QoS技術(shù)在西南地區(qū)TDM業(yè)務(wù)承載網(wǎng)的應(yīng)用

王熠

【摘要】? ? QoS技術(shù)是指一個通信網(wǎng)絡(luò)通過對各種基礎(chǔ)技術(shù)的運(yùn)用，形成一種安全機(jī)制，以解決網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)的延遲和擁塞等現(xiàn)象問題。本文分析了QoS技術(shù)在西南地區(qū)TDM業(yè)務(wù)承載網(wǎng)中的應(yīng)用，利用TDM業(yè)務(wù)承載網(wǎng)搭建環(huán)境進(jìn)行測試，驗證了基于空管業(yè)務(wù)的通信網(wǎng)絡(luò)QoS技術(shù)應(yīng)用的有效性，并就未來地區(qū)業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展提出了QoS技術(shù)在多業(yè)務(wù)承載環(huán)境下的部署建議。

【關(guān)鍵詞】? ? QoS? ? 部署機(jī)制? ? 多業(yè)務(wù)承載? ? TDM

引言：

近十年，中國民航處于飛速發(fā)展的階段，空管行業(yè)承載的業(yè)務(wù)量也不斷增多，引接業(yè)務(wù)種類更加多元化。新建成的西南地區(qū)TDM業(yè)務(wù)承載網(wǎng)替代了原來的ATM網(wǎng)，能夠在通信網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)擁塞時，利用QoS技術(shù)將有限的網(wǎng)絡(luò)資源合理地分配給不同的通信業(yè)務(wù)。本文分析了QoS 技術(shù)在西南地區(qū)TDM網(wǎng)中的應(yīng)用，利用TDM網(wǎng)進(jìn)行應(yīng)用環(huán)境測試，驗證了基于空管業(yè)務(wù)的通信網(wǎng)絡(luò)QoS技術(shù)應(yīng)用的有效性，并就未來地區(qū)業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展提出了QoS技術(shù)在多業(yè)務(wù)承載環(huán)境下的應(yīng)用建議。

一、QoS技術(shù)在西南地區(qū)TDM業(yè)務(wù)承載網(wǎng)應(yīng)用分析

1.1? 西南地區(qū)TDM業(yè)務(wù)承載網(wǎng)現(xiàn)狀分析

西南地區(qū)TDM業(yè)務(wù)承載網(wǎng)用于承載空管安全保障業(yè)務(wù)，主要包括甚高頻語音信號、監(jiān)視信號、AFTN轉(zhuǎn)報信號和管制移交電話等核心業(yè)務(wù)。該網(wǎng)以IP技術(shù)作為體制內(nèi)核，使用新華三SR6616路由器作為匯聚設(shè)備搭建骨干承載網(wǎng)，業(yè)務(wù)落地設(shè)備MSR5680路由器和臺站接入設(shè)備MSR3660路由器搭建業(yè)務(wù)接入網(wǎng)。匯聚設(shè)備和業(yè)務(wù)落地設(shè)備之間為1G鏈路，完全能夠滿足雷達(dá)、甚高頻等核心業(yè)務(wù)的帶寬需求，暫不考慮部署QoS策略。而臺站接入設(shè)備和匯聚設(shè)備之間的租用的運(yùn)營商鏈路帶寬通常只有2M，極有可能發(fā)生端口擁塞造成甚高頻、雷達(dá)等業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)丟棄，延時抖動變大等情況。

1.2? 西南地區(qū)TDM業(yè)務(wù)承載網(wǎng)QoS部署機(jī)制

TDM業(yè)務(wù)承載網(wǎng)以Diff-Serv多服務(wù)模型作為QoS路由機(jī)制，根據(jù)業(yè)務(wù)種類在路由節(jié)點處進(jìn)行數(shù)據(jù)包分類，并利用不同的隊列技術(shù)來完成數(shù)據(jù)包的發(fā)送。一旦網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)擁塞，以各類業(yè)務(wù)的服務(wù)等級為原則， 差異化地通過流量控制和轉(zhuǎn)發(fā)來解決擁塞問題。

具體部署如下：將實時類業(yè)務(wù)作為快速傳送（Expedited Forwarding，EF）業(yè)務(wù)，在信號傳輸中使用優(yōu)先隊列（Priority Queuing，PQ）來確保業(yè)務(wù)的帶寬和時延;將準(zhǔn)實時類業(yè)務(wù)作為確保轉(zhuǎn)發(fā)（Assured Forwarding，AF）業(yè)務(wù)，在信號傳輸中使用帶寬等候隊列（Bandwidth Queuing，BQ）來容納該類業(yè)務(wù)，確保此隊列中傳輸業(yè)務(wù)的帶寬，但傳輸時延比EF業(yè)務(wù)高;其他種類業(yè)務(wù)作為盡力傳送（Best Effort，BE）業(yè)務(wù)，在不保證時延、帶寬等技術(shù)指標(biāo)的前提下盡最大可能發(fā)送出去，得到TDM承載網(wǎng)業(yè)務(wù)分類如表1所示。

