PTN傳送網(wǎng)的Qos策略探討

摘要：分組傳送網(wǎng)（PTN）是中國移動適應(yīng)IP化發(fā)展而引入的面向各類基站回傳和各類客戶承載的新一代城域傳送網(wǎng)。文章首先介紹了PTN網(wǎng)絡(luò)的Qos指標，然后根據(jù)業(yè)務(wù)類別的劃分，對PTN傳送網(wǎng)中的Qos策略進行了探討，從而為統(tǒng)一規(guī)劃全業(yè)務(wù)時代的PTN網(wǎng)絡(luò)Qos策略提供參考。

關(guān)鍵詞：PTN；Qos；傳送網(wǎng)；全業(yè)務(wù)

中圖分類號：TN915.09 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2012）23-0091-02

伴隨著移動互聯(lián)網(wǎng)、IMS、LTE等業(yè)務(wù)的蓬勃發(fā)展，大量視頻和數(shù)據(jù)IP化業(yè)務(wù)的不斷涌現(xiàn)，原來SDH/MSTP傳送網(wǎng)存在著帶寬靜態(tài)分配的巨大缺陷，無法滿足IP數(shù)據(jù)流量爆炸性增長的實際需求。中國移動為了滿足業(yè)務(wù)多樣化、IP化、寬帶化及時間同步的需求，從2009年開始規(guī)模引入分組傳送網(wǎng)（PTN），PTN繼承了SDH電信級網(wǎng)和以太網(wǎng)高效統(tǒng)計復(fù)用的優(yōu)點，以分組的內(nèi)核實現(xiàn)端到端業(yè)務(wù)調(diào)度、監(jiān)控保護、Qos保證等類似SDH的電信級性能，其應(yīng)用場景和PTN傳送網(wǎng)要為各類基站（2G、TD-SCDMA及未來的TD-LTE）提供回傳，為各類客戶提供語音、數(shù)據(jù)、視頻等新型業(yè)務(wù)的綜合承載，還用來為GPON等寬帶接入網(wǎng)提供上聯(lián)路由。

1 PTN網(wǎng)絡(luò)的Qos指標

PTN網(wǎng)絡(luò)引入了帶寬統(tǒng)計復(fù)用的功能，實現(xiàn)了傳送網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)帶寬，可以在有限的帶寬內(nèi)傳送更多的業(yè)務(wù)，這就使得傳送網(wǎng)絡(luò)可能出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)擁塞，這時就需要Qos確保特定業(yè)務(wù)的正常。

Qos是網(wǎng)絡(luò)的一種安全機制，它的目的在于向用戶提供端到端的服務(wù)質(zhì)量保證，即在跨越多種底層網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（ATM、Ethernet、SDH等）的網(wǎng)絡(luò)上，為特定的業(yè)務(wù)提供其所需要的服務(wù)。Qos并不能提高帶寬，但它可以通過使用報文分類、流量監(jiān)管、擁塞管理、擁塞避免、隊列調(diào)度、流量整形等技術(shù)（圖1），對網(wǎng)絡(luò)資源進行合理分配與監(jiān)控，最大限度地減少網(wǎng)絡(luò)延時與抖動，確保關(guān)鍵業(yè)務(wù)的質(zhì)量。

Qos指標實際上是業(yè)務(wù)質(zhì)量的技術(shù)化描述，對于不同的業(yè)務(wù)，Qos缺乏保障時，所呈現(xiàn)出來的業(yè)務(wù)表象是不同的。一般而言，Qos主要包括五個技術(shù)指標，分別是可用帶寬、時延、時延抖動、丟包率和業(yè)務(wù)可用性。下面進行詳細的敘述：

①可用帶寬。可用帶寬指的是網(wǎng)絡(luò)的兩個節(jié)點之間特定應(yīng)用業(yè)務(wù)流的平均速率，主要衡量用戶從網(wǎng)絡(luò)取得業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的能力，所有的實時業(yè)務(wù)對帶寬都有一定的要求，如對于視頻業(yè)務(wù)，當可用帶寬低于視頻源的編碼速率時，圖像質(zhì)量就無法保證。

②時延。時延指的是數(shù)據(jù)包在兩個參考點間從發(fā)送到接收的時間間隔。它包括了發(fā)送時延、傳播時延、處理時延、排隊時延（時延=發(fā)送時延+傳播時延+處理時延+排隊時延）。所有實時性業(yè)務(wù)都對時延有一定要求，如VoIP業(yè)務(wù)，時延一大，通話就會變得無法忍受。

