浅论浅谈无线ＩＰ网络中ＱＯＳ网络结构

　　

　　论文关键词: IP网络；通信网络；QOS ；有线网络
　　
　　论文摘要:无线IP网络是通信网络的发展趋势，它能支持不同业务的服务质量的要求。现有QOS的技术大都是针对有线网络的，要将他们应用到无线网络上必须要进行相应的改进。

　　一、引言
　　
　　移动通信和Internet的飞速发展，带来了在任何时间、任何地点都可以享用Internet业务的需求。根据UK ARC Group预测，无线Internet业务的用户到2004年将达到7.5亿户，Internet用户总数将达到10亿户。无线Internet的用户将占Internet用户的大部分。因此新一代无线通信和Internet的有机结合产生的无线IP网络是当前国际上的研究热点。
　　
　　二、无线IP网络和QoS的概念
　　
　　无线IP网络一般是指无线终端接入IP网的网络，例如WLAN接入Internet
　　或是以别的空中接口接入Internet，所以无线IP网络是一个集成无线蜂窝网络、无绳网络、无线局域网(WLAN) ,短距离应用的蓝牙等系统和固定的有线网络为一体的结构，各种类型的无线接入网都能无缝地接入基于IP的核心网。它可以同时提供包括语音、数据和视频在内的多媒体业务。无线IP网络主要包括IP核心网、移动站(MS)和基站((BS)，基站充当小区内各MS与有线Internet网络间的网关，使得各个MS可以无缝地接入核心网。
　　 随着Internet的迅速发展，Internet已由单一的数据传输网向多业务承载网演进，以前那种以Email、文件传输等为主的单纯的数据传输业务已远远不能满足用户的需求，一些多媒体应用如视频点播、IP电话、远程教学不断涌现。这些不同的应用需要有不同的服务质量要求。QoS指网络对业务性能要求的支持能力。这里的性能要求是特定于不同业务的，即不同的业务有不同的性能要求。对于通信网中的QoS，上述性能要求可以用性能参数来描述，例如:业务可靠性、时延、抖动、吞吐量和数据丢失率等。
　　
　　三、QoS网络的结构分析
　　
　　（一）QoS网络结构
　　从QoS的角度看，网络是由主机、路由器、链路、策略服务器(policy server)、
　　带宽管理器(网络服务器的一种)构成的。
　　主机。主机上的应用是收发流的主体。应用在发送之前先向网络提出流的QoS要求。
　　链路。链路是把数据传送至远方的媒介。包括专用线，还有LAN, ATM网络、无线网等，使用这些链路来实现QoS时，有一些特殊要求需要考虑。
　　边界/核心路由器。每个QoS区域的入口及出口的路由器称作边界路由器，除此之外的路由器称作核心路由器。一般来说，路由器就是执行流量控制。即执行送出数据包顺序的控制，或者选择丢弃数据包，给每个流分别赋予被指定的QoS。而一般边界路由器还设有接纳控制和流量调节机构。接纳控制用于当申请QoS服务时，判断该申请是否可以被接受。流量调节机构用于确认流入及流出QoS区域的流是否满足事先指定好的条件(平均输入速率、最大速率、最大脉冲长度、最大数据包长度等)。如果符合条件，就进入下一个流量控制阶段。如果不符合，就将数据包整形至符合条件。
　　策略服务器。代办路由器的接纳控制、资源准备的部分。例如，向有QoS要求的用户回答其是否有提出要求的权利，以及提出的QoS要求是否可以被接受。并且将管理服务准备、资源准备的信息，传递给每个路由器。它还负责将网络管理员的网络运用策略传递给每个路由器，例如指定分配给尽力而为服务流的数据传输率的大小等。
　　带宽管理器。带宽管理器总是掌握着全网络的资源使用情况。每个路由器应该具有向带宽管理器提供该路由器的资源量以及它的使用情况的信息的通信功能。
　　（二）路由器工作原理
　　在构成QoS网络的元素中，路由器是较为重要的一个部件。路由器的功能，本来只具有普通路由的作用，但为了执行QoS功能，就在以前的路由器加上了三个功能；接纳控制机构、流量调节机构、流量控制机构。本文从数据平面和控制平面两个方面来研究。
　　1、数据平面
　　直接在用户数据包里加入QoS控制。它分为以下几个方面
　　（1）流量调节机构
　　 设置在每个路由器的输入输出端口。输入数据包按照流分类，分别检查是否满足被指定的流的特性。如果满足，就让它通过。如果不满足，就按照流量调节的框架处理。作为处理的例子有丢弃、延迟、标记等。

