摘要 摘要 無線i p 網(wǎng)絡(luò)是無線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢，它必須能支持不同業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量( q o s q u a l i t yo fs e r v i c e ) 要求?，F(xiàn)有的q o s 技術(shù)大都是針對有線i p 網(wǎng)絡(luò)的，要將他 們應(yīng)用到無線i p 網(wǎng)絡(luò)上必須要進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)。本文正是在這種情況下對無線i p 網(wǎng)絡(luò)的o o s 技術(shù)展開了研究。 從整體上，本文依次研究了無線i p 網(wǎng)絡(luò)各種q o s 技術(shù)，包括服務(wù)模型等，然 后提出了一個無線i p 網(wǎng)絡(luò)層次型q o s 模型。該模型將多層次、多平面q o s 技術(shù) 結(jié)合起來，能夠嚴(yán)格保證每條業(yè)務(wù)流的o o s 要求。 從細(xì)節(jié)上，本文研究了無線接入網(wǎng)i e e e 8 0 2 1 6 協(xié)議中的o o s 技術(shù)。通過對其 凇c 層o o s 策略的研究，進(jìn)一步提出了一個有效的i e e e 8 0 2 1 6 m a c 層o o s 調(diào)度架構(gòu)， 并對其中采用的w f 2q 調(diào)度算法做了仔細(xì)研究。最后用o p n e t 軟件對該調(diào)度架構(gòu)進(jìn) 行建模和仿真，驗證了該調(diào)度架構(gòu)的正確性。 關(guān)鍵詞：無線i p 網(wǎng)絡(luò)q o s e e e s 0 2 1 6 調(diào)度 w f 2q a b s t r a c t a b s t r a c t w h d e s si pn e t w o r ki st h ed e v e l o p i n gd i r e c t i o no fw i r e l e s sn e t w o r k i tm u s t s u p p o r tt h eq o s ( q u a l i t yo fs e r v i c e ) d e m a n do fv a r i o u ss e r v i c e s c u r r e n t l y , m o s to ft h e q o st e c h n o l o g i e sa r ef a c et ow i r ei pn e t w o r k , s ot h e ym u s tb ei m p r o v e db e f o r et h e ya r e u s e di n t ow i r e l e s si pn e t w o r k j u s ti nt h i ss t a t u s ，t h i sp a p e rd o e ss o m er e s e a r c ha b o u t q o st e c h n o l o g i e so f w i r e l e s si pn e t w o r k w h o l l y t h i sp a p e rd os o m er e s e a r c ha b o u tv a r i o u sq o st e c h n o l o g i e so f w i r e l e s si p n e t w o r k , s u c ha sq o ss e r v i c em o d e le t c t h e nt h i sp a p e rp r o p o s e sah i e r a r c h yq o s m o d e l 砸sm o d e lc o m b i n eq o st e c h n o l o g i e so f d i f f e r e n tl a y e r sa n dd i f f e r e n tp l a n e s i t c a ng u a r a n t e et h eq o sd e m a n d o f e v e r ys e r v i c es t r i c t l y s p e c i a l l y , t h i sp a p e rd o e ss o m er e s e a r c ha b o u ti e e e 8 0 2 1 6p r o t o c o lo fw i r e l e s s a c c e s sn e t w o r k a f t e rd o i n gs o m er e s e a r c ha b o u tq o ss t r a t e g yo fm a c l a y e r , a n e f f i c i e n ts e h e d u l i n gs t r u c t u r eo fi e e e 8 0 2 1 6m a c l a y e ri sp r o p o s e d t l l i sp a p e ra l s o d o e ss o m er e s e a r c ha b o u tt h ec o r r e l a t i v ew f 2 qa l g o r i t h m l a s t l y , w eb u i l da s i m u l a t i o nm o d e lo ft h i ss t r u c t u r eu s i n go p n e ts o f t w a r e , a n dp r o v et h em o d e l sv a l i d i t y t h r o u g hs i m u l a t i o n k e y w o r d s ： w i r e l e s si pn e t w o r k q o s i e e e 8 0 2 1 6 s c h e d u l i n g w f 2q 創(chuàng)新性聲明 本人聲明所呈交的論文是我個人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研 究成果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝中所羅列的內(nèi)容外，論文中不 包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果；也不包含為獲得西安電子科技大學(xué)或 其它教育機構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做 的任何貢獻(xiàn)已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。 申請學(xué)位論文與資料若有不實之處，本人承擔(dān)一切相關(guān)責(zé)任。 