寬帶智能提速平臺保障高優先級業務的方案和實踐

陳淑珍，王 磊，楊敏維

（中國電信股份有限公司廣州研究院 廣州510630）

1 概述

智能管道就是構建可智能管控的網絡，全面提升網絡智能承載能力，以實現“用戶可識別、業務可區分、流量可控制、網絡可管理”的目標。寬帶智能提速平臺是中國電信智能管道的重要組成部分，也是智能管道階段性的落地應用。它基于對業務接入控制點（BRAS）的智能控制，提供用戶帶寬整體提速和業務差異化QoS。

目前智能提速平臺已實現用戶帶寬整體提速。如何使用差分服務的分類和標記、隊列調度工具來保障寬帶高優先級業務，實現業務差異化QoS，已成為智能提速平臺需解決的問題。

2 基于差分服務的寬帶網絡QoS模型

差分服務由RFC2475標準定義，它提供端到端的業務QoS保障，差分服務的分類和標記工具對業務流進行分類，并根據分類標記業務流DSCP（differentiated services code point,差分服務代碼點）。隊列調度工具對不同標記的業務流進行隊列調度，高優先級業務流得到優先轉發。

具備相同差分服務功能的網絡稱為DS域，它由DS節點組成。DS節點包括邊界節點和內部節點。邊界節點連接本DS域和其他DS域，內部節點連接同一DS域的其他DS內部節點或者邊界節點。DS邊界節點實現復雜或簡單的分類和隊列調度功能。內部節點實現簡單分類和有限隊列調度功能。基于上述差分服務的思想，寬帶網絡QoS模型如圖1所示。

（1）流分類和標記

流分類和標記是實現QoS的基礎，它按照一定的規則識別符合特征的業務流并標記。根據匹配規則的不同，流分類分為簡單分類和復雜分類。簡單分類是根據DSCP進行分類，建立業務和隊列優先級之間的映射關系。復雜分類是根據源IP地址、目的IP地址、源MAC、目的MAC、IPP、端口、協議等進行分類，并標記DSCP。邊界節點對業務流進行復雜分類和標記和簡單分類，內部結點進行簡單分類。

（2）流量管控

流量管控是session限速，流量管控將session業務流限制在特定帶寬內傳送，當業務流的帶寬總和超過限制帶寬時，將丟棄數據分組或緩存數據分組再傳。邊界節點對業務流進行流量管控，內部結點進行有限的流量管控。

（3）隊列調度

隊列調度是擁塞管理的實現技術，是實現QoS的重要機制。隊列調度依賴于業務流分類和標記，對不同標記的業務流提供不同的優先級服務。常用隊列調度算法有PQ、FIFO、CQ、WFQ、PWFQ，寬帶網絡多采用PWFQ。邊界節點和內部結點對業務流進行隊列調度。

圖1 寬帶網絡QoS模型

圖2 智能提速平臺與BRAS關系

3 保障高優先級業務的方案

本文僅討論從業務服務器到用戶側端到端的高優先級業務保障方案。方案要求當網絡中同時存在多種業務流時，優先保障高優先級業務流，其他低優先級業務流無法搶占其帶寬，當高優先級業務流不存在時，其他低優先級業務流可以搶占其帶寬。

根據方案的要求，在業務流進入DS域的交換機上，根據業務流的源IP地址分類并標記DSCP，優先轉發高優先級業務流。業務流經過的城域網CR、BR信任業務流DSCP，優先轉發高優先級業務流。在業務流離開DS域的BRAS上根據業務流的DSCP分類，進行隊列調度，優先轉發高優先級業務流。

方案的重點在于智能提速平臺根據用戶業務屬性下發DQP（dynamic QoS parameter，動態服務質量參數），動態控制BRAS上的隊列調度，實現網絡能力和用戶業務的相關性。智能提速平臺和BRAS兩者關系如圖2所示。

