宽带接入网支持按需带宽业务及动态QoS的研究

摘要　宽带网络所承载的业务正从以传统互联网业务为主逐步向多业务承载方向发展，宽带接入网络必须实施网络转型以适应市场需求的变化和业务发展的需求。本文对按需带宽分配（BoD）业务以及BoD业务在宽带接入中的QoS需求进行了分析和研究，并进一步提出了在接入网内实施动态QoS的策略。

1、概述

自20世纪90年代中互联网进入中国以来，宽带接入业务发展如火如荼，给人们带来了崭新的通信世界。随着电信业的逐步开放，宽带业务发展日益呈现多元化、规模化、信息化等几大特点，传统的电信运营公司已经无法再停留于仅仅提供简单带宽接入业务服务。

随着市场和业务的变化使得传统的通信业务正向信息娱乐、数字化生活领域扩展，IP-TV、VoIP以及P2P应用等业务种类不断丰富。宽带接入网正向着接入承载差异化和接入资源管控化的方向发展，这必然导致宽带网络所承载的业务将从以传统互联网业务为主逐步向多业务承载方向发展。这就要求宽带网络实施网络转型，以适应市场需求的变化和业务发展的要求。

2、按需带宽分配（BoD）业务

按需带宽分配（Bandwidth on demand）业务是指可根据客户的需求提供最弹性的带宽选择空间，如有临时性的带宽需求，可临时增加服务带宽，使用完毕再恢复为原来的带宽，达到随意带宽的服务。象视频会议就是一个很好的例子。通过按需带宽分配还可以为不同带宽大小需求的客户提供差异化的带宽保证和控制服务。另外，对于具有呼叫特性的实时宽带业务，也需要运营商提供BoD服务，如VoIP语音、VoD视频点播等。

BoD业务有多种业务模式，一种是用户在接入网络之后，根据业务情况，由业务触发BoD业务需求（如VoD视频点播），也可能是登陆运营商提供的BoD业务portal页面进行触发；另一种是用户在接入网络认证时，进行BoD业务触发，如用户在PPP拨号时，运营商为用户提供BoD业务选项，但是，这可能需要专门的客户端拨号认证软件。

按需带宽分配业务可以是双向的（即上行和下行两个方向），也可以是单向的（即上行方向或者下行方向），但必须是端到端的，即从业务起点至业务终点之间都必须能够按照用户的带宽需求提供相应的带宽服务。如一个VoD视频点播业务需要有3M的下行带宽，那么，从视频播放服务器至用户的视频终端之间都需要有足够大小的带宽。

3、BoD业务在宽带接入网中的QoS问题分析

三层路由骨干城域网络一般采用轻载化思想，具有足够的带宽资源保证高速转发，并结合宽带重路由、路由快速收敛、DiffServ等技术配合，确保网络的可用性和区别服务能力。因此，对于BoD业务来说，如何保证业务控制点（BAS设备）以下的接入网络的带宽以及QoS成为业界关注的焦点。

在典型的树状拓扑宽带接入网中，对于上行方向来说，不同业务的上行通信量在接入平台、汇聚网络和业务控制点存在着汇聚现象，因此，对于上行方向的BoD业务来说，需要接入平台、汇聚网络和业务控制点配合需要其带宽保证和相应的QoS；对于下行方向的BoD业务来说，BAS作为业务控制点，同样存在对不同业务下行通信量的汇聚现象，特别是当不同业务流量来自不同骨干网络的情况下，另外，还可能存在各种网络设备的物理接口速率的匹配问题，因此，也需要在BAS设备及以下的接入层内实现BoD业务的带宽保证和相应的QoS。

3.1　宽带接入网络架构

典型的宽带网络分为接入层、汇聚层、核心层3层结构，宽带接入网络涉及了其中的接入层和汇聚层。接入层为不同用户提供各种接入手段，汇聚层对接入层业务流汇聚，城域网核心层保证快速转发。

图1　宽带接入网络架构

3.2　QoS概述

QoS是指网络的一种能力，即在跨越多种底层网络技术（FR、ATM、Ethernet、SDH等）的网络上，为特定的业务提供其所需要的服务。QoS包括多个方面的内容，如带宽、时延、时延抖动等，不同业务对QoS指标的要求各有侧重。对于宽带接入网来说，衡量其QoS的技术指标包括可用带宽、时延、丢包率、时延抖动和误包率等。

目前QoS主要有两种解决模型：IntServ和DiffServ。IntServ是一种端到端基于流的QoS技术，采用了电路交换网络中面向连接的思想；而DiffServ是一种基于类的QoS技术，目前商用网络中的QoS实现基本上都是基于DiffServ模型的。