本人簽名：磕盤日期：型： 關(guān)于論文使用授權(quán)的說明 本人完全了解西安電子科技大學(xué)有關(guān)保留和使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：研究 生在校攻讀學(xué)位期間論文工作的知識產(chǎn)權(quán)單位屬西安電子科技大學(xué)。本人保證畢 業(yè)離校后，發(fā)表論文或使用論文工作成果時署名l ! i i 位仍然為西安電子科技大學(xué)。 學(xué)校有權(quán)保留送交論文的復(fù)印件，允許查閱和借閱淪文；學(xué)?？梢怨颊撐牡娜?部或部分內(nèi)容，可以允許采用影印、縮印或其它復(fù)制手段保存論文。 本學(xué)位論文屬于保密在年解密后適用本授權(quán)書。 本人簽名： 導(dǎo)師簽名 張斗 襁 日期：趔! ： 日期：皇塑i ：! ：魚 第一章緒論 第一章緒論 1 1 引言 移動通信和i n t e m e t 的飛速發(fā)展，帶來了在任何時間、任何地點都可以享用 i n t e m e t 業(yè)務(wù)的需求。根據(jù)u ka r cg r o u p 預(yù)測，無線i n t e r n e t 業(yè)務(wù)的用戶到2 0 0 4 年將達(dá)到7 5 億戶，i n t e r n e t 用戶總數(shù)將達(dá)到l o 億戶。無線i n t e m e t 的用戶將占 i n t e m e t 用戶的大部分。因此新一代無線通信和i n t e m e t 的有機結(jié)合產(chǎn)生的無線 1 p 網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)前國際上的研究熱點。m 技術(shù)和無線通信技術(shù)的結(jié)合，是將來無線網(wǎng) 絡(luò)的趨勢。無線i p 網(wǎng)絡(luò)一般是指無線終端接入口網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)，例如w l a n + i n t e m e t 構(gòu)成全m 網(wǎng)絡(luò)，或是以別的空中接口+ i n t e r n e t 構(gòu)成全口網(wǎng)絡(luò)。無線球網(wǎng)絡(luò)是對 有線i p 網(wǎng)絡(luò)的有益補充，它具有用戶可移動、建網(wǎng)靈活、維護(hù)費用低等優(yōu)點。無 線i p 網(wǎng)絡(luò)的提出，是i p 網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的一個重大標(biāo)志，同時也是無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)展過程中 的一個里程碑。 隨著i n t e r n e t 的迅速發(fā)展，i n t e m e t 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e m a i l 、文件傳輸?shù)葹橹鞯膯渭兊臄?shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)己遠(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( v i d e oo nd e m a n d ，v o d ) 、i p 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( q u a u t yo f s e r v i c e ，q o s ) 要 求。而目前的i n t e r n e t 沒有明確的時間和可靠性保障，無法滿足各種應(yīng)用對網(wǎng)絡(luò)傳 輸質(zhì)量的不同要求。這是因為，首先口技術(shù)本身是面向無連接的技術(shù)，i p 網(wǎng)絡(luò)提 供的業(yè)務(wù)僅僅是“盡力而為”的業(yè)務(wù)，網(wǎng)絡(luò)本身是不保證傳輸可靠性的。其次， t c p i p 協(xié)議體系中的t c p 或u d p 協(xié)議雖然對于i n t e m e t 的傳統(tǒng)應(yīng)用可以提供一定 容錯和糾錯功能，但對于一些實時業(yè)務(wù)來說，t c p 的重傳機制顯得蒼白無力。拋開 t c p 建鏈和確認(rèn)的時延不說，重傳引入的時延對于這些對時延極其敏感的實時業(yè) 務(wù)來說是不能忍受的，而u d p 本身就是不可靠的。因此，i n t e m e t 如何提供q o s 支持來滿足不同業(yè)務(wù)的q o s 需求也已成為業(yè)界關(guān)注的焦點。 本文結(jié)合有線l p 網(wǎng)絡(luò)的q o s 技術(shù)，研究了無線球網(wǎng)絡(luò)的q o s 技術(shù)，將多層 次、多平面的q o s 技術(shù)相結(jié)合，建立了一個集成了多種技術(shù)的層次型無線i p 網(wǎng)絡(luò) q o s 模型。并且提出了一種有效的寬帶無線接入網(wǎng)i e e e 8 0 2 1 6 協(xié)議m a c 層的q o s 調(diào)度架構(gòu)，并對其性能進(jìn)行了仿真和分析。 1 2 無線i p 網(wǎng)絡(luò)0 0 s 技術(shù)的研究現(xiàn)狀 目前，隨著電信業(yè)務(wù)的引入，球網(wǎng)的服務(wù)質(zhì)量( i pq o s ) 成為下一代i n t e r n e t 的 2 無線i p 網(wǎng)絡(luò)q o s 技術(shù)研究 重要研究課題。由于i p 協(xié)議的無連接特性和i p 網(wǎng)絡(luò)松散的控制管理方式，使這項 研究面臨很大的挑戰(zhàn)。i pq o s 的研究范圍十分廣泛，不僅包含業(yè)務(wù)流量控制和路 由，還涉及到計費和網(wǎng)絡(luò)測量等。當(dāng)前基本的t pq o s 技術(shù)有集成服務(wù)( i n t s e r v ) 模 型【2 】和區(qū)分服務(wù)( d i f f s e r v ) 模型 3 1 。集成服務(wù)的基本思想是在傳送數(shù)據(jù)之前，根據(jù) 業(yè)務(wù)的q o s 需求進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)資源預(yù)留，從而為該數(shù)據(jù)流提供端到端的q o s 保證。資 源預(yù)留協(xié)議( r s v p ) 是集成服務(wù)的核心l ”。這是一融信令協(xié)議，用來通知網(wǎng)絡(luò)節(jié)點 預(yù)留資源。如果資源預(yù)留失敗，r s v p 協(xié)議會向主機發(fā)回拒絕消息。集成服務(wù)能夠 在m 網(wǎng)上提供端到端的q o s 保證。但是，集成服務(wù)對路由器的要求很高，當(dāng)網(wǎng)絡(luò) 中的數(shù)據(jù)流數(shù)量很大時，路由器的存儲和處理能力會遇到很大的壓力。因此，集 成服務(wù)的擴展性很差，難以在i n t e m e t 核心網(wǎng)實施。