VOIP DiffServ网络中基于策略的QoS管理框架

摘要：在DiffServ域中采用面向连接的方式针对语音流加强资源管理，对语音流量进行测量、建模、控制来提高1P电话的服务质量，既能便于语音流的管理，又能尽量减少连接建立和释放的开销，提高带宽利用率。

关键词：服务质量；DiffServ；IP电话；流量控制

1、面向连接的DiffServ路由选择机制

随着多样IP业务的飞速发展，传统Inter-net所提供的Best Effort方式，已不能满足语音、视频电话等交互式业务对带宽和实时性的要求。到目前为止，已提出了两种体系结构：IntServ集成业务体系结构和DiffServ区分业务体系结构。

IntServ尽管能提供QoS保证，但扩展性较差。因为其工作方式是基于每个流的，这就需要保存大量与分组队列数成正比的状态信息。在骨干网上，业务流的数目可能会很大，同时要求路由器的转发速率很高，这使得IntServ难以在骨干网上部署。

为了克服IntServ的一些缺点，研究人员又提出DiffServ区分业务体系结构，旨在克服IntServ扩展性差的缺点。DiffServ通过把QoS需求相近的各业务流汇聚成一个增大业务流，以减少调度算法所处理的队列数。并通过PHB(Per Hop Behavior)逐跳的转发方式来提供一定程度上的QoS保证。

对DiffServ网络互联的概念进行扩展，即核心网络是基于面向连接的，提供快速交换和流量控制机制；而边界网络支持DiffServ体系结构，实现与用户的服务级别约定(SLA)、边界流量调节及域间QoS，保证大规模网络的可扩展性；连接的建立是采用基于标记的思想，根据IP电话语音流的标记来建立连接。对时延敏感的语音流一般采用迅速转发PHB(EF)，因此，面向连接的DiffServ建立连接只针对EF，而AF仍采用无连接的方式进行传输。这样，既能便于语音流的管理，很好地解决语音流在核心路由器的汇聚影响传输质量的问题，又能尽量减少连接建立和释放的开销，提高带宽利用率。

2、网络仿真和性能分析

我们通过网络仿真对理论结果进行验证，采用的仿真工具是OPNET Modeler8.0。

2．1仿真实验

网络节点功能模块

为了实现面向连接的DiffServ模型，优化配置网络资源，构造出一个适合IP语音流传输的网络。

面向连接的DiffServ网络节点主要实现数据接收模块、资源管理、路由选择、会话建立和撤消，以及实现DiffServ区分服务的基本QoS组件。

数据接收模块接收分组和网络状态信息；资源管理模块管理该节点的缓冲区使用情况和网络状态信息；路由选择模块检查实际的网络资源使用情况，判断是否接纳EF流，为AF和EF选择路由，并将结果反馈到标记器和会话建立/撤消模块。

2．2网络拓扑结构

网络模型中配置了三台主机VoiceClient、Web Client和Remote Voice Client，一台服务器Http Server，两台核心路由器CoreRouter和两台边缘路由器Edge Router。

链路速率都为100Mbps。我们定义了两种业务类型，一种为语音业务，采用EF服务，带宽为20Mbps，其对应的DSCP为10100000，起始时间为2分30秒；一种为Web业务，采用AF服务，对应的DSCP为00000000。起始时间为2分40秒。仿真时间为30分钟。

面向连接的DiffServ模型的路由器的缓冲区大小设置为160M，WRED的上限值maxth=160M，下限值minth=80M，丢弃概率P＝(avq-400)/400；DiffServ模型的缓冲区大小为200M，设置AF和EF两个队列，AF队列分配带宽为80Mbps，EF分配带宽为20Mbps。

2．3实验结果

在该实验中我们建了两个场景DiffServ和connected_DiffServ，采用相同的网络拓扑结构。场景DiffServ的路由器支持DiffServ，采用传统最短路径优先路由算法，不支持流量工程；场景connected_DiffServ支持面向连接的DiffServ，采用的路由算法支持流量工程。

在场景DiffServ中，语音业务所占带宽为20Mbps。与语音流大小相等，虽然语音流能获得所需带宽，不会因为队列溢出而导致分组丢失，但由于调度器不对语音流优先进行处理，语音流的传输时延并不能得到保证。在场景connected_DiffServ中，由于语音业务起始时间先于Web业务，由于采用了优先级队列，connected_DiffServ语音业务的传输质量肯定优于场景DiffServ的语音业务；而con－nected DiffServ的Web业务在边缘路由器上的传输性能低于DiffServ，在核心路由器上高于DiffServ。

3、实验小结

通过上面的网络仿真，我们比较了在两种不同的网络模型中，QoS需求的业务――语音业务和Web业务的服务质量。

(1)支持面向连接的DiffServ模型采用了队列调度算法，可以为有QoS需求的语音业务流提供有效的QoS保障，而支持DiffServ的网络模型在负载较重的情况下对于超出固定流量之外的EF分组时延将不能保证。

(2)支持面向连接的DiffServ模型有拥塞控制和流量工程机制，可以充分利用网络资源。为其他业务流提供可靠的QoS保障。