NGN承载网中的QoS保证

孙旭海

摘要：目前NGN按照功能主要分为4个层面，分别为应用层、控制层、媒体层和接入与传输层。本文对处于NGN接入与传输层中的承载网的网络结构、网络QoS等问题进行了探讨。

关键词：NGN、承载网、网络QoS

1.前言

NGN(NextGenerationNetwork)称为下一代网络，具有综合、开放的网络架构，主要由应用层、控制层、媒体层和接入与传输层四个不同的功能平面组成，在统一的分组网络上提供话音、数据和多媒体等业务。其中接入与传输层由高速分组交换网络（IP/ATM）组成，目前国内主要运营商都建立了覆盖全国的分组网并开展了各种数据业务，可以预见运营商NGN承载网是建立在已有数据分组网基础上。NGN业务端到端（Peer-to-Peer）的通信模型及运营维护要求，与原来数据业务的客户/服务器（Clien/Server）通信模型有着较大区别，因而在IP地址/路由规划、QoS保证和网络安全保证方面对现在的数据分组网提出了挑战。本文将主要针对NGN承载网中的QoS保证进行讨论。

2.NGN承载网的网络结构

NGN承载网的网络QoS与NGN承载网的网络结构有着密切的关系。目前国内各大运营商均建有覆盖全国的分组数据网络，虽然各运营商多样化的运营环境和网络技术选择导致数据网的结构各不相同，但基本可分为全国骨干网、城域网、用户驻地网(CPN)三个网络层次。NGN承载网可以分为叠加网和融合网两种的网络结构模型，本文主要对实施难度较为简单的融合网网络结构模型进行讨论。

2.1融合网网络结构

NGN承载网融合网络结构是指在城域网内不建立NGN业务专用逻辑网络，NGN终端与原有其它业务终端采用相同的地址域，NGN终端业务直接由数据网络IP层承载。这种网络结构必须解决公网IP地址不足的问题，可以采取接入NAT应用层网关技术或公私网混合地址技术，两者技术也可混合采用。

2.2.1方案概述

（1）接入NAT应用层网关技术

接入NAT应用层网关技术，在城域网中NGN直接建立在现有的IP业务网上。接入NAT应用层网关技术不影响VPN技术的使用，在骨干网仍可使用MPLSVPN建立NGN的VPN。NGN核心部件（如软交换、信令网关、应用服务器、接入NAT应用层网关）数目少，可以直接分配运营商的公网地址。而大量的终端设备（IAD）分配私网地址，通过接入NAT应用层网关经过NAT转换后接入公网。因为是NGN分配的是公有地址，各城域网NGN间互通，以及NGN与其它分配公网地址的IP网（数据网，VoIP）之间可以直接互通。接入NAT应用层网关的具体实现平台可以是IAD汇聚设备，也可由外挂独立的接入NAT应用层网关。

（2）公私网混合地址技术

在城域网内将私网地址（如10.X.X.X）视为正常的公有地址，与公网地址混用，内部公有地址和私有地址之间不做地址转换，本地网的路由设备不区分公有/私有地址，同时支持公有地址和私有地址路由，这样在城域网内不存在互通问题。网络出口采用混合地址交换路由器（CASR）进行地址转换，仅仅对私有地址数据报文进行地址转换，公有地址报文正常路由转发，本地网出口处将私网路由过滤掉。软交换、网关、服务器及企业用户可以分配公有地址，大量个人用户可以分配私有地址。城域网间分配公有地址的NGN部件可以直接互通。城域网间采用私有地址的NGN的互通可以采取如下方法：CASR处只进行简单的NAT转换及常见数据业务的应用层网关功能（如FTP），城域网间的NGN互通采用互通网关（IMG）或应用层网关技术。

2.2.2方案分析

NGN融合网网络结构在轻负载的IP数据网上实现起来比较容易，对承载话音等实时业务都比较理想，终端采用编码，压缩、消抖、回波抵消等技术，可吸收部分网络性能波动对话音等实时业务质量的影响。这种思路实现容易，管理简单，对运营商数据网络/IP网络没有苛刻要求，便于初期业务的开展。但是随着分组用户终端数目的增多和业务流程的增长，IP数据网会逐渐变为一个重负荷的网络，这时就会遇到许多棘手问题，如IP地址紧缺、用户安全、用户管理和QoS保证等问题。

3.NGN承载网的QoS和实施

目前IP网主要提供尽力而为型数据业务，随着NGN业务的引入，话音、视频会议等实时业务对QoS提出了严格要求。典型的IPQoS体系包括综合业务模型（Int-Serv）和区分业务模型（Diff-Serv）等，但这两种IP业务模型均不能完全满足QoS要求。MPLS技术通过为数据流定义不同的颗粒度（granularity），借助支持QoS的协议，根据业务流对QoS要求，分配不同的规格的标签。MPLS还可应用于流量工量、路径保护和VPN领域。目前，IP承载网实现QoS的可以采取如下阶段方案：

方案一：基于Diff-Serv或ToS；

方案二：基于Best-Effort（尽力而为）的流量工程；

方案三：基于Best-Effort（尽力而为）的流量工程+Diff-Serv或ToS；

方案四：基于Diff-Serv的流量工程。

具体实现时，必须考虑QoS演进策略：首先实现方案一或二，再支持方案四。采用方案二，网络的可用性达到99.9%，方案三对实时业务的网络可用性可达99.99%，方案四+快速重路由对实时业务的支持有望达到电信级QoS。

流量工程可对网络的使用情况进行监控，监控项目包括网络拥塞状况、点到点流量，便于网络的规划、升级和是否需实施流量工程。若要达到电信级QoS，Diff-Serv流量支持工程十分重要。

方案四的Diff-Serv流量结合快速重路由等技术对实时业务的支持有望达到电信级QoS。NGN业务端到端的QoS保证需要整网设备支持，目前运营商网上的设备的QoS支持能力参次不齐，但基本支持Diff-Serv，所以我们重点讨论方案一的实现，采用带宽+Diff-Serv的分层实现来保证NGN业务的QoS。

3.1融合网网络结构

融合网网络结构中，采用带宽+Diff-Serv来保证业务的QoS。融合网网络结构中，NGN网与其它业务网不是二层隔离，所以保证不同业务网之间的优先级比叠加网方案难度大。在融合网网络结构下，NGN业务与其它IP业务共用接入设备逻辑/物理接口，保证不同业务的QoS有两种方法，一种是由NGN边缘接入层设备（IAD、AG、TMG）能对NGN业务流打优先优标识，接入网络设备信任边缘接入层设备的标识，根据优先级标记进行相应处理，要求在整个域内采取相同的QoS策略。第二种是接入网络设备不信任边缘接入层设备的优先级，本身具备流分类功能，根据根据五元组流分类功能和配置分类规则，区分NGN实时业务与其它业务，并设置相应的优先级。此时必须使NGN业务流要与其它业务流能区分开，如分配不同的地址段或不同物理/逻辑端口。

作者简介:

孙旭海，男，1977年10月出生，2000年6月毕业于湖南大学，目前在海南中京南方信息工程有限公司工作，通信地址为海口市金贸中路13号A4栋，邮编为570125，