區(qū)分服務(wù)的基本思想是將用戶 的數(shù)據(jù)流按照服務(wù)質(zhì)量要求來劃分等級，任何用戶的數(shù)據(jù)流都可以自由進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)， 但是當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)擁塞時，級別高的數(shù)據(jù)流在排隊和占用資源時比級別低的數(shù)據(jù)流 有更高的優(yōu)先權(quán)。區(qū)分服務(wù)只承諾相對的服務(wù)質(zhì)量，而不對任何用戶承諾具體的 服務(wù)質(zhì)量指標(biāo)。除了這兩種基本的q o s 技術(shù)，具體的q o s 實現(xiàn)技術(shù)還有路由器處 的接納控制、流量調(diào)節(jié)、流量控制、q o s 路由等等，均能有效地改善i p 網(wǎng)絡(luò)服務(wù) 質(zhì)量。 對于無線口網(wǎng)絡(luò)來說，它的拓?fù)浜唾Y源都在動態(tài)變化，要提供服務(wù)質(zhì)量比有 線口網(wǎng)絡(luò)更為困難。目前，根據(jù)無線和移動環(huán)境的特點，人們對原有的q o s 技術(shù) 做了改進(jìn)，使之能適應(yīng)無線環(huán)境。例如，目前的r s v p 不適合于移動m 網(wǎng)絡(luò)，主 要原因是它無法感知主機的移動，因而不能在移動主機即將訪問的位置上提供預(yù) 留資源，當(dāng)主機移動到新的子網(wǎng)后往往因缺乏資源而形成服務(wù)質(zhì)量下降。另外， 目前的r s v p 不支持經(jīng)過口隧道的資源預(yù)留，因此不能適應(yīng)移動i p 網(wǎng)利用隧道傳 送數(shù)據(jù)時的服務(wù)質(zhì)量要求。為了克服r s v p 的缺陷，學(xué)者們提出了幾種解決方案： m r s v p ( 1 “，支持隧道的r s v p “1 等，這些改進(jìn)后的方案均能適應(yīng)無線環(huán)境。目前的 d i f f s e r v 不能滿足無線i p 網(wǎng)絡(luò)的要求，主要原因有兩個：一是沒有信令，不能做 到實時控制。另一個原因是不能動態(tài)配置服務(wù)質(zhì)量參數(shù)。因此，無線環(huán)境下的 d i f l s e r v 對原有d i f f s e r v 的功能進(jìn)行了擴展。主要是增加了信令協(xié)議，增加了對移 動性的支持，使之適應(yīng)無線環(huán)境i l “。 目前p 網(wǎng)絡(luò)在q o s 上面有了很大的進(jìn)步，但現(xiàn)有的i p 網(wǎng)絡(luò)大都只是在單個 節(jié)點上提供相對優(yōu)先級的處理。而端到端q o s 是一個系統(tǒng)的整體概念，如果沒有 在全網(wǎng)層面上解決業(yè)務(wù)感知和接入允許控制，就不可能真正解決端到端的業(yè)務(wù)質(zhì) 量問題。因此，i p 網(wǎng)絡(luò)需要從路由器資源方面實施相應(yīng)的q o s 控制策略，要有一 個全網(wǎng)的q o s 解決方案。這種方案應(yīng)該是一種基于資源隔離和業(yè)務(wù)請求的i p q o s 模型及方法，將多層次( 應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、鏈路層、物理層) ，多平面( 數(shù) 據(jù)平面、控制平面和管理平面) q o s 機制綜合起來，能夠嚴(yán)格保證每條業(yè)務(wù)流穿越 第一章緒論 i p 骨干網(wǎng)時的q o s 要求，使得碑網(wǎng)絡(luò)可以支持各類需要電信級服務(wù)質(zhì)量的電信業(yè) 務(wù)。本文正是基于這樣一個基礎(chǔ)，研究了無線i p 網(wǎng)絡(luò)的各種q o s 技術(shù)，并將他們 有效地結(jié)合起來。 無線接入網(wǎng)是整個無線i p 網(wǎng)絡(luò)的瓶頸，因此無線接入網(wǎng)的o o s 問題顯得尤為 突出和重要。標(biāo)準(zhǔn)的r s v p 協(xié)議由于其可擴展性差難以在核心網(wǎng)使用，但在接入網(wǎng) 中卻很適用。目前，業(yè)內(nèi)比較一致的觀點是在整個i p 網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)邊緣引入q o s 信 令技術(shù)，因此接入網(wǎng)中引入o o s 信令來解決q o s 是一種趨勢。接入網(wǎng)所接入的業(yè) 務(wù)是多種多樣的，這種多樣性使得0 0 s 的問題更為復(fù)雜，其中m a c 技術(shù)和資源調(diào) 度控制是解決q o s 的關(guān)鍵，必須有高效的上行接入控制協(xié)議和帶寬動態(tài)分配算法。 i e e e 8 0 2 1 6 標(biāo)準(zhǔn)是目前一致看好的無線接入網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，它能向固定、攜帶和游牧的 設(shè)備提供無線連接，還可用來連接8 0 2 1 1 熱點與i n t e r n e t 網(wǎng)絡(luò)。i e e e 8 0 2 1 6 標(biāo) 準(zhǔn)是按照兩層結(jié)構(gòu)體系組織，定義了一個物理層和一個m a c 層四i 。物理層主要是 關(guān)于頻率帶寬、調(diào)制模式、糾錯技術(shù)以及發(fā)射機同接收機之間的同步、數(shù)據(jù)傳輸 率和時分復(fù)用等方面的，而m a c 層主要負(fù)責(zé)控制用戶數(shù)據(jù)接入到共享的無線媒質(zhì) 中去。姒c 層規(guī)定了資源調(diào)度的q o s 業(yè)務(wù)類型，將業(yè)務(wù)分為u g s ，r t p s ，n r t p s ， b e 四類，但并沒有規(guī)定具體的調(diào)度實現(xiàn)，這部分是留給廠家設(shè)計的。因此本文基 于這點對m a c 層資源調(diào)度方法進(jìn)行了詳細(xì)研究。 1 3 本文研究內(nèi)容 無線i p 網(wǎng)絡(luò)q o s 技術(shù)是i p 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的熱點問題，系統(tǒng)化的層次型q o s 模型 能有效地改善網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量，滿足各種業(yè)務(wù)對服務(wù)質(zhì)量的要求。本文首先對無 線球網(wǎng)絡(luò)的各種q o s 技術(shù)進(jìn)行一一研究，然后將各層、各面的q o s 技術(shù)結(jié)合起 來，形成了一個層次型的q o s 模型。 對于無線接入網(wǎng)的i e e e 8 0 2 1 6 標(biāo)準(zhǔn)，本文著重研究并提出了一種有效的m a c 層資源調(diào)度架構(gòu)。