通信學(xué)論文-淺論淺談無線ＩＰ網(wǎng)絡(luò)中ＱＯＳ網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu).doc

通信學(xué)論文-淺論淺談無線網(wǎng)絡(luò)中網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)論文關(guān)鍵詞:IP網(wǎng)絡(luò)；通信網(wǎng)絡(luò)；QOS；有線網(wǎng)絡(luò)論文摘要:無線IP網(wǎng)絡(luò)是通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢，它能支持不同業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量的要求。現(xiàn)有QOS的技術(shù)大都是針對有線網(wǎng)絡(luò)的，要將他們應(yīng)用到無線網(wǎng)絡(luò)上必須要進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)。一、引言移動通信和Internet的飛速發(fā)展，帶來了在任何時間、任何地點都可以享用Internet業(yè)務(wù)的需求。根據(jù)UKARCGroup預(yù)測，無線Internet業(yè)務(wù)的用戶到2004年將達(dá)到7.5億戶，Internet用戶總數(shù)將達(dá)到10億戶。無線Internet的用戶將占Internet用戶的大部分。因此新一代無線通信和Internet的有機(jī)結(jié)合產(chǎn)生的無線IP網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)前國際上的研究熱點。二、無線IP網(wǎng)絡(luò)和QoS的概念無線IP網(wǎng)絡(luò)一般是指無線終端接入IP網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)，例如WLAN接入Internet或是以別的空中接口接入Internet，所以無線IP網(wǎng)絡(luò)是一個集成無線蜂窩網(wǎng)絡(luò)、無繩網(wǎng)絡(luò)、無線局域網(wǎng)(WLAN),短距離應(yīng)用的藍(lán)牙等系統(tǒng)和固定的有線網(wǎng)絡(luò)為一體的結(jié)構(gòu)，各種類型的無線接入網(wǎng)都能無縫地接入基于IP的核心網(wǎng)。它可以同時提供包括語音、數(shù)據(jù)和視頻在內(nèi)的多媒體業(yè)務(wù)。無線IP網(wǎng)絡(luò)主要包括IP核心網(wǎng)、移動站(MS)和基站(BS)，基站充當(dāng)小區(qū)內(nèi)各MS與有線Internet網(wǎng)絡(luò)間的網(wǎng)關(guān)，使得各個MS可以無縫地接入核心網(wǎng)。隨著Internet的迅速發(fā)展，Internet已由單一的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)向多業(yè)務(wù)承載網(wǎng)演進(jìn)，以前那種以Email、文件傳輸?shù)葹橹鞯膯渭兊臄?shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足用戶的需求，一些多媒體應(yīng)用如視頻點播、IP電話、遠(yuǎn)程教學(xué)不斷涌現(xiàn)。這些不同的應(yīng)用需要有不同的服務(wù)質(zhì)量要求。QoS指網(wǎng)絡(luò)對業(yè)務(wù)性能要求的支持能力。這里的性能要求是特定于不同業(yè)務(wù)的，即不同的業(yè)務(wù)有不同的性能要求。對于通信網(wǎng)中的QoS，上述性能要求可以用性能參數(shù)來描述，例如:業(yè)務(wù)可靠性、時延、抖動、吞吐量和數(shù)據(jù)丟失率等。三、QoS網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)分析（一）QoS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)從QoS的角度看，網(wǎng)絡(luò)是由主機(jī)、路由器、鏈路、策略服務(wù)器(policyserver)、帶寬管理器(網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的一種)構(gòu)成的。主機(jī)。主機(jī)上的應(yīng)用是收發(fā)流的主體。應(yīng)用在發(fā)送之前先向網(wǎng)絡(luò)提出流的QoS要求。鏈路。鏈路是把數(shù)據(jù)傳送至遠(yuǎn)方的媒介。包括專用線，還有LAN,ATM網(wǎng)絡(luò)、無線網(wǎng)等，使用這些鏈路來實現(xiàn)QoS時，有一些特殊要求需要考慮。邊界/核心路由器。每個QoS區(qū)域的入口及出口的路由器稱作邊界路由器，除此之外的路由器稱作核心路由器。一般來說，路由器就是執(zhí)行流量控制。即執(zhí)行送出數(shù)據(jù)包順序的控制，或者選擇丟棄數(shù)據(jù)包，給每個流分別賦予被指定的QoS。而一般邊界路由器還設(shè)有接納控制和流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。接納控制用于當(dāng)申請QoS服務(wù)時，判斷該申請是否可以被接受。流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)用于確認(rèn)流入及流出QoS區(qū)域的流是否滿足事先指定好的條件(平均輸入速率、最大速率、最大脈沖長度、最大數(shù)據(jù)包長度等)。如果符合條件，就進(jìn)入下一個流量控制階段。如果不符合，就將數(shù)據(jù)包整形至符合條件。策略服務(wù)器。代辦路由器的接納控制、資源準(zhǔn)備的部分。例如，向有QoS要求的用戶回答其是否有提出要求的權(quán)利，以及提出的QoS要求是否可以被接受。并且將管理服務(wù)準(zhǔn)備、資源準(zhǔn)備的信息，傳遞給每個路由器。