PTN 网络Qos技术及其应用研究

【摘要】 随着网络迅速发展，带宽呈膨胀式发展。作为新一代IP化传送网技术，PTN启动QoS策略势在必行， PTN 应具有可靠的服务能力，并能根据业务特性在服务质量和网络带宽耗用上取得平衡，因此对PTN 的QoS 技术应用研究具有十分重要的意义。PTN 设备作为网络边缘节点应用时，支持层次化的QoS控制。本文分析了PTN QoS技术的选择以及其在业务带宽调整、规划方面的应用。

【关键词】 PTN QoS 流量工程 带宽规划

一、前言

PTN是以分组业务为核心并支持多业务的承载网络，除了承载传统业务，还要承载实时性强、高带宽、低时延的基站回传业务。业务的可靠性和多样性要求PTN 能根据业务特性在服务质量和网络带宽耗用上取得平衡，因此对PTN 的QoS 技术应用研究具有十分重要的意义。

二、PTN Qos技术选择

2.1 QoS技术选择

QoS（Quality of Service）是指在网络通信过程中，允许用户业务在丢包率、时延、抖动和带宽方面获得可预期的服务水平。

PTN技术有三种QoS模型，分别是：（1）Best-Effort 模型：目前Internet的缺省服务模型，网络尽最大可能发送这些报文，但对时延，可靠性等性能不提供任何保障。（2）IntServ模型：业务通过信令向网络申请特定的QoS服务，网络在流量参数描述的范围内，预留资源以承诺满足该请求。（3）DiffServ模型：当网络出现拥塞时，根据业务的不同服务等级约定，有差别地进行流量控制和转发来解决拥塞问题。

Best-Effort 模型最简单，但无法对业务的传输质量提供保障；IntServ模型能提供有保证的端到端QoS，不足之处是要求端到端所有设备支持该协议，可扩展性差、协议报文开销大，不适用于大型网络；DiffServ模型只包含有限数量的业务级别，实现简单、扩展性好，不足之处是很难提供基于流的QoS保证，域与域之间的资源管理较复杂。IP骨干网往往采用DiffServ模型， IP边缘网可采用DiffServ模型或IntServ模型。

基于DiffServ模型的QoS技术包括分类和标记、监管和整形、拥塞管理和拥塞避免。

（1）分类和标记。将数据报文划分为多个优先级或多个服务类，根据分类结果交给其他模块处理或着色供核心网络分类使用。染色模式分为Color-Blind（色盲模式）和Color-Aware（色敏感模式）。两种模式均对报文按照令牌桶的CIR（Committed Information Rate）和PIR（Peak Information Rate）与报文的当前速率进行比较，超过PIR 的报文染红色，超过CIR 但低于PIR 的报文染黄色，低于CIR的报文染绿色。区别在于Color-Aware 模式下，如果报文本身带有颜色，会与报文本身的颜色比较，取更深的颜色。（2）监管和整形。流量监管的作用是限制进入网络的某一连接的流量与突发。如某个连接的报文流量过大，流量监管就可以对该报文采取不同的处理动作，例如丢弃报文，或重新设置报文的优先级等。通常使用CAR（Committed Access Rate）对染色后的报文是否丢弃进行处理，默认处理规则为：红色报文丢弃，黄色、绿色通过。流量整形的作用是限制流出网络的流量与突发，使报文均匀地向外发送。通常使用令牌桶和队列技术来完成该功能。当有报文的发送速度过快时，在令牌桶的控制下，暂时在队列中进行缓存，再以均匀的速率将这些报文发送出去。（3）拥塞管理。拥塞管理是指当网络拥塞时，将不同优先级的报文缓存进不同的队列，并采取某种调度算法安排报文的发送次序，使不同队列得到不同的调度优先级、时延和带宽保证。（4）拥塞避免。拥塞避免通过监视网络资源的使用情况，在拥塞有加剧趋势时，主动丢弃报文，调整网络的流量来解除网络过载。设备在丢弃报文时，并不排斥与源端的流控动作（比如TCP流控）的配合，丢包策略和源端流控机制有效的组合，使网络吞吐量和利用率最大化，使报文丢弃和延迟最小化。

2.2 HQoS技术选择

PTN 设备作为网络边缘节点时，支持层次化的QoS（Hierarchical QoS， HQoS）控制。PTN 设备提供的HQoS 具有以下特点：（1）多级调度机制，实现了基于端口、业务、PW 或QinQ 的调度。（2）多级流量控制机制，实现了基于端口、业务、PW 或QinQ 链路的流量控制。（3）支持多种QoS策略，包括端口QoS 策略、ATM策略、V-UNI Ingress策略、V-UNI Egress 策略、 PW策略、QinQ策略、WFQ策略、WRED策略。（4）可配置每用户的CIR、PIR。

HQoS在网络边缘侧的设备上完成，可保持核心网络的简单性，避免网络中每个设备都进行复杂的QoS 处理。HQoS对于接入的业务：（1）每业务支持一级CAR，支持对报文进行染色。（2）每业务支持三级调度（即V-UNI+CoS、PW+CoS、Port+CoS），每级调度支持8 个队列，支持shaping，WRED，其中3个低时延队列，5个非低时延队列。（3）每业务入网元最多支持四级带宽限制，出网元最多支持四级带宽限制。

三、PTN Qos的应用

网络Qos规划是网络设备设计、流量工程、链路带宽设计等工作中的关键技术之一，对于提高网络性能、充分利用网络资源起着基础性的支撑作用。主要应用包括：

（1）业务带宽调整。实时带宽小于物理带宽时不启用Qos策略。若实时带宽远小于收敛比，可考虑提高各业务配置的保证带宽，以加大网络的利用效率，减少丢包数量。若实时带宽已接近物理带宽，可考虑降低各业务配置的保证带宽，提高峰值带宽，以保证优先级高的业务不被丢弃。

实时带宽大于于物理带宽时启用Qos策略，进行优先级调度。

进行带宽调整时，不仅要考虑实时流量和收敛比，还需要根据一段时间内的统计量进行综合分析，可避免产生较大的误差。

（2）业务带宽规划。PTN的业务最多可分为8组服务等级，每个优先级别可设置有保证的CIR和非保证的PIR。假定所传送的数据共有四类，按照对QoS的要求从高到低分别为：话音、视频、优先数据和普通数据。如话音的CIR、PIR都是2Mbit/s，视频的CIR

对启用Qos策略的链路，当流量低于物理带宽时，全部业务保证转发。保证带宽的取值应不大于物理带宽，以保证业务的转发。峰值带宽取值不小于保证带宽，可能大于物理带宽，也可能小于物理带宽；当峰值带宽大于物理带宽时，超出物理带宽的部分要接受QoS调度，较高优先级的报文继续转发，较低优先级的报文被丢弃。

四、结论

QoS 是PTN 区别于传统SDH 传送网的核心技术，是PTN 中业务服务质量的保障。在传送网资源日益紧张的今天，随着PTN网络的发展，其Qos功能将得到进一步的开发和应用。