無線環(huán)境下由于信道的特殊性，誤碼或其他原因會造成某一正 在傳遞數(shù)據(jù)的連接暫時中斷，此時分配給該連接的資源就會被浪費。因此，本文 中i e e e 8 0 2 1 6 m a c 層的調(diào)度架構(gòu)采用帶寬再分配和補償?shù)姆椒?，不僅能夠滿足各 種業(yè)務(wù)的q o s 要求，還能夠?qū)挸浞质褂谩Ｗ詈笥胦 p n e t 軟件對該調(diào)度架構(gòu)進(jìn) 行性能仿真，驗證了該架構(gòu)的有效性。 無線i p 網(wǎng)絡(luò)q o s 技術(shù)研究 第二章無線l p 網(wǎng)絡(luò)0 0 s 技術(shù) 2 1 無線i p 網(wǎng)絡(luò)和0 0 s 的概念 無線i p 網(wǎng)絡(luò)一般是指無線終端接入碑網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)，例如w l a n 接入i n t e m e t ， 或是以別的空中接口接入i n t e m e t ，所以無線i p 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n ( w l a n ) 、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口的核心網(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)。無線口網(wǎng)絡(luò)概念模型如圖2 1 所示， 主要包括i p 核心網(wǎng)、移動站( m s ) 和基站( b s ) ，基站充當(dāng)小區(qū)內(nèi)各m s 與有線i n t e m e t 網(wǎng)絡(luò)間的網(wǎng)關(guān)，使得各個m s 可以無縫地接入核心網(wǎng)。 圖2 1無線i p 網(wǎng)絡(luò) 當(dāng)移動主機處在它的家鄉(xiāng)網(wǎng)絡(luò)( h o m en e t w o r k ) 時，完全由它的m 地址來標(biāo)識， 這一地址稱為家鄉(xiāng)地址( h o m ea d d r e s s ) 。當(dāng)移動主機移動到外地網(wǎng)絡(luò)時，外地代理 提供移動主機一個轉(zhuǎn)交地址，并將轉(zhuǎn)交地址通知給家鄉(xiāng)代理進(jìn)行登記( 外地代理 是外地網(wǎng)絡(luò)中的一臺路由器，家鄉(xiāng)代理是家鄉(xiāng)網(wǎng)絡(luò)中的一臺路由器) 。任何通信對 端如果要與移動主機通信，它只需發(fā)送目的地址是移動主機的家鄉(xiāng)地址的i p 包即 可。而家鄉(xiāng)代理負(fù)責(zé)截取這些m 包，封裝成目的地址是移動主機的轉(zhuǎn)交地址的新 i p 包，然后發(fā)往外地代理，外地代理取出原始封包，并將原始口包轉(zhuǎn)交給移動節(jié) 點，這一過程稱為隧道過程。一個數(shù)據(jù)包被封裝在另外一個數(shù)據(jù)包的凈荷中進(jìn)行 傳送時所經(jīng)過的路徑稱為隧道。從移動主機發(fā)往通信對端的口包無需經(jīng)過隧道過 程，可直接發(fā)送【”。 隨著i n t e r n e t 的迅速發(fā)展，i n t e m e t 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e m a i l 、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( v i d e oo nd e m a n d ，v o d ) 、i p 電話、遠(yuǎn)程 第二章 無線1 p 網(wǎng)絡(luò)q o s 技術(shù) 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)i ( q u a l i t yo fs e r v i c e ，q o s ) 要求。那么，q o s 到底指的是什么呢? i t u 2 t 標(biāo)準(zhǔn)化組織在e 8 0 0 中是這樣描述 q o s 的：q o s 是一種服務(wù)性能的綜合體現(xiàn)，這種服務(wù)性能決定了網(wǎng)絡(luò)在多大程度 上滿足業(yè)務(wù)用戶的要求。從根本意義上說，q o s 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q o s ，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。實際上，通信q o s 所涉及的主要評估標(biāo)準(zhǔn) 并不僅僅局限于上述五種性能參數(shù)，為了全面而準(zhǔn)確地描述通信服務(wù)的q o s ，人們 構(gòu)造了通用的q o s 概念模型。 通常對q o s 定義的理解可以分為三個方面：服務(wù)固有的q o s 、用戶感知的q o s 和用戶評價的q o s 。這三個方面自上而下構(gòu)成了通用q o s 概念模型【6 】，如圖2 2 所示。此模型也是i t u ( 國際電信聯(lián)盟) 和e t s i ( 歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會) 以及m t f ( 互 聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組) 組織定義q o s 時所采用的方法。 通用模型 i?ugisi方法】erf方法 用戶評價如s j 用氣留的h 艫黎啉i 用戶尊知o 。s + 0 0 s + 服到的0 0 s 卜h 劃提供的0 0 s 服務(wù)固有o 磚同絡(luò)性能( n e t = o r kp e r f o r m a n c e n p ) q u a l i t yo f s e r v i c e 圖2 2 通用q o s 概念模型 服務(wù)固有q o s 屬于和服務(wù)特性相關(guān)聯(lián)的技術(shù)方面的范疇，因而，服務(wù)固有q o s 是由傳輸網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的優(yōu)劣，以及網(wǎng)絡(luò)接入、中止和連接的提供情況所決定的。除 了其他一些必要的工作外，通過適當(dāng)?shù)剡x擇傳送協(xié)議、q o s 保證機制和相關(guān)參數(shù) 的數(shù)值，就能夠得到特定應(yīng)用所要求的q o s 。對服務(wù)固有q o s 的評價需要通過對 可測量的、用戶所期望的性能特性進(jìn)行比較來實現(xiàn)，用戶對q o s 的主觀感知評價 不會影響服務(wù)固有q o s 的等級。 用戶感知的q o s 反映了用戶對使用特定服務(wù)的體驗。它受觀察到的服務(wù)性能 和用戶期望相比較后的比較結(jié)果的影響。因而，對于不同的用戶，具有相同固有 q o s 特性的服務(wù)會得到不同的評價。