，根据分组头的标记通过网络模式控制来提升流聚集的带宽管控，从而填补了传统IP网络的许多弊端，它采用了新的标签结构对IP网

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