【正文】 第 7 章 多媒體通信服務質(zhì)量與管理 第 7 章 多媒體通信服務質(zhì)量與管理 引言 QoS參數(shù)體系結(jié)構(gòu) QoS管理機制 QoS管理協(xié)議 QoS管理模型和實現(xiàn)機制 第 7 章 多媒體通信服務質(zhì)量與管理 引 言 服務質(zhì)量 （ Quality of Service, QoS） 是一種抽象概念 , 用于說明網(wǎng)絡服務的 “ 良好 ” 程度 。 由于不同的應用對網(wǎng)絡性能的要求不同 , 對網(wǎng)絡所提供的服務質(zhì)量期望值也不同 。 這種期望值可以用一種統(tǒng)一的 QoS概念來描述 。 在不同應用系統(tǒng)中 , QoS參數(shù)集的定義方法可能是不同的 , 經(jīng)常使用吞吐量 、 差錯率 、 端到端延遲 、延遲抖動等網(wǎng)絡性能參數(shù)來定義 QoS。 對連續(xù)媒體傳輸來說 , 端到端延遲和延遲抖動是兩個關(guān)鍵的性能參數(shù) 。 多媒體應用 , 特別是交互式多媒體應用對延遲有嚴格的限制 , 不能超過人所能容忍的極限 , 否則將會嚴重地影響服務質(zhì)量 。 同樣 , 延遲抖動也必須維持在嚴格的界限內(nèi) , 否則將會嚴重地影響人對語音和圖像信息的識別 。 第 7 章 多媒體通信服務質(zhì)量與管理 QoS參數(shù)體系結(jié)構(gòu) 圖 QoS參數(shù)體系結(jié)構(gòu) 應用層 Q O S 傳輸層 網(wǎng)絡層 數(shù)據(jù)鏈路層 第 7 章 多媒體通信服務質(zhì)量與管理 1. 應用層 表 一個視頻 QoS分級的例子 QoS級 視頻幀傳輸速率 /(幀 /秒 ) 分辨率 /% 主觀評價 損害程度 5 25～ 30 65～ 100 很好 細微 4 15～ 24 50～ 64 好 可察覺 3 6～ 14 35～ 49 一般 可忍受 2 3～ 5 20～ 34 較差 很難忍受 1 1～ 2 1～ 9 差 不可忍受 第 7 章 多媒體通信服務質(zhì)量與管理 2. 傳輸層協(xié)議主要提供端到端的 、 面向連接的數(shù)據(jù)傳輸服務 。 通常 , 這種面向連接的服務能夠保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和順序性 , 但以較大的網(wǎng)絡帶寬和延遲開銷為代價 。 傳輸層 QoS必須由支持 QoS的傳輸層協(xié)議提供可選擇和定義的 QoS參數(shù) 。 傳輸層 QoS參數(shù)主要有 : 吞吐量 、 端到端延遲 、 端到端延遲抖動 、 分組差錯率和傳輸優(yōu)先級等 。 國際標準化組織 (ISO)在 1986年頒布的 ISO/OSI 8072標準中明確地定義了傳輸層 QoS參數(shù) : 第 7 章 多媒體通信服務質(zhì)量與管理 建立連接延遲 : 用戶發(fā)出連接請求到接收到連接確認之間的時間間隔 。 建立連接失敗率 : 在最大建立連接延遲內(nèi)不能建立連接的可能性 。 吞吐量 : 每秒接收的用戶數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù) 。 傳輸延遲 : 發(fā)送方發(fā)出數(shù)據(jù)到接收方接收到該數(shù)據(jù)所經(jīng)歷的時間間隔 。 固有差錯率 : 在取樣時間段內(nèi)丟失和出錯的信息數(shù)占總信息數(shù)的比率 。 第 7 章 多媒體通信服務質(zhì)量與管理 傳輸失敗率 : 在數(shù)據(jù)傳輸階段因各種原因所造成失敗的信息占總信息數(shù)的比率 。 釋放連接延遲 : 一方發(fā)出釋放請求到對方執(zhí)行釋放之間的時間間隔 。 