實際上，僅僅確保特定的服務(wù)性能參數(shù)還不 足以保證能夠滿足用戶的q o s 要求，服務(wù)提供者提供的q o s 必須在反映固有q o s 6 無線i p 網(wǎng)絡(luò)q o s 技術(shù)研究 特性的同時，還反映一些對用戶有意義的以及和特定用戶群體期望相關(guān)聯(lián)的非技 術(shù)參數(shù)。 只有當(dāng)用戶決定是否繼續(xù)使用電信服務(wù)時，服務(wù)提供者才能知道相應(yīng)服務(wù)的 “用戶評價q o s ”，這一決定取決于被感知q o s 、服務(wù)價格、以及服務(wù)提供者受理 用戶抱怨和服務(wù)問題的響應(yīng)情況。在這里，為客戶提供服務(wù)時的態(tài)度是影響用戶 評價q o s 等級水平的一個重要因素。 q o s 定義所包含的這三個方面的用戶滿意程度可以分別考慮。首先，它是網(wǎng)絡(luò) 提供者的職責(zé)，并依賴于網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)、規(guī)劃和管理。它是工程師、設(shè)計人員和 網(wǎng)絡(luò)運營商處理的一個重要的技術(shù)問題。其次，針對提供的特定服務(wù)進(jìn)行調(diào)整后 的固有q o s 性能的合理使用，同時結(jié)合適當(dāng)?shù)氖袌龇治?，對于確保高水平的被感 知q o s 是非常必要的，這是服務(wù)提供者的責(zé)任。廣告和市場效果也會影響被感知 q o s 。最后，被評價q o s 主要依靠服務(wù)提供者的收費策略，以及可信賴的用戶服 務(wù)人員和技術(shù)支持水平。 i t u e t s i 提出的定義方法中的q o s 沒有涉及到用戶評價q o s ，并且較為關(guān)注 用戶感知的q o s 。另外，在技術(shù)層面上還提出了網(wǎng)絡(luò)性能( n e t w o r kp e r f o r m a n c e ，n p ) 的概念，它是對應(yīng)于服務(wù)固有q o s 的。i t u 和e t s i 還提出了四種不同的q o s 視 角：用戶的q o s 需求；服務(wù)提供者計劃提供的q o s ：服務(wù)提供者達(dá)到的q o s ；用 戶感知的q o s 。這四個視角描述形式相結(jié)合能夠非常準(zhǔn)確而全面地對q o s 進(jìn)行描 述，是進(jìn)一步有效實現(xiàn)q o s 管理的基礎(chǔ)。在使用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)時，每次用戶投入的流 量，用戶的q o s 需求，與服務(wù)提供者計劃提供的q o s 服務(wù)相對照，服務(wù)提供者與 用戶必須制定一個兩者都同意的q o s 服務(wù)等級，他們商量好的內(nèi)容就叫做q o s 服 務(wù)等級協(xié)議( s l a ：s e r v i c el e v e la g r e e m e n t ) 。s l a 規(guī)定了服務(wù)提供者必須提供的服 務(wù)以及服務(wù)提供者沒有達(dá)到目標(biāo)時所受到的懲罰口l 。 i e t f 定義方法中的q o s 關(guān)注于服務(wù)固有q o s ，并不涉及到用戶感知q o s ，它 關(guān)心的是網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)、容量、可靠性和有效性，這與i t u e t s i 定義的n p 很接近。 i e t f 提出了兩種重要的q o s 服務(wù)模型：i n t s e r v 和d i f f s e l v ，還標(biāo)準(zhǔn)化了資源預(yù)留 協(xié)議( r s v p ) ，在下節(jié)我們將研究這兩種重要的q o s 服務(wù)模型。 2 2 1i n t s e r v 模型 2 2 q o s 服務(wù)模型 對于有線i p 網(wǎng)絡(luò)，i e t f 在早期提出了i n t s e r v 模型。i n t s e r v 模型又稱為集成 服務(wù)模型，其基本思想是在傳送數(shù)據(jù)之前，根據(jù)業(yè)務(wù)的q o s 需求進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)資源預(yù) 第二章 無線i p 網(wǎng)絡(luò)q o s 技術(shù) 7 留，從而為該數(shù)據(jù)流提供端到端的q o s 保證。為此，集成服務(wù)通常采用面向流的 資源預(yù)留協(xié)議( r s v p ) ，在流傳輸路徑上的每個節(jié)點為流預(yù)約并維護(hù)資源。i n t s e r v 模型除了傳統(tǒng)的盡力而為服務(wù)業(yè)務(wù)外，還提供了保證型業(yè)務(wù)( c , u a r a n t e e ds e r v i c e ) 和 控制負(fù)載型業(yè)務(wù)( c o n t r o l l e d - - l o a ds e r v i c e ) 。他們分別適用于實時性業(yè)務(wù)和要求可靠 傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)。 在i n t s e r v 模型中，以資源預(yù)留協(xié)議( r s v p ) 作為其主要指令，用來在網(wǎng)絡(luò)各級 路由器上預(yù)留網(wǎng)絡(luò)資源，提供q o s 服務(wù)。i n t s e r v 的工作過程為：發(fā)送端在發(fā)送數(shù) 據(jù)流之前，利用r s v p 發(fā)送一個路徑消息( p a t hm e s s a g e ) ，路徑消息中包含發(fā)送端 到接收端的路由信息以及對業(yè)務(wù)流的描述，如平均速率、峰值速率、包長和最大 時延等，但r s v p 協(xié)議并不解釋這些參數(shù)。當(dāng)數(shù)據(jù)通路上的某臺路由器收到這個 p a t h 消息時，它就把該數(shù)據(jù)流的狀態(tài)信息保留下來。當(dāng)接收端收到該p a t h 消息 時，它產(chǎn)生一個r e s v 消息表示q o s 請求并把它返回給發(fā)送端。r e s v 消息將在 與p a t h 消息相同的路徑上反方向轉(zhuǎn)發(fā)，沿途路由器根據(jù)請求保留資源。因為每臺 路由器在數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)發(fā)的過程中都保存了狀態(tài)信息，由r s v p 控制信息周期性地刷 新，因此需要在端到端的通信中周期性地交換p a t h 和r e s v 消息。在無刷新信 息的情況下，狀態(tài)信息會因超時而刪除 s l 。 這種模型的優(yōu)點是能提供端到端的絕對的q o s 保證，但這種模型在實現(xiàn)上是 非常困難的，主要體現(xiàn)在：第一，由于預(yù)留是基于每個流而進(jìn)行的，因此使得節(jié) 點要保留每個流的狀態(tài)信息，導(dǎo)致核心路由器負(fù)擔(dān)太重，因此可擴展性很差。