二、QoS技術(shù)在西南地區(qū)TDM業(yè)務(wù)承載網(wǎng)應(yīng)用測試

2.1? QoS技術(shù)應(yīng)用測試場景搭建

本次QoS技術(shù)應(yīng)用測試在SR6616路由器和MSR3660路由器之間的2M鏈路進(jìn)行。數(shù)據(jù)流來源為：甚高頻數(shù)據(jù)通過內(nèi)話系統(tǒng)和電臺進(jìn)行真機(jī)數(shù)據(jù)測試;雷達(dá)數(shù)據(jù)由發(fā)送端的真機(jī)雷達(dá)進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送，接收端通過HCT-7000測試儀接收測試;普通數(shù)據(jù)流通過2端下掛PC電腦安裝Skydata.exe打流軟件進(jìn)行互相打流測試。

2.1.1? 測試方案一

1.在無任何QoS保障情況下，將雷達(dá)、甚高頻等業(yè)務(wù)接入TDM承載網(wǎng)設(shè)備并將MSR3660和SR6616路由器之間鏈路帶寬限制為200Kb/s;

2.在MSR3660和MSR5680路由器兩側(cè)持續(xù)打入100M普通以太網(wǎng)數(shù)據(jù)阻塞MSR3660和SR6616路由器之間的鏈路端口;

3.在MSR3660和SR6616路由器互聯(lián)端口阻塞情況下，驗證甚高頻、雷達(dá)等業(yè)務(wù)傳輸是否正常。

2.1.2? 測試方案二

1.在QoS分別保障甚高頻業(yè)務(wù)EF隊列100Kb/s帶寬、雷達(dá)業(yè)務(wù)AF隊列100Kb/s帶寬的情況下，將雷達(dá)、甚高頻等業(yè)務(wù)接入TDM承載網(wǎng)設(shè)備并將MSR3660和SR6616路由器之間鏈路帶寬限制為200Kb/s;

2.在MSR3660和MSR5680路由器兩側(cè)持續(xù)打入100M普通以太網(wǎng)數(shù)據(jù)阻塞MSR3660和SR6616路由器之間的鏈路端口;

3.在MSR3660和SR6616路由器互聯(lián)端口阻塞情況下，驗證甚高頻、雷達(dá)等業(yè)務(wù)傳輸是否正常。

2.1.3 測試方案三

1.在QoS分別保障甚高頻業(yè)務(wù)EF隊列100Kb帶寬、雷達(dá)業(yè)務(wù)AF隊列100Kb帶寬的情況下，將雷達(dá)、甚高頻等業(yè)務(wù)接入TDM承載網(wǎng)設(shè)備并將MSR3660和SR6616之間鏈路帶寬限制為200Kb/s;

2.在MSR3660和MSR5680路由器兩側(cè)接入打流設(shè)備，將100M以太網(wǎng)數(shù)據(jù)流混入雷達(dá)業(yè)務(wù)的AF隊列阻塞MSR3660和SR6616路由器之間的鏈路端口;

3.驗證在AF隊列擁塞并丟包情況下，雷達(dá)業(yè)務(wù)、甚高頻業(yè)務(wù)是否正常。

2.2? QoS技術(shù)應(yīng)用測試結(jié)果分析

經(jīng)過現(xiàn)場多次模擬測試，得到以下測試結(jié)果：

1.測試方案一：甚高頻通信業(yè)務(wù)在內(nèi)話系統(tǒng)和電臺之間通信異常無聲音;測試儀無法接收到雷達(dá)數(shù)據(jù)。

2.測試方案二：甚高頻通信業(yè)務(wù)在內(nèi)話系統(tǒng)和電臺之間通信聲音清晰流暢、無異常現(xiàn)象;測試儀接收雷達(dá)數(shù)據(jù)正常，測試儀無校驗錯誤和丟包。MSR3660 QoS隊列數(shù)據(jù)包統(tǒng)計如圖2顯示：普通隊列持續(xù)大量丟包，甚高頻EF隊列數(shù)據(jù)包正常轉(zhuǎn)發(fā)并且沒有丟包，雷達(dá)AF隊列數(shù)據(jù)包正常轉(zhuǎn)發(fā)并沒有丟包。

3.測試方案三： 甚高頻通信業(yè)務(wù)在內(nèi)話系統(tǒng)和電臺之間通信聲音清晰流暢、無異常現(xiàn)象;測試儀無法接收到雷達(dá)數(shù)據(jù)。MSR3660 QoS隊列數(shù)據(jù)包統(tǒng)計顯示：雷達(dá)AF隊列數(shù)據(jù)包正常轉(zhuǎn)發(fā)異常并持續(xù)丟包，甚高頻EF隊列數(shù)據(jù)包正常轉(zhuǎn)發(fā)并且沒有丟包。