它還負(fù)責(zé)將網(wǎng)絡(luò)管理員的網(wǎng)絡(luò)運用策略傳遞給每個路由器，例如指定分配給盡力而為服務(wù)流的數(shù)據(jù)傳輸率的大小等。帶寬管理器。帶寬管理器總是掌握著全網(wǎng)絡(luò)的資源使用情況。每個路由器應(yīng)該具有向帶寬管理器提供該路由器的資源量以及它的使用情況的信息的通信功能。（二）路由器工作原理在構(gòu)成QoS網(wǎng)絡(luò)的元素中，路由器是較為重要的一個部件。路由器的功能，本來只具有普通路由的作用，但為了執(zhí)行QoS功能，就在以前的路由器加上了三個功能；接納控制機(jī)構(gòu)、流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、流量控制機(jī)構(gòu)。本文從數(shù)據(jù)平面和控制平面兩個方面來研究。1、數(shù)據(jù)平面直接在用戶數(shù)據(jù)包里加入QoS控制。它分為以下幾個方面（1）流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)設(shè)置在每個路由器的輸入輸出端口。輸入數(shù)據(jù)包按照流分類，分別檢查是否滿足被指定的流的特性。如果滿足，就讓它通過。如果不滿足，就按照流量調(diào)節(jié)的框架處理。作為處理的例子有丟棄、延遲、標(biāo)記等。（2）轉(zhuǎn)發(fā)這個功能可以是普通路由器的操作。參照每個數(shù)據(jù)包的包頭內(nèi)的發(fā)送目的地和路由器內(nèi)的路由選擇表，選擇路由器的輸出端口，并向端口傳送。但是現(xiàn)在的Internet路由協(xié)議都采用單個測度(如跳數(shù)、成本)來計算最短路由，沒有考慮多個QoS參數(shù)的要求。因此我們可以考慮采用不同與以往路由策略的QoS路由來滿足業(yè)務(wù)的QoS要求。QoS路由根據(jù)多種不同的度量參數(shù)(如帶寬、成本、每一跳開銷、時延、可靠性等)來選擇路由。它包括三個主要功能:鏈路狀態(tài)信息發(fā)布，路由計算和路由表存儲。QoS路由的主要目標(biāo)是為接入的業(yè)務(wù)選擇滿足其服務(wù)質(zhì)量要求的傳輸路徑，同時保證網(wǎng)絡(luò)資源的有效利用。QoS路由能夠滿足業(yè)務(wù)的QoS要求，同時提高網(wǎng)絡(luò)的資源利用率。但是QoS路由的計算十分復(fù)雜，增加了網(wǎng)絡(luò)的開銷。（3）流量控制機(jī)構(gòu)將從路由器內(nèi)的多個輸入端口向特定的輸出端口傳送的數(shù)據(jù)包按流或DS字節(jié)分類，使得每個流或流的集合都滿足被指定的特性，執(zhí)行流量控制。流量控制包括隊列管理和調(diào)度。隊列管理就是對隊列長度的控制，調(diào)度就是對隊列送出順序的控制。調(diào)度算法有多種，其中包括FIFO(先入先出)，優(yōu)先級調(diào)度，循環(huán)調(diào)度，WFQ加權(quán)公平調(diào)度、自同步公平調(diào)度、等算法。2、控制平面為了數(shù)據(jù)平面能夠更好地工作，控制平面有參數(shù)設(shè)定、信息收集、發(fā)送等支撐功能。它分為以下幾個方面：（1）接納控制判斷從應(yīng)用來的QoS要求是否能夠被接受，并將結(jié)果回復(fù)。為此路由器管理每個流的資源信息、服務(wù)信息。（2）RSVP控制/資源準(zhǔn)備設(shè)定接納控制、流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、流量控制機(jī)構(gòu)等所需要的參數(shù)。并且為此與收發(fā)主機(jī)、相鄰的路由器交換需要的數(shù)據(jù)。（3）路由選擇的處理執(zhí)行通常的路由選擇處理。也就是說，按照路由選擇協(xié)議、開放最短路徑優(yōu)先等，制作路由選擇表。并且，將路由選擇的信息傳給其他的路由器。（4）外部接口的控制外部接口的控制是與外部的接口。例如，使用COPS協(xié)議、SNMP協(xié)議、控制接口等，執(zhí)行與策略服務(wù)器和與操作員的通信。（5）構(gòu)成控制依據(jù)從接納控制、RSVP、外部接口傳來的指令，設(shè)置數(shù)據(jù)平面所需要的操作參數(shù)。（三）接納控制對于大規(guī)模的IP網(wǎng)絡(luò)而言，要提供良好的服務(wù)質(zhì)量，就必須具備執(zhí)行接納控制的能力。接納控制使得網(wǎng)絡(luò)能夠根據(jù)當(dāng)前的負(fù)載狀態(tài)決定是否接納新的分組流，通過控制同一時刻網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的流的數(shù)量來保證服務(wù)質(zhì)量。如果網(wǎng)絡(luò)不能控制同時服務(wù)的流的數(shù)量，就可能導(dǎo)致這些流的服務(wù)質(zhì)量要求總和超過網(wǎng)絡(luò)能夠承載的上限，從而影響這些流所獲得的服務(wù)質(zhì)量。接納控制機(jī)制是提供保證型服務(wù)質(zhì)量保證必不可少的組成部分。在這個體系結(jié)構(gòu)中，一個分組流在進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)之前首先要通過RSVP向網(wǎng)絡(luò)發(fā)出服務(wù)請求，然后由通向接收方的路徑上的路由器根據(jù)該請求執(zhí)行接納控制。只有當(dāng)該請求所經(jīng)過的路徑上的所有路由器都能滿足該流對服務(wù)質(zhì)量的要求時，這個流才能進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)。雖然IntServ/RSVP能夠提供最高級別的服務(wù)質(zhì)量保證，但是由于它要求路由器維護(hù)每個流的資源預(yù)留信息以及每個流的狀態(tài)信息，因此IntServ/RSVP的可擴(kuò)展性比較差。近年來，接納控制機(jī)制的主要研究思路從最初注重于接納控制結(jié)果的精確性，轉(zhuǎn)向以降低、避免