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在家庭IP网络中提供QoS的设计考虑及解决方法

时间:10-16 来源:电子工程专辑 点击:

可行性

如果要求QoS的新业务被加入到家庭网络中,新的设备必须包含必要的QoS信令功能。在安装这样的设备之前,假定具有QoS功能的由服务提供商管理的住宅网关已经存在。这个住宅网关可能支持那些没有可管理QoS功能的已有PC以及互联网设备。

通常,对已有主机的改变,无论是软件或者是硬件改变可能都是不可行的。因此,家庭QoS方案必须在传统设备存在的情况下可以工作。

分优先级的媒体接入可以覆盖在现有的共享媒体家庭网络上。尽管上面提到的不同家庭网络技术具有设置优先级的方法,但总体上没有一个实体来设置优先级。使用那些技术的数据流趋向于尽力而为的传送。因此,当QoS被加入到住宅网关,来自住宅网关的数据流可以被分优先级。

同样,符合QoS规范的网络用户设备可以使用分优先级的媒体接入,不符合的设备将继续使用尽力而为的优先级。这样一来,对于家庭网络中既有支持QoS的设备又有不支持QoS的设备的情况,可以通过在共享接口上设置优先级来实现QoS,并只在住宅网关的交换式以太网接口上发送适当的数据流。

叠加于传统Wi-Fi网络的分优先级QoS系统的一个实例是基于IEEE 802.11e草案EDCA部分的WiFi Wireless Multimedia Enhancements(无线多媒体增强,WME)。对于高优先级的数据流,WME缩短接入参数以便数据包在传统设备发送数据流之前发送,WME还能增长接入参数,以允许具有比传统数据流优先级低的背景类数据流(background class of traffic)。

然而,参数化的媒体接入不能叠加在传统网络上,因为传统设备不能防止在中央控制器分配给符合QoS规范的(新的)设备的时间内发送数据。传统设备不能在共享网络上对参数、预留位和带宽管理器操作。

排队和包转发

在如住宅网关这样的具有多个网络接口的任何设备中,需要一种机制来对从多个端口接收到并将通过单个接口再发送的包进行控制。这种控制过程称为转发优先级或者排队。

有几种途径来实现基于优先级的包转发机制。如果接收数据包的接口包含一个第二层(L2)或第三层(L3)的优先机制,并且如果在不同接口上的优先级具有全局相关性(global relevance),那么这些数据包可能仅仅根据它们的相对优先级进行排队发送。

L3机制需要将包进行标注/标记(marked/labeled),标记必须映射到L2机制以提高在共享媒体上的优先级。如果L2和L3上的不同标记被映射,可以根据L2或L3上的标志(indicator)来进行排队决策。

802.1p的再生特性提供了检查包内容以及标记包在下一个转发器上的优先级的能力。然而,即使住宅网关接收的数据包内容被检查以确定它是否是高优先级,对于在WAN(DSL或有线modem)传输或返回到LAN的数据包进行标记处理并没有多大的价值,因为住宅网关仅仅必须做出一个关于将其放入哪个队列的内部决策。

如果接收器接口基于参数来实现QoS机制,排队决策或许可以基于延时或抖动参数来进行流规划。然而,如果数据包的长度可能意味将接收一个潜在低延时的数据包,并必须在一个特定的发送机会发送的话,根据包的长度来决定一个包是否应该传输将可能问题重重。

由于QoS优先级包转发方法完全存在于住宅网关内,可以被看成对现有的包处理性能的一个很小的提升,通过软件升级,这种新的QoS功能特性相对容易实现。幸运的是,这种方法还可以处理所有连接到接口上的传统设备,因为QoS包转发在住宅网关内部实现的。

QoS特性管理

上面我们讨论了在家庭网络中和住宅网关内分优先级的数据是如何移动的。但是,主机和应用如何确定什么数据应该具有优先权?QoS特性管理功能通过执行下面两个主要功能可以回答这个问题:

设置基本的网络策略决定哪个应用得到哪个高优先级; 在家庭网络设备之间沟通应用信息和分配的QoS优先级。

家庭网络用户保留对哪些应用应该获得比其他应用更高优先级的决策权。例如,用户可能希望流媒体获得比网络游戏更高的优先权。如果住宅网关由服务提供商提供,提供商可能建议默认优先级或者通过住宅网关提供优先级管理。默认优先级在运营商服务区域内可能都是一致的,或者根据每个家庭进行定制,以解决对于某个家庭的不同服务的差异。

优先级策略可能采用标准的信息,例如服务或者应用名称。除了基于应用或服务的优先级定义,基于每个网络设备或者目的设备的更精细的控制也可能是值得期待的。

图2:有线QoS的组成单元 示例(摘自ITU-T J.190)。

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