DQP方式要在BRAS上預先配置默認模板，設置隊列總帶寬、各個隊列對應優先級的默認值，隊列總帶寬是不超過所有業務流帶寬之和的限制帶寬。

BRAS根據智能提速平臺下發的DQP修改模板中隊列總帶寬、隊列對應優先級的默認值。為防止高優先級業務搶光隊列總帶寬，導致低優先級業務“餓死”，可在模板中增加高優先級業務的帶寬限制，也可增加同一優先級業務的帶寬占比。

值得指出的是，智能提速平臺對用戶帶寬的整體提速，是根據用戶業務的屬性下發QPM(QoS policy metering)修改AAA服務器設置的session限速帶寬實現的。DQP無疑要比QPM管控的粒度細，QPM不區分同一session上的業務，僅實現整體提速，而DQP區分同一session上的業務，并對業務實施隊列優先級調度。

圖3 現網測試環境

4 保障高優先級業務的實踐

4.1 現網測試環境和配置

現網的測試環境如圖3所示。本文對銅纜用戶的橋接模式和路由模式進行了測試。測試中選取10000號測速模擬高優先級業務，ITV模擬中優先級業務，迅雷模擬低優先級業務。10000號測速流和迅雷流位于用戶AD session，ITV流位于ITV session。

圖3中同一DS域中的網元共同完成業務服務器到用戶側端到端的高優先級業務保障。

·出口交換機：DS域邊界節點，根據業務流的源IP地址對業務流進行分類和標記，標記10000號測速業務流DSCP為16，標記ITV業務流DSCP為8，標記迅雷業務流DSCP為0，根據DSCP對業務流進行隊列調度，轉發高優先級業務。

·城域網CR/BR：DS域內部節點，信任業務流DSCP，根據DSCP對業務流進行分類和隊列調度，轉發高優先級業務。

·BRAS：DS域邊界節點，預先配置默認模板，信任業務流DSCP，根據DSCP對業務流分類，接收智能提速平臺下發的DQP，修改模板中隊列總帶寬、隊列對應優先級的默認值，增加對高優先級業務的帶寬限制和同一優先級業務的帶寬占比，轉發高優先級業務。

· 智能提速平臺：對BRAS下發DQP。

測試前期已在出口交換機和城域網CR、BR上配置好流分類和標記策略和隊列調度算法，本文不再贅述。測試聚焦在智能提速平臺與BRAS交互，實現動態控制隊列調度的流程。

智能提速平臺與BRAS交互流程如圖4所示。

圖4 智能提速平臺與BRAS交互流程

流程解釋如下。

（1）用戶輸入賬號和密碼，撥號上線。此處用戶包括AD用 戶 和ITV用 戶。

（2）BRAS向AAA服務器發送認證請求分組，請求認證，請求信息包括用戶賬號和密碼。

（3）AAA服務器對用戶賬號和密碼認證成功后，向BRAS返回認證應答分組，應答信息包括session限速帶寬，分別限制用戶AD session和ITV session下行帶寬。

（4）BRAS對撥號session設置限速帶寬，用戶上網帶寬不能超過限速帶寬。

（5）BRAS轉發用戶上網請求分組給智能提速平臺。

（6）智能提速平臺根據用戶的業務屬性，判斷是否需要保障高優業務。

（7）如果用戶需要保障，則智能提速平臺下發DQP。

（8）BRAS接收DQP，修改默認模板。

下面對步驟（8）作詳細說明，BRAS預先配置的默認模板如下：

qos policy dacs pwfq

rate maximum 100000

queue 0 priority 7 weight 100

queue 1 priority 7 weight 100

queue 2 priority 7 weight 100

queue 3 priority 7 weight 100

queue 4 priority 7 weight 100

queue 5 priority 7 weight 100

queue 6 priority 7 weight 100

queue 7 priority 7 weight 100

其中，rate maximum 100000表示默認隊列總帶寬為100 Mbit/s，queue0～7表示不同業務進入的隊列，priority表示隊列優先級，默認缺省為7，表示未對隊列設置優先級。

