NGN和UMTS网络间的QoS参数映射

    1、引言

      随着通信技术的飞速发展，无线环境和移动设备的引入，以及多媒体业务的增加，单一的网络已经不能满足人们对业务的需求。能否将几个网络结合起来，共同保证同一业务的服务质量，关键在于能否找出恰当的QoS参数映射机制，顺利地完成异构网络间的参数映射。异构网络中的参数映射是QoS中的研究热点，也是3G和NGN中普遍关注的问题。我们知道，不同的网络都已经拥有各自比较完善的QoS机制，能够在网络内部较好地为用户提供点对点QoS保证的服务，但要在异构网中为用户提供点对点的QoS保证却很困难。

      文中论述UMTS网络以及NGN中的QoS机制、分类和相应参数。在此基础上，介绍了两种QoS参数映射方法，并且构建了一个QoS映射的网络模型。结合移动过程中进行无缝转接所需要的条件和限制，选用第一种方法来完成网络模型中的QoS参数映射。

    2、UMTSQoS简介

      目前，全球移动通信正以前所未有的速度高速发展，3G的标准也在不断完善。通用移动通信系统UMTS（UniversalMobileTelecommunicationSystem）是3G无线网络的重要组成部分之一，UMTS中对3G QoS的框架和分类进行了详细的描述。

  2.1UMTSQoS分类

      UMTS的业务是基于承载的业务，根据业务对时延的敏感度将其分为会话业务、流业务、交互业务和后台业务。它们对应的QoS类如下：

      会话类；流类；交互类；后台类。

  2.2UMTSQoS的相关参数

      QoS是由速率、延时、优先权等一系列具体参数来描述的，不同的网络，用来描述QoS的具体参数也可能有所不同。用于描述UMTS承载业务的QoS参数包括：最大比特率（kbit/s），保证的比特率（kbit/s），传送顺序（是/否），最大业务数据单元（SDU）尺寸（bit），SDU格式信息（bit），SDU差错率，残留误码率，错误SDU的传送（是/否/-），传送时延。

    3、NGN QoS

      NGN（NextGenerationNetwork），是一个用于定义和部署网络的概念，广义范围内NGN涵盖了目前比较活跃的各个网络领域，包括下一代IP网络、3G和智能光网络。狭义范围内NGN是PSTN、SS7信令网和因特网（Internet）的三网嫁接，它虽然也涉及移动性问题，但不包括移动网络的演进范畴。为了便于讨论，本文以狭义的NGN为主要讨论对象。

      NGNQoS的参数级等级划分如下：

  1.呼叫建立时间

      呼叫建立时间可分为：O～1s（最好）、1～3s（较好）、3-5s（一般）和大于5s（较差）。

  2.丢包率和抖动

      据丢包率和抖动情况分类：良好，中，较差。

  3.时延

      时延：≤150ms（最好）、150～250ms（较好）、250～450ms（一般）和450ms以上（差）。

    4、NGN和UMTS网络中的参数映射

  4.1参数映射构架

  1.假设场景

      为了便于研究，假设文中的场景如下：某一正在使用实时视频会话业务的UMTS用户漫游到NGN网络中，并且可以进行无缝转接，继续通信。

  2.网络构架图

      图1描述了UMTS用户的漫游到NGN的过程以及漫游前后数据的流程。其中NGN可以支持多个接入网，每个接入网可以支持多种接入技术，因此，该网络允许不同的运营商在同一环境中操作。他们之间可以通过特殊的协议来互通。

    图1 NGN和UMTS网络间QoS参数映射的网络架构图

  4.2参数映射架构工作原理

  1.NGN网络部分

      NGN核心网采用DiffServ模型，因此可以升级。最重要的QoS单元是QoSBroker，因为该实体执行允许控制和网络资源管理。通过激活会话和相应的请求来控制网络路由器，并且通过设置网络初始转换来调节负载。

      基本的QoS服务由AN提供，而更多的高级服务由核心网的SPP（服务支撑平台）来支持。在接入网中，引入服务代理服务器来支持高效服务。

      MMSP（多媒体服务代理）感知用户服务请求，跟接入网中的QoSBroker作用很相似。NGN中的多媒体业务可以通过MMSP和QoSBroker交互的方式来提供。如果要提供多媒体流服务，需要引入MMServer（多媒体服务器），放置在应用服务器边缘。在域内QoS的相关定义由PBNMS（基于策略的网络管理系统）提供，并且由AN QoS Broker处理后传到不同接入网的AN中。为了更好地认证和计费，在每个域内引入A4C服务器。核心网络（CN）也有一个QoS Broker，负责加速穿越核心网跟其他的管理域通信的流。

      ARM是高级路由机制的缩写。它除了具有传统路由的寻路功能以外，还引入了一些特殊的功能，具体作用在后面详细讲述。ARM不需要改变任何传统应用，就可以提供与基本代理功能相同的功能实体，它被认为是一个专业的智能透明代理。

  2.UMTS网络部分

      图中UMTS网络中通过UTRA（UMTS陆地无线接入）网络将业务接入。UTRA网络中的3G用户的接入控制和业务寻路是通过UMTS中的包交换域来完成的。包交换域包含了业务GPRS（SGSN）支持点和网关GPRS支持点（GGSN）。SGSN起到代理服务器的作用。GGSN是UMTS网络的边缘路由器，该实体是翻译映射模块可以对参数进行合理的映射，并且通过选通功能模块进行基于策略的接纳控制。

  3.切换过程

      在上面网络架构图中，通过两种技术将实时视频业务接入到核心网络中：UMTS陆地无线接入网（UTRAN）和NGN接入技术。UTRAN中的3G用户的接入控制和业务寻路完全由UMTSPS网络单元执行。当该用户漫游到NGN接入网中后，通过具有翻译、寻路等功能的ARM接入到NGN的核心网络中，进而由相应的路由器转接到核心网络中。其数据经过的路线从图中红色实线转为红色虚线。在整个过程中，UMTS用户会改变无线接入技术，并且可以保持通话的持续性。因此，我们假设该架构可以实现无缝转接特性。

  4.网络架构中参数映射的实现

      如上面所讲，ARM是改进了的边缘路由器，可以将IntServ的RSVP机制转换成DiffServDSCP标志和QoSBroker请求该功能实体采用，还可以对多媒体服务执行应用层到网络层的QoS映射。此处ARM采用通用参数映射方法，将UMTSQoS参数映射成DiffServ QoS参数，以供NGN使用。

      所谓通用映射算法，是一种将其他QoS分类映射到通用QoS分类的一种参数映射方法。各种分类均可以映射到通用分类中，从而实现不同网络间QoS的参数映射。

    5、结论

      本文阐述了参数映射的重要意义，介绍了两种参数映射算法，并选取通用参数映射算法用于搭建的参数映射架构中，最终完成了UMTS网络和NGN的参数映射。这种设想还不是很成熟，仍然需要大量的试验验证，以后我们将进一步丰富构架的细节。