第 二，網(wǎng)絡(luò)中每個節(jié)點都要維護(hù)各類數(shù)據(jù)庫，并實現(xiàn)復(fù)雜的功能模塊( 如資源預(yù)留、 路由、接納控制等) ，造成了極大的復(fù)雜性。 2 2 2d i f f s e r v 模型 由于i n t s e r v 模型的局限性，i e r f 又提出了d i f f s e r v 模型，又稱為區(qū)分服務(wù)模 型。與i n t s e r v 相比，d i f f s c t v 定義的是一個相對簡單而粒度粗一些的模型，針對 的是流聚合后的每一類q o s 控制，而不象i n t s e r v 那樣針對每個流。它實質(zhì)是給業(yè) 務(wù)分級，在用戶和業(yè)務(wù)網(wǎng)的接口處，即在網(wǎng)絡(luò)的邊界對業(yè)務(wù)分類，對每個數(shù)據(jù)包 的不同標(biāo)識進(jìn)行分級。在邊界上盡可能地對業(yè)務(wù)進(jìn)行調(diào)整，若是同一級別的業(yè)務(wù)， 則在該網(wǎng)絡(luò)域中被聚合在一起統(tǒng)一傳送，這種分類操作是基于包頭的內(nèi)容對業(yè)務(wù) 數(shù)據(jù)包進(jìn)行的。 d i f f s e r v 具體操作是，將口包頭中的i p v 4 的t o s 域或i p v 6 的流類型域重新 定義為d s 標(biāo)識域( d s c p ) ，用于標(biāo)識業(yè)務(wù)的質(zhì)量需求類型。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點讀取數(shù)據(jù)包 的d s c p 值，根據(jù)已建立的d s c p 與每一跳轉(zhuǎn)發(fā)方式( p h b ) 之間的映射關(guān)系，選擇 相應(yīng)的p h b 對數(shù)據(jù)包進(jìn)行處理，這種處理主要指以保證不同業(yè)務(wù)需求質(zhì)量的策略 8 無線i p 網(wǎng)絡(luò)o o s 技術(shù)研究 體系( 隊列策略、丟包策略等) 為基礎(chǔ)的資源( 帶寬和緩沖區(qū)) 分配。值得注意 的是，p h b 并不是路由選擇的條件。d i f f s e r v 體系中路由器有邊界路由器和核心路 由器之分。在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的核心路由器中只保存簡單的d s c p 與p h b ( 每跳行為) 的對應(yīng)機制，根據(jù)數(shù)據(jù)包頭部中的d s c p 值對數(shù)據(jù)包進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)先級轉(zhuǎn)發(fā)，而 業(yè)務(wù)流狀態(tài)信息的保存與流量機制的實現(xiàn)等都在網(wǎng)絡(luò)邊界節(jié)點進(jìn)行，內(nèi)部節(jié)點是 與狀態(tài)無關(guān)的。 d i f f s c r v 工作組已經(jīng)定義了下面的d s c p 與p h b 的映射關(guān)系，但同時也允許 服務(wù)提供者自行定義具有本地意義的映射關(guān)系。加速轉(zhuǎn)發(fā)( e f ) ：e fp h b ( 或e f ) 的 流量不受其他p h b 流量的影響，確保包的離開速率高于所規(guī)定的值。能提供低丟 包率、低延遲、低抖動和有保證的帶寬服務(wù)。保證轉(zhuǎn)發(fā)( a d - a f 為i p 包提供不同 級別的轉(zhuǎn)發(fā)特征。支持a fp h b 的路由器必須支持4 個分別獨立的類。路由器為4 類a f 中的每類都分配特定數(shù)量的轉(zhuǎn)發(fā)資源( 比如緩沖區(qū)和帶寬) 。4 個類中分別 設(shè)有等級1 、等級2 、等級3 的三個等級。如果網(wǎng)絡(luò)擁塞時，就按照優(yōu)先級低的順 序丟棄，優(yōu)先級高的數(shù)據(jù)包盡可能直接轉(zhuǎn)發(fā)1 9 】。 與i n t s c r v 相比，d i f f s e r v 有很大的優(yōu)越性。第一，在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點不需要維護(hù)每個 流的信令或狀態(tài)。第二，可以將許多單個流匯聚映射成一些較少的特殊業(yè)務(wù)流， 使得其可擴展性和升級性明顯優(yōu)于i n t s e r v 。第三，d i f f s e r v 中每個單獨的主機或應(yīng) 用程序都可不需要修改就能接收具有優(yōu)先級的服務(wù)，對進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)的分組進(jìn)行分類、 標(biāo)記及可能的調(diào)整都是由外界路由器完成的，與此類似，核心和路由部件也只需 很少的改動或幾乎不需改動。目前在i p 網(wǎng)中區(qū)分服務(wù)得到了絕大部分廠家的支持， 其具體實現(xiàn)技術(shù)包括分類、標(biāo)記、流量整形、擁塞避免、隊列調(diào)度等。但區(qū)分服 務(wù)也有自己的局限性，主要體現(xiàn)在：區(qū)分服務(wù)只承諾相對的服務(wù)質(zhì)量，不能提供 端到端的o o s ，因而不能對用戶提供絕對的服務(wù)質(zhì)量保證。 對于無線口網(wǎng)絡(luò)來說，它的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和資源都在動態(tài)變化，要提供服務(wù)質(zhì)量 保證比固定網(wǎng)絡(luò)更為困難。目前，根據(jù)無線和移動環(huán)境的特點，人們對原有的q o s 服務(wù)模型作了改進(jìn)，下面我們來進(jìn)行簡單的研究。 2 2 3 無線移動環(huán)境下的i n t s e r v 和r s v p 目前的r s v p 不適合于移動i p 網(wǎng)絡(luò)，主要原因是它無法感知主機的移動，因 而不能在移動主機即將訪問的位置上提前預(yù)留資源，當(dāng)主機移動到新的子網(wǎng)后往 往因缺乏資源而形成服務(wù)質(zhì)量下降。另外，目前的r s v p 不支持經(jīng)過i p 隧道的資 源預(yù)留，因此不能適應(yīng)無線口網(wǎng)利用隧道傳送數(shù)據(jù)時的服務(wù)質(zhì)量要求。為了克服 r s v p 的缺陷，學(xué)者們提出了以下幾種解決方案。 1 ) m r s v p o o l 第二章 無線i p 網(wǎng)絡(luò)q o s 技術(shù) 9 m r s v p 是一種擴展r s v p 支持移動性的方案。在m r s v p 中，協(xié)議預(yù)測移動 主機下幾跳可能到達(dá)的位置。并在這些位置提前預(yù)留資源，從而保證移動主機的 q o s ，但協(xié)議本身并沒有提出具體的路徑預(yù)測算法。提前預(yù)留資源的工作由每個子 網(wǎng)中的移動代理代替主機來完成。 