　　（2）转发
　　这个功能可以是普通路由器的操作。参照每个数据包的包头内的发送目的地和路由器内的路由选择表，选择路由器的输出端口，并向端口传送。但是现在的Internet路由协议都采用单个测度(如跳数、成本)来计算最短路由，没有考虑多个QoS参数的要求。因此我们可以考虑采用不同与以往路由策略的QoS路由来满足业务的QoS要求。QoS路由根据多种不同的度量参数(如带宽、成本、每一跳开销、时延、可靠性等)来选择路由。它包括三个主要功能:链路状态信息发布，路由计算和路由表存储。QoS路由的主要目标是为接入的业务选择满足其服务质量要求的传输路径，同时保证网络资源的有效利用。QoS路由能够满足业务的QoS要求，同时提高网络的资源利用率。但是QoS路由的计算十分复杂，增加了网络的开销。

（3）流量控制机构
　　将从路由器内的多个输入端口向特定的输出端口传送的数据包按流或DS字节分类，使得每个流或流的集合都满足被指定的特性，执行流量控制。流量控制包括队列管理和调度。队列管理就是对队列长度的控制，调度就是对队列送出顺
　　序的控制。调度算法有多种，其中包括FIFO(先入先出)，优先级调度，循环调度，WFQ加权公平调度、自同步公平调度、等算法。
　　2、控制平面
　　为了数据平面能够更好地工作，控制平面有参数设定、信息收集、发送等支撑功能。它分为以下几个方面：
　　（1）接纳控制
　　判断从应用来的QoS要求是否能够被接受，并将结果回复。为此路由器管理每个流的资源信息、服务信息。
　　（2）RSVP控制/资源准备
　　设定接纳控制、流量调节机构、流量控制机构等所需要的参数。并且为此与收发主机、相邻的路由器交换需要的数据。
　　（3）路由选择的处理
　　执行通常的路由选择处理。也就是说，按照路由选择协议、开放最短路径优先等，制作路由选择表。并且，将路由选择的信息传给其他的路由器。
　　（4）外部接口的控制
　　外部接口的控制是与外部的接口。例如，使用COPS协议、SNMP协议、控制接口等，执行与策略服务器和与操作员的通信。
　　（5）构成控制
　　依据从接纳控制、RSVP、外部接口传来的指令，设置数据平面所需要的操作参数。
　　（三）接纳控制
　　对于大规模的IP网络而言，要提供良好的服务质量，就必须具备执行接纳控制的能力。接纳控制使得网络能够根据当前的负载状态决定是否接纳新的分组流，通过控制同一时刻网络服务的流的数量来保证服务质量。如果网络不能控制同时服务的流的数量，就可能导致这些流的服务质量要求总和超过网络能够承载的上限，从而影响这些流所获得的服务质量。
　　接纳控制机制是提供保证型服务质量保证必不可少的组成部分。在这个体系结构中，一个分组流在进入网络之前首先要通过RSVP向网络发出服务请求，然后由通向接收方的路径上的路由器根据该请求执行接纳控制。只有当该请求所经过的路径上的所有路由器都能满足该流对服务质量的要求时，这个流才能进入网络。虽然IntServ/RS VP能够提供最高级别的服务质量保证，但是由于它要求路由器维护每个流的资源预留信息以及每个流的状态信息，因此IntServ/RSVP的可扩展性比较差。
　　近年来，接纳控制机制的主要研究思路从最初注重于接纳控制结果的精确性，转向以降低、避免核心状态，提高接纳控制算法的可扩展性。随着近年来IP网络QoS应用的快速发展，毫无疑问接纳控制算法研究必然是当前的一个热点。
　　
　　参考文献：
　　[1]杨帆，宽带无线IP系统中基于区分服务的QoS实现策略，通信技术，2002
　　[2]赵佳玉， P网络的QoS实现技术，电力系统通信，2004
　　[3]李建东，宽带无线IP技术与系统，中兴通信技术，2002