③時延抖動。時延抖動指的是經(jīng)同一路由發(fā)送一組數(shù)據(jù)包，在接收側(cè)收到該組數(shù)據(jù)包的時間時隔差異，其主要是由于業(yè)務(wù)流中相繼分組的排隊等候時間不同引起的，由于隊列、緩沖的不確定性，所以時延抖動也是隨機產(chǎn)生的。當帶寬資源有限而又需要在其中混傳不同優(yōu)先級業(yè)務(wù)的時候，抖動就不可避免，只要抖動落在規(guī)定容差之內(nèi)就不會影響服務(wù)質(zhì)量。某些業(yè)務(wù)類型，特別是話音和視像等業(yè)務(wù)，對時延抖動是非常敏感的，稍許的時延抖動就會導(dǎo)致業(yè)務(wù)質(zhì)量迅速下降，利用緩存可以克服過量的抖動，但這將增加時延，造成其他問題。

④丟包率。丟包率指的是在網(wǎng)絡(luò)傳數(shù)據(jù)包時丟棄數(shù)據(jù)包的最高比率，用來衡量網(wǎng)絡(luò)正確轉(zhuǎn)發(fā)用戶數(shù)據(jù)的能力。數(shù)據(jù)包丟棄一般是由網(wǎng)絡(luò)擁塞引起，在MSTP傳送網(wǎng)中，由于傳輸資源是預(yù)占的，所以正常情況下丟包率應(yīng)該為0，而PTN網(wǎng)絡(luò)中，不同優(yōu)先級的業(yè)務(wù)是混傳的，當網(wǎng)絡(luò)擁塞時，必然會出現(xiàn)低優(yōu)先級業(yè)務(wù)的丟包現(xiàn)象。不同業(yè)務(wù)對丟包的敏感度不同，在多媒體業(yè)務(wù)中，少量丟包就可能使圖像出現(xiàn)馬賽克現(xiàn)象。

⑤業(yè)務(wù)可用性。業(yè)務(wù)可用性指的是業(yè)務(wù)有保證的正常運行時間。可用性主要是設(shè)備可靠性和網(wǎng)絡(luò)存活性相結(jié)合的結(jié)果。對它起作用的還有一些其他因素，包括軟件穩(wěn)定性以及網(wǎng)絡(luò)演進或升級時不中斷服務(wù)的能力。

2 PTN傳送網(wǎng)的Qos策略

2.1 Qos設(shè)計原則

在確保優(yōu)先處理高優(yōu)先級業(yè)務(wù)的前提下，滿足其他業(yè)務(wù)處理的公平性。在滿足業(yè)務(wù)傳送的QoS基礎(chǔ)上，盡量簡化QoS配置，盡量避免QoS配置降低系統(tǒng)性能，減少對業(yè)務(wù)傳送時延的影響。

2.2 Qos規(guī)劃思路

PTN使用DiffServ（差分服務(wù)）QoS模型來為不同等級的業(yè)務(wù)和不同級別的用戶提供差異化服務(wù)。DiffServ模型在網(wǎng)絡(luò)入口處根據(jù)服務(wù)要求對業(yè)務(wù)進行分類、流量控制，同時設(shè)置報文的DSCP域；在網(wǎng)絡(luò)中根據(jù)QoS機制并依據(jù)分組的DSCP值來區(qū)分每一類通信，為之服務(wù)，包括資源分配、隊列調(diào)度、分組丟棄策略等，統(tǒng)稱為PHB（per-hop behavior）。DiffServ域中的所有節(jié)點都將根據(jù)分組的DSCP字段來遵守PHB。

PTN設(shè)備完整實現(xiàn)了標準中定義的BE、AF1、AF2、AF3、AF4、EF、CS6、CS7八組PHB，使運營商可為用戶提供具有不同服務(wù)質(zhì)量等級的服務(wù)保證，實現(xiàn)同時承載數(shù)據(jù)、語音和視頻業(yè)務(wù)的綜合網(wǎng)絡(luò)。在不需要QoS保證或不進行流分類或報文通過流分類沒有相匹配規(guī)則時，對報文作盡力轉(zhuǎn)發(fā)BE處理。為了保證業(yè)務(wù)傳送質(zhì)量，需要進行綜合Qos規(guī)劃，一般情況下，Qos的規(guī)劃包括以下幾個部分。

①流分類。通過ACL進行分類，根據(jù)業(yè)務(wù)類型，采用Port、Port+Vlan或Port+Vlan+Pri方式進行流分類。

②流量監(jiān)控。建議啟用三色雙速率令牌桶算法，著重對于流量的控制，根據(jù)業(yè)務(wù)流量的需求設(shè)置合理的CIR（承諾信息速率）和PIR（峰值信息速率）。