保護 : 用于說明建立安全連接需求的參數(shù) , 如沒有竊聽或修改 。 優(yōu)先級 : 規(guī)定在該連接上傳輸?shù)膬?yōu)先級 。 彈性 : 用于說明傳輸層自動終結(jié)的可能性。 第 7 章 多媒體通信服務質(zhì)量與管理 3. 網(wǎng)絡層協(xié)議主要提供路由選擇和數(shù)據(jù)報轉(zhuǎn)發(fā)服務 。 通常 , 這種服務是無連接的 , 通過中間點 （ 路由器 ） 的 “ 存儲 轉(zhuǎn)發(fā) ”機制來實現(xiàn) 。 在數(shù)據(jù)報轉(zhuǎn)發(fā)過程中 , 路由器將會產(chǎn)生延遲 （ 如排隊等待轉(zhuǎn)發(fā) ） 、 延遲抖動 （ 選擇不同的路由 ） 、 分組丟失及差錯等 。 網(wǎng)絡層 QoS同樣也要由支持 QoS的網(wǎng)絡層協(xié)議提供可選擇和定義的 QoS參數(shù) , 如吞吐量 、 延遲 、 延遲抖動 、 分組丟失率和差錯率等 。 第 7 章 多媒體通信服務質(zhì)量與管理 網(wǎng)絡層協(xié)議主要是 IP協(xié)議 , 其中 IP v6可以通過報頭中優(yōu)先級和流標識字段支持 QoS。 一些連接型網(wǎng)絡層協(xié)議 , 如 RSVP和 STⅡ 等可以較好地支持 QoS, 其 QoS參數(shù)通過保證服務 (GS)和被控負載服務 (CLS)兩個 QoS類來定義 。 它們都要求路由器也必須具有相應的支持能力 , 為所承諾的 QoS保留資源 （ 如帶寬 、 緩沖區(qū)等 ） 。 第 7 章 多媒體通信服務質(zhì)量與管理 4. 數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議主要實現(xiàn)對物理介質(zhì)的訪問控制功能 , 也就是解決如何利用介質(zhì)傳輸數(shù)據(jù)問題 , 與網(wǎng)絡類型密切相關(guān) , 并不是所有網(wǎng)絡都支持 QoS, 即使支持 QoS的網(wǎng)絡其支持程度也不盡相同 。 各種 Ether都不支持 QoS。 Token Ring、 FDDI和100VGAnyLAN等是通過介質(zhì)訪問優(yōu)先級定義 QoS參數(shù)的 。ATM網(wǎng)絡能夠較充分地支持 QoS, 它是一種面向連接的網(wǎng)絡 , 在建立虛連接時可以使用一組 QoS參數(shù)來定義 QoS。 第 7 章 多媒體通信服務質(zhì)量與管理 國際電信聯(lián)合會 (ITU)制定了有關(guān) ATM網(wǎng)絡 QoS參數(shù) , 它允許用戶指定如下的參數(shù) : 峰值信元速率 (PCR): 用戶發(fā)送信元的最大瞬間速率 。 長期承受信元速率 (SCR): 經(jīng)過一個長時期測量到的平均信元速率 。 信元丟失率 (CLR): 在信元傳輸過程中丟失的信元所占的百分比 。 信元傳輸延遲 (CTD): 一個信元從進入網(wǎng)絡到離去所經(jīng)歷的延遲 。 信元延遲變化范圍 (CDV): CTD的變化范圍 。 突發(fā)容許 (BT): 允許以 PCR發(fā)出的最大突發(fā)長度 。 最小信元速率 (MCR): 用戶期望至少要達到的最小信元速率。 第 7 章 多媒體通信服務質(zhì)量與管理 QoS管理機制 QoS管理機制應當提供如下 QoS管理特性 : ① QoS管理應是可配置的。 ② QoS管理應是可協(xié)商的。 ③ QoS管理應是動態(tài)的。 ④ QoS管理應是端到端的。 ⑤ QoS管理應是層次化的。 第 7 章 多媒體通信服務質(zhì)量與管理 QoS (1) 確定型 （ Deterministic） QoS 在數(shù)據(jù)傳輸過程中 , 網(wǎng)絡提供 “ 硬 ” 的 QoS保證 , 即對所承諾的 QoS必須嚴格保證 , 否則可能會造成嚴重的后果 。 