BRAS已將DSCP和隊列之間對應關系做了配置，其對應關系如表1所示。

智能提速平臺下發的DQP如下：

Dynamic-Qos-Param:="pwfq-circuit-rate-max 6144 parent"http://修改隊列總帶寬

表1 DSCP與隊列之間對應關系

Dynamic-Qos-Param:="pwfq-queue-priority 2 2 parent"http://修改10000號測速業務流隊列優先級

Dynamic-Qos-Param:="pwfq-queue-priority 1 1 parent"http://修改ITV業務流隊列優先級

Dynamic-Qos-Param:="pwfq-queue-priority 0 0 parent"http://修改迅雷業務流隊列優先級Dynamic-QoS-Param:="pwfq-priority-group-rate 2 rate-absolute 4096"http://設置優先級2的限速帶寬

BRAS根據DQP，對默認模板進行如下操作。

（1）修改隊列總帶寬，將模板中rate maximum的值設置為6 Mbit/s。

（2）修改隊列2、隊列1、隊列0的優先級。10000號測速流進隊列2，優先級2；ITV流進隊列1，優先級1；迅雷流進隊列0，優先級0。3種業務流的優先級順序為10000號測速>ITV>迅雷。

（3）設置隊列優先級2限速帶寬，將10000號測速流帶寬限制為4 Mbit/s。

4.2 現網測試結果和分析

4.2.1 測試結果

測試采用不同限速帶寬組合觀察3種業務流的搶占情況，10000號測速流、迅雷流位于AD session，ITV流位于ITV session，初始流量均設置為8 MB。測試結果如表2所示。

表2 現網測試結果

測試結果表明，當3種業務流存在時，BRAS的隊列調度有效果，保障了高優先級業務。

4.2.2 詳細測試記錄和分析

表3是橋接模式下隊列總帶寬=6 Mbit/s、AD session限速帶寬=4 Mbit/s、ITV session限速帶寬=4 Mbit/s情況下的詳細測試記錄。

對詳細測試記錄分析如下。

（1）10000號測速流+ITV流

10000 號測速流+ITV流情況下的QoS模型如圖5所示。

·10000號測速流帶寬=8 Mbit/s、隊列2限速帶寬=4 Mbit/s、入隊列2帶寬＝4 Mbit/s，出隊列2帶寬＝4 Mbit/s。

圖5 10000號測速流+ITV流情況下的QoS模型

表3 詳細測試記錄

·ITV流帶寬＝4 Mbit/s、session限 速 帶寬=4 Mbit/s、入隊列1帶寬＝4 Mbit/s、出隊列1帶寬＝4 Mbit/s。

·隊列調度時，優先轉發10000號測速流，隊列總帶寬=6 Mbit/s，10000號 測 速 流 獲 得4 Mbit/s帶 寬，ITV流獲得剩下的2 Mbit/s帶寬。