③隊列調(diào)度。由于PTN網(wǎng)絡(luò)是同時承載數(shù)據(jù)、語音和視頻業(yè)務(wù)的綜合網(wǎng)絡(luò)，建議采用SP（嚴格優(yōu)先級）+WRR（加權(quán)輪詢），避免高級別業(yè)務(wù)過多時，低級別業(yè)務(wù)被完全丟棄。

④擁塞避免。經(jīng)過適當?shù)腝os控制，基本可以保證業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)在PTN網(wǎng)絡(luò)中不丟包，但為了避免后期業(yè)務(wù)量膨脹時可能產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)擁塞，建議默認啟用WRED（加權(quán)隨機先期檢測）在擁塞時進行隨機公平調(diào)度。

2.3 Qos策略方案

目前，PTN網(wǎng)絡(luò)承載的主要業(yè)務(wù)包括基站業(yè)務(wù)和以太網(wǎng)專線業(yè)務(wù)。各類業(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò)指標的要求各不相同，所以PTN網(wǎng)絡(luò)需要啟用Qos功能，主要進行業(yè)務(wù)優(yōu)先級設(shè)置和CIR/PIR設(shè)置，以保證其傳送質(zhì)量。

2.3.1 基站業(yè)務(wù)

基站業(yè)務(wù)可以分為非IP化基站和IP化基站業(yè)務(wù)。

①非IP化基站包括傳統(tǒng)2G基站和未進行IP化改造的TD基站，這類基站的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)均統(tǒng)一打包在E1結(jié)構(gòu)內(nèi)，無法對其中的話音和數(shù)據(jù)進行分類識別，所以將其設(shè)為最高優(yōu)先級，預(yù)留帶寬進行直接透傳。

②IP化基站指的是IP化的TD基站，這類基站的業(yè)務(wù)在PTN網(wǎng)絡(luò)的入口處采用Port+Vlan進行流分類，然后根據(jù)不同的業(yè)務(wù)進行差異化服務(wù)，其業(yè)務(wù)類型劃分及優(yōu)先級設(shè)定如表1所示。

按照一個GE接入環(huán)接入15個3G基站，并保留部分帶寬用做專線等其他業(yè)務(wù)使用進行測算，建議每個3G基站業(yè)務(wù)設(shè)置CIR=30M，PIR=80M。

2.3.2 以太網(wǎng)專線業(yè)務(wù)

以太網(wǎng)專線業(yè)務(wù)可以分為出租專線業(yè)務(wù)、CMNET專線接入業(yè)務(wù)和WLAN業(yè)務(wù)。

①出租專線業(yè)務(wù)，這類業(yè)務(wù)在PTN網(wǎng)絡(luò)的入口處采用Port進行流分類，PW優(yōu)先級設(shè)置為EF，PIR=CIR=客戶簽約帶寬。

②CMNET專線接入業(yè)務(wù)根據(jù)客戶等級劃分為金牌、銀牌和普通客戶，這類業(yè)務(wù)在PTN網(wǎng)絡(luò)的入口處采用Port進行流分類。金牌客戶業(yè)務(wù)的優(yōu)先級為EF，PIR=CIR=客戶簽約帶寬；銀牌客戶業(yè)務(wù)的優(yōu)先級為AF4，PIR=CIR=客戶簽約帶寬；普通客戶業(yè)務(wù)主要有通過OLT上聯(lián)的業(yè)務(wù)，優(yōu)先級設(shè)為AF2，不進行PIR和CIR設(shè)置。

③WLAN業(yè)務(wù)在PTN網(wǎng)絡(luò)的入口處采用Port+Vlan進行流分類，業(yè)務(wù)等級與IP化TD基站基本相同，因此不再贅述。根據(jù)熱點區(qū)域的不同，設(shè)置不同的PIR/CIR，正常情況下建議A類區(qū)域（如高校）設(shè)置CIR=100M，PIR=100M；B類區(qū)域（如機場、火車站和大型會展中心等公共區(qū)域）設(shè)置CIR=50M，PIR=100M；C類區(qū)域（根據(jù)用戶需求加強覆蓋的區(qū)域，如酒店、商務(wù)寫字樓等半封閉場所）設(shè)置CIR=50M，PIR=50M。

3 結(jié) 語

為了更好地承載數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，PTN技術(shù)首次在傳送網(wǎng)中引入了Qos的概念，利用Qos的差分化服務(wù)特性，運營商可以根據(jù)業(yè)務(wù)種類和級別來分配傳送資源，制定不同的轉(zhuǎn)發(fā)策略，這樣不僅能提供多等級區(qū)分的服務(wù)以滿足用戶對服務(wù)質(zhì)量的不同要求，還能充分利用有限的傳輸網(wǎng)絡(luò)資源來滿足數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)高速發(fā)展的需求，有助于提高用戶滿意度和企業(yè)運營收益。

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