這類服務一般用于硬實時應用 , 如在遠程醫(yī)療系統(tǒng)中 , X光照片數(shù)據(jù)必須采用實時無差錯的傳輸 。 Inter綜合服務中的保證服務 （ GS）和區(qū)分服務中的快速轉(zhuǎn)發(fā)均屬于這一類 QoS。 第 7 章 多媒體通信服務質(zhì)量與管理 (2) 統(tǒng)計型 （ Statistical） QoS 在數(shù)據(jù)傳輸過程中 , 網(wǎng)絡提供 “ 軟 ” 的 QoS保證 , 即對所承諾的 QoS允許一定范圍的波動 , 并且不會造成不良的后果 。 這類服務一般用于軟實時應用 , 如遠程多媒體點播 （ VOD） 系統(tǒng) 。 Inter綜合服務中的被控負載服務 （ CLS） 和區(qū)分服務中的保證轉(zhuǎn)發(fā)均屬于這一類 QoS。 (3) 盡力型 （ Best Effort） QoS 盡力型 QoS也稱最佳效果傳輸 , 網(wǎng)絡不提供任何 QoS保證 , 網(wǎng)絡性能將隨著負載的增加而明顯下降 。 由于受到帶寬的限制 , 現(xiàn)有 Inter上的分布式多媒體應用大多提供這類服務 。 第 7 章 多媒體通信服務質(zhì)量與管理 圖 (a) Tagged Frame。 (b) 基于 第 7 章 多媒體通信服務質(zhì)量與管理 表 標記值 流 量 類 型 1 Background 2 Standard (Spare) 0 Best Effort 3 Excellent Effort (Business Critical) 4 Controlled Load (Streaming Multimedia) 5 Video (Interactive media), less than 100 ms latency and jitter 6 Voice (Interactive voice), less than 10 ms latency and jitter 7 Network Control (Reserved Traffic) 第 7 章 多媒體通信服務質(zhì)量與管理 DiffServ IETF提出了兩種 QoS保證機制 , 一是由 RSVP提供的保證型服務 。 二是在區(qū)分服務 (DiffServ, DS)中定義的區(qū)分型服務 。 由于保證型服務具有面向連接的特性 , 并通過 QoS協(xié)商 、 接納控制 、 保留帶寬和實時調(diào)度等機制來實現(xiàn) 。 區(qū)分型服務具有無連接的特性 , 主要通過緩沖管理和優(yōu)先級調(diào)度機制來實現(xiàn) , 而無需進行 QoS協(xié)商和保留帶寬等控制 。 隨著網(wǎng)絡規(guī)模的增長 , 保證型服務的復雜性將會迅速增加 , 并難以擴展 。 由于 IP網(wǎng)絡的發(fā)展仍然是基于無連接的 , 區(qū)分型服務與之相適應 , 更適合在大型 IP網(wǎng)絡 (如Inter)中應用 。 第 7 章 多媒體通信服務質(zhì)量與管理 IETF的 DiffServ工作組在 RFC 2474和 RFC 2475中發(fā)布了區(qū)分服務標準草案 。 其中 , RFC 2474定義了 IP v4和 IP v6報頭中的區(qū)分服務 (DS)字段及其支持機制 。 RFC 2475定義了區(qū)分服務體系結(jié)構(gòu) 。 RFC（ Request For Comments） 是 Inter研究和開發(fā)機構(gòu)所發(fā)布的有關(guān)網(wǎng)絡協(xié)議及標準的注釋性公文系列 。 區(qū)分服務規(guī)定了一個網(wǎng)絡內(nèi)部轉(zhuǎn)