1引言
NGN是下一代電信網的發(fā)展趨勢，雖然目前其體系架構、相關標準仍在不斷完善中，但是無論是基于軟交換的體系架構還是基于IMS的體系架構，對承載網技術的要求是一致的，都需要承載網能夠提供電信級的QoS與安全。
本文分析了承載網的QoS與安全問題，并給出了一種現實的NGN承載網的建設方案。
2NGN承載網的QoS考慮
考慮承載網的QoS問題，首先必須搞清楚影響VoIPQoS的幾個重要因素。
2.1時延
由于當前IP分組網的固有特性和低比特話音編解碼器的使用，使得VoIP語音分組的端到端時延要比電路交換網中的時延大得多，組成部分也更為復雜，VoIP應用中網絡通信結構和底層傳輸協(xié)議的多樣性，決定了時延成分的多樣性。
端到端的時延可以分成兩個部分，即固定時延和可變時延。固定時延包括編解碼器引入的時延和打包時延。固定時延和采用的壓縮算法、打包的語音數據量相關?？勺儠r延包括：承載網上的傳輸、節(jié)點中排隊、服務處理時延、去抖動時延，這些和設備的端口速率，網絡的負載情況，經過的網絡路徑、設備對QoS的支持方式、實現的QoS算法等密切相關。特別是去抖時延和承載網絡的抖動指標密切相關，通過采用合適的網絡技術可以顯著降低語音通過網絡時引入的抖動，減少去抖動時延。
IP網中話音分組的端到端時延，150ms以下的時延，對于大多數應用來說是可接受的;150～400ms之間的時延，在用戶預知時延狀況的前提下可以接受;大于400ms的時延不可接受。
目前，不同級別的網絡設備，在正常情況下的數據包處理時延為幾十微秒到幾毫秒，能夠滿足單跳時延要求，但承載網的跳數設計不能超過以上端到端的的時延要求，而且跳數越少越好。
2.2抖動
根據實際測量發(fā)現，抖動大于500ms是不可接收的，而抖動達到300ms時，是可以接受的，此時為了消除抖動會引起較大的時延，綜合時延對語音質量的影響來考慮，要求承載網的抖動小于80ms。
抖動會引起端到端的時延增加，會引起語音質量的降低。影響抖動的因素一般和網絡的擁塞程度相關。網絡節(jié)點流量超忙，數據包在各節(jié)點緩存時間過長，使得到達速率變化較大。由于語音同數據在同一條物理線路上傳輸，語音包通常會由于數據包的突發(fā)性而導致阻塞。
2.3丟包率
丟包對VoIP語音質量的影響較大，當丟包率大于10%時，已不能接受，而在丟包率為5%時，基本可以接受。因此，要求IP承載網的丟包率小于5%。
丟包率的形成原因主要有兩點，一是傳統(tǒng)IP傳輸過程中的誤碼，這種情況在目前的網絡條件下發(fā)生的概率極低。另一個是不能保障業(yè)務帶寬造成的，當網絡流量越擁塞，影響就越強烈，丟包發(fā)生率也就越大。
2.4帶寬
足夠的帶寬是保障業(yè)務QoS的重要手段。如語音編碼壓縮采用ITU-TG.729標準，速率為8kbit/s。典型的語音編碼器每20ms分發(fā)一個語音數據包，每個數據包中含有兩個語音幀，所以每20ms就會采樣生成160bit的信號，即數據包大小為20字節(jié)。當加上12字節(jié)的RTP頭，8字節(jié)的UDP頭和20字節(jié)的lP頭后，則每個包大小變?yōu)?0字節(jié)。因此，每個語音連接的有效速率為(60&TImes;8)/20=24kbit/s。同理，G.711的有效速率為80kbit/s?？紤]目前城域網內主要的鏈路層技術是以太網，G.729，G.711的有效速率分別為：34.4kbit/s，90.4kbit/s。
控制流和信令流的帶寬詳細計算原則是一樣的，要考慮信令消息以及開銷的字節(jié)數，開銷的計算跟語音業(yè)務帶寬中的計算類似，信令消息的字節(jié)數則需要根據不同協(xié)議的呼叫消息字節(jié)數、呼叫比例的分配等來計算。由于控制信令在承載網占用的帶寬較媒體流來說微乎其微，大約只占按照G.711編碼所需帶寬的0.5%，一個簡單快速的算法就是按照媒體流帶寬的2.5%預留。