3.2.1　接入网QoS的相关标准介绍

关于接入网QoS的研究是目前业界的一个热点，包括ITUT和TISPAN等标准组织都进行了相关的研究。

（1）ITU-T

ITU-T SG13组的Y.1291建议草案提出了在分组网络中支持QoS的框架，如图2所示。这一框架由一组QoS构建模块组成，包括控制平面、数据平面和管理平面三个逻辑层面。控制平面负责接纳控制、QoS路由和资源预留机制；数据平面负责队列（缓存）管理、拥塞避免、队列及调度、分组标记、流量分类、流量策略及流量整形；管理平面负责SLA、流量测量及记录和流量恢复机制。

图2　ITU-T提出的QoS框架

在QoS总体框架的基础上，ITU-TY123.qos建议草案提出了基于以太网的IP接入网QoS要求体系架构。该架构包括业务控制平面、传送资源控制平面和传送数据平面三个平面，它强调了呼叫控制和承载分离的思想，是在接入段保证业务QoS的重要方法。

（2）TISPAN

TISPAN在其NGN架构中引入两个承载控制子层实体：NASS（Network Attachment SubSystem网络附着子系统）和RACS（Resource Admission and Control SubSystem资源接纳控制子系统）。这两个实体是下一代支持多业务承载的接入网架构的关键部件，其中RACS系统主要实现了对接入网络的策略控制、资源预留、接纳控制等QoS机制。

图3　RACS系统的体系结构

3.3　BoD业务对接入网QoS的要求

BoD业务作为宽带接入网内的一种业务模式，其在宽带接入网内应该是一种绝对优先保证的业务，无论该业务承载的是何种媒体介质，如语音、图像和数据等。也就是说，BoD业务在宽带接入网内是一种最高优先等级的业务，其业务流应实现在接入网内的绝对优先转发处理策略。

另外，由于BoD业务最明显的特征就是客户在享用该业务服务时，网络必须能够保证客户的带宽大小需求。无论是上行和下行方向，宽带接入网用于BoD业务的网络带宽资源是有限的，因此，宽带接入网络必须对客户提出的BoD业务申请实施接纳控制策略，当接入网络用于BoD业务的带宽资源无法满足客户所需要的BoD业务带宽大小时，接入网络应拒绝该客户的业务申请。

BoD业务在接入网内实施接纳控制和绝对优先级转发策略，对接入网络的QoS技术提出了要求。任何BoD业务，用户都必须有一个呼叫的动作，以对BoD业务提出申请。以VoD视频点播业务为例，用户必须首先要进入视频点播界面，并对某一个视频节目进行点播请求，这就可以看作是一个呼叫动作。因此，BoD业务在接入网内的QoS要求，实际上就是接入网如何为一个基于呼叫的业务提供QoS保证的问题。

3.4　宽带接入网中的QoS实现机制

由于接入网内部网络的情况比较复杂，涉及多种技术，而且承载着包括语音、视频和数据在内的多种业务，这些业务之间存在着资源竞争的关系。接入网QoS需要解决的问题就是协调这些不同业务。

一般来说，采用DiffServ框架并结合IntServ的接纳控制策略实现接入网QoS是一个比较好的解决办法，其中DiffServ框架可采用802.1p优先级。其基本的技术思路如下：

（1）主网络边缘：最重要的工作是进行业务识别及分类标记，流分类经常和接纳控制策略、流量监控等配合使用。流分类将业务报文映射到某一类业务中，接纳策略控制（Admission Policy Control）决定了该业务的QoS请求是否可以/应该得到满足，流量监控则对各业务流进行监控，确保其没有滥用网络资源。

（2）QoS策略中心：对业务进行识别及分类标记后，接下来的工作就是根据预订的策略采取相应的动作。接纳控制策略是QoS策略中很重要的一部分，对于某些需要优先保障的合法业务（如语音、视频业务），应标以高优先级并进行适当的资源预留；而对某些需要拒绝的业务（如BT业务）应将其报文丢弃。另外，QoS策略还包括网络内部的调度处理策略，以及根据网络状况变化的动态调整策略。

（3）网络内部：根据业务报文中的QoS标记进行有差别的调度处理（策略转发、拥塞管理及拥塞避免）。

真正的宽带接入网QoS解决方案不仅仅涉及接入网络设备本身，还应综合考虑线路质量、网络规划以及网络应用等对网络资源的影响。

4、小结

实现BoD业务，首先必须要解决接入网的动态QoS问题，实现接入网的用户接入控制和资源控制等功能。目前，固网运营商已经部署了大量的承载网和接入网，但距离实现动态QoS和BoD业务还有相当大的距离。因此，运营商需要对承载网和接入网进行大量的改造，同时，家庭网关等的研究也需要结合未来进行统一考虑。总而言之，接入网支持BoD业务以及动态QoS并不是一蹴而就的，需要分步骤、有计划、有选择地进行。

来源：中国联通网站