在m r s v p 中有兩種資源預(yù)留類型，即主動資源預(yù)留和被動資源預(yù)留。主動資 源預(yù)留用于移動主機當(dāng)前的實際會話路徑；被動資源預(yù)留用于移動主機的預(yù)測會 話路徑。被動資源預(yù)留可以被其他業(yè)務(wù)流使用。當(dāng)預(yù)測會話路徑由于移動主機的 切換變成實際會話路徑時，該路徑上的被動資源預(yù)留即轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃淤Y源預(yù)留，如 果當(dāng)時有其他業(yè)務(wù)流正在使用被動預(yù)留資源，那么該業(yè)務(wù)流需要立刻釋放所占資 源。由于m r s v p 在移動主機可能到達(dá)的位置提前預(yù)留資源，使得移動主機可在新 位置獲得所需資源的概率增加，從而以更大的概率保證了移動主機的服務(wù)質(zhì)量。 2 ) 支持隧道的r s v p t ”1 r s v p 隧道描述了一個m 隧道的增強機制，它提供了把r s v p 消息傳輸于口 隧道的信令，使得r s v p 可以通過i p 隧道預(yù)留資源，解決了r s v p 信令的不可見 問題。首先，發(fā)送節(jié)點發(fā)送一個端到端p a t h 消息。隧道入口點封裝此端到端p a t h 消息并把消息發(fā)送到隧道出口點進(jìn)行解封裝，然后繼續(xù)傳送。當(dāng)一個相應(yīng)的端到 端r e s v 消息到達(dá)隧道出口點時，隧道出口點封裝r e s v 消息，并發(fā)送到隧道入 口點。根據(jù)端到端p a t h 消息中的信息和端到端r e s v 消息中的流說明，隧道入 口點把端到端會話映射到一個隧道會話，發(fā)送一個對應(yīng)于上述端到端會話的隧道 p a t h 消息，建立一個新的隧道。隧道出口點發(fā)送一個隧道r e s v 消息來響應(yīng)隧道 p a t h 消息，并在隧道內(nèi)預(yù)留資源。 3 ) h m r s v p 1 2 】 h m r s v p 是一種分層m o b i l ei p ( 移動i p ) 和m r s v p 相結(jié)合的分層m r s v p 方案，該方法充分利用了分層m o b i l ei p 的特點，通過m r s v p 和移動i p 區(qū)域注冊 來實現(xiàn)服務(wù)。目前有三種h r s v p 方案，分別稱之為h m r s v p 。 t 3 】，h m r s v p ， 1 4 1 和 h m r s v p 一【1 5 l 。 2 2 4 無線移動環(huán)境下的d i f f s e r v d i f f s e r v 是針對靜態(tài)環(huán)境即固定主機和固定網(wǎng)絡(luò)而設(shè)計的，由于無線資源的有 限和q o s 請求的高度動態(tài)性，因而并不完全適應(yīng)于移動環(huán)境。主要原因有兩個： 一是沒有信令，不能做到實時控制。另一個原因是不能動態(tài)配置服務(wù)質(zhì)量參數(shù)。 因此，考慮到無線鏈路的特征，要對d i f f s e r v 進(jìn)行以下的強化1 1 6 1 ： 1 ) 有效的信令機制 在無線網(wǎng)絡(luò)里一種簡單而有效的信令體系是很必要的，因為：首先，當(dāng)用盧 1 0 無線i p 網(wǎng)絡(luò)q o s 技術(shù)研究 在進(jìn)行移動和功率控制時，基站與移動用戶之間需要有很多的參數(shù)交互。為此， 引入了一種改進(jìn)的i c m p 協(xié)議來實現(xiàn)基站和用戶之間的參數(shù)交互。 2 ) 動態(tài)的自適應(yīng)無線資源分配 無線鏈路的資源是少量而珍貴的，q o s 控制要在多種類型業(yè)務(wù)之間實現(xiàn)無線 資源的共享，可以采用一種基于優(yōu)先級別的隊列調(diào)度算法( c b q ) 來進(jìn)行數(shù)據(jù)包的調(diào) 度，并根據(jù)當(dāng)前的有效帶寬情況和數(shù)據(jù)流特性動態(tài)調(diào)整數(shù)據(jù)流的級別。 3 ) 移動性管理 當(dāng)有移動用戶切換進(jìn)入一個新的基站服務(wù)區(qū)域時，該基站必須滿足此用戶的 帶寬分配請求，因為服務(wù)質(zhì)量如果由于切換而突然下降對于用戶來說是難以容忍 的。為此，可以設(shè)計一種新的服務(wù)級別n e w - - m o b i l e 來表示剛切換來的用戶，在 調(diào)度器中，該級別處于優(yōu)先的位置。每個新切換來的移動用戶都可以在一定時間 內(nèi)享用此優(yōu)先級別，經(jīng)過一段時問后再重新根據(jù)該用戶的業(yè)務(wù)流量特性重新審定其 級別。另外一種解決方案是為這類用戶預(yù)留一定的帶寬，在沒有切換用戶時，這 份帶寬可以被本區(qū)域內(nèi)的其他用戶使用。當(dāng)有一個用戶移出小區(qū)時，空出的帶寬 會在剩下的用戶中重新分配。 2 2 5 無線i n t s e r v 和無線d i f f s e r v 結(jié)合 從上述分析可以看出，i n t s e r v 和d i f f s e r v 這兩種服務(wù)模型各有自己的長處和 局限，都不能完全滿足需要。但兩者具有結(jié)合的可行性，i n t s e r v 提供了種在異 構(gòu)網(wǎng)絡(luò)元素之上提供端到端q o s 的方法，所以可以將d i f f s e r v 網(wǎng)絡(luò)視為更大的 i n t s e r v 網(wǎng)絡(luò)中的一種網(wǎng)絡(luò)元素。在網(wǎng)絡(luò)邊緣放置i n t s e 瓜s v p 區(qū)域，在核心放置 d i f f s e r v 區(qū)域【1 7 1 ，主干網(wǎng)中的d i f t s e r v 看成i n t s e r v 的一跳，如圖2 3 所示。另一 方面，為了支持這樣的集成框架，d i f f s s e v 區(qū)域必須滿足以下需求：( 1 ) 端到端的 r s v p 信令至少應(yīng)該被透明地傳過d i t y 3 e r v 區(qū)域。( 2 ) 必須能夠在d i f f s e r v 區(qū)域的邊 界路由器之間為標(biāo)準(zhǔn)的i n t s e r vq o s 服務(wù)提供支持，在d i f f s e r v 區(qū)域內(nèi)部用p h b 來調(diào)用這些服務(wù)。( 3 ) 必須在d i i t s e r v 區(qū)域的邊界節(jié)點執(zhí)行適當(dāng)?shù)目刂疲芾怼?( 4 ) d i f f s e r v 區(qū)域必須為其他網(wǎng)絡(luò)提供接納控制以便于資源的利用。 曩疆覦霸一靖 圖2 3 i n t s e w 和d 丘s e r v 結(jié)合 根據(jù)以上研究我們可以看出，無線環(huán)境下的q o s 策略的發(fā)展趨勢是在核心網(wǎng) 第二章 無線i p 網(wǎng)絡(luò)q o s 技術(shù) 采用d i f f s e r v ，在無線接入網(wǎng)采用i n t s e r v ，無線接入網(wǎng)內(nèi)用信令協(xié)議支持動態(tài)資源 分配；資源分配信令可以和移動主機位置管理信令相結(jié)合，以加快資源分配過程， 減少信令開銷。 