對于任一層次的承載網絡設備，上行端口匯聚了NGN的業(yè)務，其帶寬設計必須滿足其它端口及下聯(lián)設備所帶NGN用戶的帶寬需求。
2.5QoS的考慮
通過對影響QoS的指標分析可以看到，對承載網的精心設計(如層次、跳數的控制)、充分合理的帶寬規(guī)劃、避免網絡擁塞，是目前現實方案中需要重點考慮的因素。
當前的IP服務質量體系結構主要有IETF建議的IntServ體系和DiffServ體系。IntServ模型使用資源預留協(xié)議(RSVP)，在傳送數據之前，根據業(yè)務的服務質量需求進行網絡資源預留，從而為改數據流提供端到端的服務質量保證。集成模型雖然能夠提供確定的服務質量保證，但是它需要在網絡中維護每個流的狀態(tài)，對路由器的要求高，難以在大型IP網絡中實施，因此不考慮使用這個方案。區(qū)分服務的基本思想是將用戶的數據流按照服務質量要求劃分等級，級別高的數據流在排隊和占用資源時比級別低的數據流有更高的優(yōu)先級。區(qū)分服務只包含有限數量的業(yè)務級別，狀態(tài)信息數量少、實現簡單、擴展性好。因此是目前業(yè)界認同的IP網絡QoS的解決方案。
在NGN業(yè)務與互聯(lián)網業(yè)務共用網絡設備的情況下，互聯(lián)網業(yè)務的流量特征對網絡QoS性能的影響要充分考慮。一直以來，互聯(lián)網的網絡規(guī)劃與建設基本上是參照平均統(tǒng)計的經驗模型，在充分考慮業(yè)務發(fā)展需要的同時預留一定的余量，網絡設備的能力與帶寬往往超過實際的需要，但實際上發(fā)現網絡的質量并不穩(wěn)定。根據近年來的研究發(fā)現，互聯(lián)網承載的主要業(yè)務如WWW，FTP等在較大的時間尺度內具有自相似的特性，表現為聚合流量產生的過程具有顯著的突發(fā)性，而不是像傳統(tǒng)模型那樣是一個預期的平滑疊加過程。具體體現到IP城域網的現象就是：平均性能較好，瞬態(tài)特性很差。因此，在網絡設計中必須充分考慮互聯(lián)網流量對NGN業(yè)務的沖擊。解決這個問題，可以采用DiffServ技術來部分改善，也可以考慮建設NGN專用網絡去避免這個問題。從運營的角度看，考慮到傳輸資源充分、網絡帶寬以及設備成本低、安全性等因素的考慮，建設專用輕載網絡，盡可能增大網絡帶寬也是非?，F實的方案。
在以上分析的基礎上，提出本文的QoS解決思路，根據實際情況混合采用以上技術。在骨干層使用MPLSVPN技術，城域網內使用DiffServ技術及部分建設專用網絡。在與互聯(lián)網共用設備的節(jié)點，根據NGN承載的實體，分別將骨干網上NGNVPN的LSP，NGN業(yè)務的二層VLAN，NGN業(yè)務的三層IP地址的優(yōu)先級字段都設置為最高級別，網絡節(jié)點通過優(yōu)先級字段進行報文分類、流量整形、流量監(jiān)管和隊列調度，從而實現對NGN業(yè)務高優(yōu)先級的處理，最大程度減少互聯(lián)網的突發(fā)特性對NGN業(yè)務的沖擊。另外，專用設備的建設用以保障在NGN業(yè)務量大的區(qū)域，隔離互聯(lián)網對NGN業(yè)務的影響。
對于業(yè)務帶寬的設計，需要根據VoIP的話務模型進行計算。根據目前我們開展的NGN業(yè)務的特征及網絡實際情況，我們使用了如下的帶寬計算經驗公式：NGN業(yè)務帶寬=[(用戶數&TImes;單話路帶寬)&TImes;收斂比&TImes;(1+2.5%)]/0.8，其中話路帶寬=編碼率+包頭開銷/打包周期;收斂比=話路收斂比×靜音壓縮比(如果VAD，取60%，否則取1);話路收斂比：1萬用戶以上取0.1，1萬～1千取0.25，1千以下取0.5，話路收斂比可以根據本地業(yè)務的開展與網絡的實際情況進行調整。
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