（2）10000號測速流+迅雷流

10000 號測速流+迅雷流情況下的QoS模型如圖6所示。

·10000號測速流帶寬=8 Mbit/s、隊列2限速=4 Mbit/s、入隊列2帶寬=4 Mbit/s、出隊列2帶寬=4 Mbit/s。

·迅雷流帶寬=8 Mbit/s、入隊列0帶寬=8 Mbit/s、出隊列0帶寬=8 Mbit/s。

·隊列調度時，優先轉發10000號測速流，隊列總帶寬=6 Mbit/s，10000號測速流獲得4 Mbit/s帶寬，迅雷流獲得剩下的2 Mbit/s帶寬。

（3）迅雷流+ITV流

迅雷流+ITV流情況下的QoS模型如圖7所示。

·迅雷流帶寬=8 Mbit/s、入隊列0帶寬=8 Mbit/s、出隊列0帶寬=8 Mbit/s。

·ITV流帶寬=4 Mbit/s、session限 速=4 Mbit/s、入隊列1帶寬4 Mbit/s、出隊列1帶寬4 Mbit/s。

·隊列調度時，優先轉發ITV流，隊列總帶寬=6 Mbit/s，ITV流獲得4 Mbit/s帶寬，迅雷流獲得剩下的2 Mbit/s帶寬。

（4）10000號測速流+迅雷流+ITV

10000 號測速流+迅雷流+ITV情況下的QoS模型如圖8所示。

·10000號測速流帶寬=8 Mbit/s、隊列2限速=4 Mbit/s、入隊列2帶寬=4 Mbit/s、出隊列2帶寬=4 Mbit/s。

·迅雷流帶寬=8 Mbit/s、入隊列0帶寬=8 Mbit/s、出隊列0帶寬=8 Mbit/s。

·ITV流帶寬=4 Mbit/s、session限 速=4 Mbit/s、入隊列1帶寬=4 Mbit/s、出隊列1帶寬=4 Mbit/s。

·隊列調度時，優先轉發10000號測速流，隊列總帶寬=6 Mbit/s，10000號測速流獲得4 Mbit/s帶寬，迅雷流為0，ITV流獲得剩下的2 Mbit/s帶寬。

上述效果的前提條件是需要將AD session限速設置為物理線路最大帶寬，以10000號測速流+ITV+迅雷流為例分析為什么要設置最大帶寬，圖9是不設置最大帶寬的QoS模型。

圖6 10000號測速流+迅雷流情況下的QoS模型

圖7 ITV流+迅雷流情況下的QoS模型

圖8 10000號測速流+迅雷流+ITV流情況下的QoS模型

圖9 不設置最大帶寬的QoS模型

·10000號測速流和迅雷流經過session限速帶寬4 Mbit/s后，二者均分4 Mbit/s帶寬，入隊列帶寬=2 Mbit/s，出隊列帶寬=2 Mbit/s。

·ITV流帶寬=4 Mbit/s、session限速=4 Mbit/s、入隊列1帶寬=4 Mbit/s、出隊列1帶寬=4 Mbit/s。

·隊列調度時，優先轉發10000號測速流，隊列總帶寬=6 Mbit/s，10000號測 速流獲得帶寬2 Mbit/s，迅雷流為0 Mbit/s，ITV流獲得剩下的2 Mbit/s帶寬。

此結果不符合預期的10000號測速流帶寬為4 Mbit/s，迅雷流帶寬為0，ITV流帶寬為2 Mbit/s的結果。原因在于對AD session限速后，AD session中的10000號測速流和迅雷流互搶并丟棄分組，導致優先級隊列調度時，高優先級流量減少，無需完全搶占帶寬。因此實現高優先級業務保障的前提就是智能提速平臺將AD session限速設置為物理線路最大帶寬。

5 結束語

智能提速平臺是為中國電信公眾類寬帶接入用戶提供差異化服務的手段，是構建智能管道的抓手。智能管道的重要意義在于能識別用戶，區分用戶的業務，為不同用戶的不同業務提供差異化QoS服務。現階段智能提速平臺實現的實時動態調整用戶帶寬方案，只是控制用戶session帶寬，它無法為不同用戶的不同業務提供差異化QoS服務。只有增加隊列調度，才能真正做到“用戶可識別、業務可區分、流量可控制、網絡可管理”。本文提出了智能提速平臺動態控制BRAS隊列調度的方案，實現了為用戶高優先級業務提供QoS保障的目標。這個方案為智能提速平臺相關技術規范的修訂和智能提速平臺的新版本的升級改造提供了具體可行的依據，也為智能提速平臺的演進提供了堅實的基礎。智能提速平臺將繼續在中國電信智能管道戰略中扮演重要的角色。

1 徐國棟.RFC 2475標準.北京：中國互動出版網，2010

2 楊敏維.寬帶差異化解決方案及應用.通信技術,2007(8)：2～4

3 何峣.家庭寬帶差異化應用控制系統的研究和實現.中山大學碩士學位論文，2009

4 孫麗娟，方義文，廖曉紅.智能管道——決勝移動互聯網時代.通信世界,2011(10):60～64