NGN承载网的QoS和安全考虑及建设方案探讨

1引言

NGN是下一代电信网的发展趋势，虽然目前其体系架构、相关标准仍在不断完善中，但是无论是基于软交换的体系架构还是基于IMS的体系架构，对承载网技术的要求是一致的，都需要承载网能够提供电信级的QoS与安全。

目标的NGN网络上能够开展任何一种电信业务，统一的承载平台也一直是电信界的梦想，人们期待IP能够成为这个全业务网络的基础转发平台。虽然IP网络是目前公认的下一代电信网的承载网络，但IP网络本身的特点一方面奠定了IP网络成功的基础，另一方面这些特点也限制了其进一步的发展。IP的QoS与安全问题成为其最终能否承担起这个历史使命的最大悬念。电信级的端到端QoS研究，是电信界研究的热点，目前还没有成熟、可靠、可以大规模实施的技术，各运营商业也在密切跟踪与参与。目前，基于软交换的NGN系统及业务已经基本成熟，对于运营商而言，现阶段建设NGN网络、开展NGN业务具有一定的战略意义，因此在现有网络上研究如何提供具有一定保障的QoS与安全，并开展NGN的业务成为了一个现实而重要的课题。本文分析了承载网的QoS与安全问题，并给出了一种现实的NGN承载网的建设方案。

2NGN承载网的QoS考虑

考虑承载网的QoS问题，首先必须搞清楚影响VoIPQoS的几个重要因素。

2.1时延

由于当前IP分组网的固有特性和低比特话音编解码器的使用，使得VoIP语音分组的端到端时延要比电路交换网中的时延大得多，组成部分也更为复杂，VoIP应用中网络通信结构和底层传输协议的多样性，决定了时延成分的多样性。

端到端的时延可以分成两个部分，即固定时延和可变时延。固定时延包括编解码器引入的时延和打包时延。固定时延和采用的压缩算法、打包的语音数据量相关。可变时延包括：承载网上的传输、节点中排队、服务处理时延、去抖动时延，这些和设备的端口速率，网络的负载情况，经过的网络路径、设备对QoS的支持方式、实现的QoS算法等密切相关。特别是去抖时延和承载网络的抖动指标密切相关，通过采用合适的网络技术可以显著降低语音通过网络时引入的抖动，减少去抖动时延。

IP网中话音分组的端到端时延，150ms以下的时延，对于大多数应用来说是可接受的；150～400ms之间的时延，在用户预知时延状况的前提下可以接受；大于400ms的时延不可接受。

目前，不同级别的网络设备，在正常情况下的数据包处理时延为几十微秒到几毫秒，能够满足单跳时延要求，但承载网的跳数设计不能超过以上端到端的的时延要求，而且跳数越少越好。

2.2抖动

根据实际测量发现，抖动大于500ms是不可接收的，而抖动达到300ms时，是可以接受的，此时为了消除抖动会引起较大的时延，综合时延对语音质量的影响来考虑，要求承载网的抖动小于80ms。

抖动会引起端到端的时延增加，会引起语音质量的降低。影响抖动的因素一般和网络的拥塞程度相关。网络节点流量超忙，数据包在各节点缓存时间过长，使得到达速率变化较大。由于语音同数据在同一条物理线路上传输，语音包通常会由于数据包的突发性而导致阻塞。

2.3丢包率

丢包对VoIP语音质量的影响较大，当丢包率大于10%时，已不能接受，而在丢包率为5%时，基本可以接受。因此，要求IP承载网的丢包率小于5%。

丢包率的形成原因主要有两点，一是传统IP传输过程中的误码，这种情况在目前的网络条件下发生的概率极低。另一个是不能保障业务带宽造成的，当网络流量越拥塞，影响就越强烈，丢包发生率也就越大。

2.4带宽

足够的带宽是保障业务QoS的重要手段。如语音编码压缩采用ITU-TG.729标准，速率为8kbit/s。典型的语音编码器每20ms分发一个语音数据包，每个数据包中含有两个语音帧，所以每20ms就会采样生成160bit的信号，即数据包大小为20字节。当加上12字节的RTP头，8字节的UDP头和20字节的lP头后，则每个包大小变为60字节。因此，每个语音连接的有效速率为(60×8)/20=24kbit/s。同理，G.711的有效速率为80kbit/s。考虑目前城域网内主要的链路层技术是以太网，G.729，G.711的有效速率分别为：34.4kbit/s，90.4kbit/s。

控制流和信令流的带宽详细计算原则是一样的，要考虑信令消息以及开销的字节数，开销的计算跟语音业务带宽中的计算类似，信令消息的字节数则需要根据不同协议的呼叫消息字节数、呼叫比例的分配等来计算。由于控制信令在承载网占用的带宽较媒体流来说微乎其微，大约只占按照G.711编码所需带宽的0.5％，一个简单快速的算法就是按照媒体流带宽的2.5%预留。

对于任一层次的承载网络设备，上行端口汇聚了NGN的业务，其带宽设计必须满足其它端口及下联设备所带NGN用户的