2 3 1q o s 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 2 3q o s 網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu) 從q o s 的角度看，網(wǎng)絡(luò)是由主機、路由器、鏈路、策略服務(wù)器( p o l i c ys e r v e r ) 、 帶寬管理器( 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的一種) 構(gòu)成的0 5 1 。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2 a 所示。下面簡單 介紹這些構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)的元素。 路由器 路由器路由器 bc 圖2 4q o s 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)流 控制流 1 ) 主機 主機上的應(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q o s 要求。 2 ) 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l(wèi) a n 、a t m 網(wǎng)絡(luò)、無線 網(wǎng)等，使用這些鏈路來實現(xiàn)q o s 時，有一些特殊要求需要考慮。 3 ) 邊界，核心路由器 每個q o s 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q o s 。而一般邊界路由 器還設(shè)有接納控制和流量調(diào)節(jié)機構(gòu)。接納控制用于當(dāng)中請q o s 服務(wù)時，判斷該申 請是否可以被接受。流量調(diào)節(jié)機構(gòu)用于確認(rèn)流入及流出q o s 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) 。 無線艫網(wǎng)絡(luò)q o s 技術(shù)研究 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。 4 ) 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q o s 要求的用戶回答 其是否有提出要求的權(quán)利，以及提出的q o s 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。 5 ) 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。 2 3 2 路由器工作原理 在構(gòu)成q o s 網(wǎng)絡(luò)的元素中，路由器是較為重要的一個部件。下面我們來研究 一下路由器的工作原理。路由器的功能，本來只具有普通路由的作用，但為了執(zhí) 行q o s 功能，就在以前的路由器加上了三個功能：接納控制機構(gòu)、流量調(diào)節(jié)機構(gòu)、 流量控制機構(gòu)。它的工作原理如圖2 5 所示，我們從數(shù)據(jù)平面和控制平面兩個方面 來研究。 數(shù)據(jù)平面 直接在用戶數(shù)據(jù)包里加入q o s 控制。它分為以下幾個方面 1 ) 流量調(diào)節(jié)機構(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)( f o r w a r d i n g ) 。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 i n t e r n e t 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q o s 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q o s 路由來滿 足業(yè)務(wù)的0 0 s 要求【1 9 l 。q o s 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。q o s 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。q o s 路由能夠滿足業(yè)務(wù) 的q o s 要求，同時提高網(wǎng)絡(luò)的資源利用率。但是q o s 路由的計算十分復(fù)雜，增加 第二章 無線i p 網(wǎng)絡(luò)q o s 技術(shù) 了網(wǎng)絡(luò)的開銷，目前實用的q o s 路由算法還不多見。 3 ) 流量控制機構(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d s 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f i f o ( 先入先出) ，優(yōu)先級調(diào)度，循環(huán)調(diào)度， w f q 加權(quán)公平調(diào)度、自同步公平調(diào)度、w f 2q 、虛擬時鐘調(diào)度、基于分類調(diào)度等 算法。 4 ) 數(shù)據(jù)包分類機構(gòu) 流量調(diào)節(jié)機構(gòu)和流量控制機構(gòu)的內(nèi)部設(shè)置有數(shù)據(jù)包分類機構(gòu)，它將分類出作 為流量調(diào)節(jié)機構(gòu)和流量控制對象的數(shù)據(jù)包。 ( 控制平面) ic o p s ，s n 咿l控制臺 - 一 圖2 5路由器工作原理圖 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q o s 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 ) r s v p 控s j j 資源準(zhǔn)備 設(shè)定接納控制、流量調(diào)節(jié)機構(gòu)、流量控制機構(gòu)等所需要的參數(shù)。并且為此與 收發(fā)主機、相鄰的路由器交換需要的數(shù)據(jù)。 3 ) 路由選擇的處理 1 4 無線i p 網(wǎng)絡(luò)q o s 技術(shù)研究 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c o p s 協(xié)議、s n m p 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、r s v p 、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)。