通過以上測試結(jié)果可以看出，在無QoS機(jī)制保障的情況下，當(dāng)路由器端口發(fā)生擁塞時甚高頻話音和雷達(dá)數(shù)據(jù)都無法正常發(fā)送。引入QoS機(jī)制保障后，路由器端口發(fā)生擁塞時能優(yōu)先保障EF、AF隊列數(shù)據(jù)的發(fā)送，即使AF隊列混入大量數(shù)據(jù)流造成端口擁塞，也不影響優(yōu)先級最高的EF隊列數(shù)據(jù)傳送。現(xiàn)階段，路由器已逐步替代原來的PCM設(shè)備作為空管核心業(yè)務(wù)的主要傳輸手段，QoS保障機(jī)制的引入能夠在路由器端口發(fā)生擁塞時保障核心業(yè)務(wù)的傳輸，確保空中交通管制服務(wù)的正常運(yùn)行。

三、QoS 技術(shù)在多業(yè)務(wù)承載網(wǎng)的應(yīng)用思考

隨著管制業(yè)務(wù)需求的不斷增加，西南地區(qū)大量的支線機(jī)場也需要同空管核心節(jié)點進(jìn)行信息交互，完成相關(guān)業(yè)務(wù)的引接，IP業(yè)務(wù)的種類和數(shù)量越來越多，對網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的要求也越來越高。民航通信網(wǎng)的正式投用將空管地區(qū)級的業(yè)務(wù)接入網(wǎng)絡(luò)分為承載空管核心業(yè)務(wù)的TDM網(wǎng)和多業(yè)務(wù)承載IP網(wǎng)，多業(yè)務(wù)承載網(wǎng)主要傳送氣象信息數(shù)據(jù)庫和業(yè)務(wù)會商數(shù)據(jù)、機(jī)場航行情報系統(tǒng)數(shù)據(jù)、空管辦公自動化系統(tǒng)數(shù)據(jù)、空管視頻會商數(shù)據(jù)、通用航空管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)等信息。當(dāng)前運(yùn)營商專線的租賃價格并未隨著通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展而降低，在有限傳輸帶寬下如何利用QoS技術(shù)部署多業(yè)務(wù)承載，保障相對用戶更為重要的業(yè)務(wù)實時可靠傳送。 多業(yè)務(wù)承載網(wǎng)可以利用區(qū)分服務(wù)、快速路由收斂和快速重路由等技術(shù)實現(xiàn)QoS保證，實現(xiàn)方式如圖3所示。

1.接入層的操作原則側(cè)重執(zhí)行復(fù)雜流分類、流量監(jiān)管、流量整形。首先進(jìn)行復(fù)雜流分類，依據(jù)分組的網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、鏈路層信息，對符合相應(yīng)規(guī)則的數(shù)據(jù)流執(zhí)行預(yù)設(shè)操作;然后通過過濾、采樣、標(biāo)記、流速控制等操作步驟，將流重新定向到指定的下一條來實現(xiàn)策略路由。該層使用PQ+WRR的隊列調(diào)度機(jī)制，采取WRED機(jī)制避免擁塞發(fā)生。

2.匯聚層的操作原則是通過對其他業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)包的DSCP-EXP的映射轉(zhuǎn)換，完成隊列調(diào)度和擁塞避免;處理辦法是根據(jù)數(shù)據(jù)包各不相同的DSCP或EXP值采用PQ和WRR機(jī)制完成隊列調(diào)度，同時采取WRED機(jī)制避免擁塞發(fā)生。

3.核心層使用MDRR處理多種隊列的情形，采取WRED機(jī)制避免擁塞發(fā)生，從而實現(xiàn)基于硬件的流量整形、擁塞避免，確保最快速穩(wěn)定的業(yè)務(wù)傳送。

四、結(jié)束語

隨著西南地區(qū)民航通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)與發(fā)展，多種通信資源綜合化、多種業(yè)務(wù)傳輸一體化的傳輸網(wǎng)絡(luò)已初步形成規(guī)模。對于不同種類的業(yè)務(wù)傳輸需求，如何完善多業(yè)務(wù)傳輸服務(wù)質(zhì)量保障體系是關(guān)鍵。本文首先分析QoS技術(shù)特點及當(dāng)前TDM承載網(wǎng)的部署機(jī)制，通過搭建測試場景驗證了基于空管業(yè)務(wù)的通信網(wǎng)絡(luò)QoS技術(shù)應(yīng)用的有效性，研究適應(yīng)未來多業(yè)務(wù)承載環(huán)境的QoS部署機(jī)制。希望在業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)中部署QoS機(jī)制提高網(wǎng)絡(luò)資源的利用效率，同時保障業(yè)務(wù)傳輸?shù)膶崟r性和可靠性。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

[1]潘樂義. 空管多業(yè)務(wù)傳輸服務(wù)質(zhì)量保障技術(shù)研究[C]// 第一屆空中交通管理系統(tǒng)技術(shù)學(xué)術(shù)年會.

[2]王卉. QoS技術(shù)在FA36平面通信網(wǎng)中的應(yīng)用[J]. 中國新通信， 2020， v.22（10）：21-22.

[3]王佳煜. QoS在多業(yè)務(wù)承載網(wǎng)中的應(yīng)用[D]. 華東理工大學(xué).

[4]邵強(qiáng)， 何江邊. 多業(yè)務(wù)承載環(huán)境下寬帶IP城域網(wǎng)QoS部署方案分析[J]. 科技與創(chuàng)新， 2019（12）.