论文部分内容阅读
【摘 要】基于优化方法的机制设计与性能评价成为了当前网络服务质量领域中的一个前沿研究领域。本文简述了在网络上实现服务质量的现状和解决方案，分析和总结了服务质量保证的关键技术的原理和特点，最后展望了网络服务质量技术的发展。
【关键词】服务质量；性能；综述
一、引言
随着通信技术和Internet的快速发展，网络会议、视频点播、远程教学、资源下载等大量实时服务在网络上被广泛应用，需要占用大量网络带宽，而且不同业务流对Qos有着不同的要求，这都迫切要求网络传输能提供服务质量保证。因此，如何保障网络的服务质量是一个重要的研究领域。
（一）QoS定义
QoS是指IP的服务质量，也是指IP数据流通过网络时的性能。它的目的就是向用户提供端到端的服务质量保证。它有一套度量指标，包括业务可用性、延迟、可变延迟、吞吐量和丢包率等。简单地说，QoS能够对数据包进行合理的排队，对含有内容标识的数据包进行优化，并对其中特定的数据包赋以较高的优先级，从而加速传输的进程，并实现实时交互。QoS在可预测、可测量性方面比传统IP有了很大的提高．基本解决了多媒体类应用或者大数据有线传输的需求，并且可提高带宽的使用率。
（二）Qos的主要性能参数
实际上，Qos问题主要是由网络对业务性能要求的支持能力不足引起的。QoS保证就是通过对网络资源进行合理安排，确保网络满足各项业务的要求，目的是为各种业务流（如数据、图像、多媒体等）提供可靠的端到端Qos保证。用来保证Qos的性能参数包括：①可用性，指用户到IP业务之间连接的可靠性；②延迟，指IP包从网络入口点到达出口点所需的传输时间间隔；③延迟抖动，指在同一条路径上发送的一组数据流中数据包之间的时间差异；④丢包率，指IP包在网络节点之间传输时丢失的IP包数与己发送的IP包总数的比值；⑤吞吐量，指网络中IP包的传输速率。
二、典型网络服务质量的模型
服务质量模型是网络服务性能的综合体现。在实现QoS保证的机制上，不同的国际组织和团体提出了不同的控制机制和策略，如ISO提出了基于ODP分布式环境的QoS控制；ATM论坛提出了QoS控制策略和实现；IETF也提出的集成服务模型，区分业务模型，多协议标签交换，流量工程[2]等。目前，网络QoS的典型模型有：尽力而为服务（Best effort Service）、集成服务和区分服务，使用不同的服务模型可以完成网络承载业务不同的OoS保障。
传统的IP网络采取尽力而为的处理原则，对数据的处理就是公平竞争，处理方式简单，网络资源利用率高，不利于运营管理，因而提出了集成服务模型。集成服务是针对流的，支持三种流类型：保证服务，控制负荷，尽力而为的服务。其基本思想就是采用资源预留协议为业务流保留带宽，预留网络资源来实现Qos保障。RSVP的工作过程是：当需要在一条路径上预留带宽资源时，发送端在发送数据前先向接收方发送路径消息，接收端收到消息后发送一个资源预留请求类别的RESV消息，为该数据请求资源，沿途的每个路由器采用输入控制过程，决定是否接受该请求。如果该请求被拒绝，路由器给接收方发送一个出错信息，终止端信令处理过程：否则，路由器为该数据流分配所请求的资源。集成服务能预留所需资源，提供端到端的服务质量保证，但其复杂度高、开销大、可扩展性较差，实现复杂而不能满足QoS的要求。
目前，区分服务模型已经成为解决IP网络服务质量问题的主要模型。区分服务使用分组标记和按类排队的方法，定义一组数量较小的服务类型和优先级，在网络的边缘对所有分组进行分类，并标记每个分组所属的服务类型，对不同种类的报文设置不同的优先级，优先级高的应用报文优先得到服务。其工作方式是：对到达的数据包根据业务流的Qos要求进行分类并使用区分服务码点进行标记，复杂的业务流在网络的边缘路由器中进行，逐跳转发等简单功能则在核心路由器中完成。在区分服务中，不同级别的分组得到不同级别的服务，很好地适应了IP网络的特点，实现简单且具有很强的可扩展。
三、服务质量技术的发展
随着网络的快速发展，网络承载的业务类型呈现出多样化的发展趋势。在实际应用中，我们可以组合运用各种管理手段和服务质量技术，综合实现网络的QoS。比如利用MPLS技术来解决服务质量问题；对可重构网络体系结构提出一个确保可重构网络服务质量的方法；将QoS与MPLS+DiffServ相结合的综合服务质量模型。事实上，如何充分利用网络特征，设计面向应用问题的体系结构，研究下一代网络的服务质量及策略、流量工程、多协议标签交换等技术，都将是未来QoS研究的趋势。
四、结束语
网络中的优化理论将成为网络系统设计的基本出发点，它不仅能够严格导出网络中同一层次中资源分配和任务调度的最优决策，而且能够指导网络的跨层设计。很多网络机制基于启发式设计，尚待改进，因此需要网络优化理论的支持。不仅如此，网络优化理论本身也存在很多难点，值得关注，例如分布式优化中通信信息的传输，基于状态的动态规划状态空间的化简等。在实际中，网络中各节点的能量和资源有限，也亟需找到更有效的优化算法。此外，对优化算法的评价也是一个挑战，尤其是诸如适应性之类不易被量化的指标。优化算法的评价结果将对选择具有最优折中性能指标的算法提供参考。目前，有关Qos保证技术问题的研究仍处于不断的发展和完善中。本文分析了现有网络服务质量的特点和现状，提出有效地结合各种Qos技术更好地发挥各自不同的优势，改进网络服务质量。
参考文献
[1]李刚健，段锦.基于MPLS的网络服务质量分析.长春理工大学学报，2006，29（2）．
[2]刘强，王斌强，韩振吴.基于可重构网络的服务质量研究.信息工程大学学报，2009，10（1）．
[3]夏利，关少颖，赵娟，王光兴.一种新的IP网络服务质量模型.东北大学学报，2005，26（4）．
[4]Neely M J，Delay based network utility maxlmization//Proceedings of the IEEE International 29th Conference on Computer Communications． San Diego，CA，USA ，2O10：2669-2677
【关键词】服务质量；性能；综述
一、引言
随着通信技术和Internet的快速发展，网络会议、视频点播、远程教学、资源下载等大量实时服务在网络上被广泛应用，需要占用大量网络带宽，而且不同业务流对Qos有着不同的要求，这都迫切要求网络传输能提供服务质量保证。因此，如何保障网络的服务质量是一个重要的研究领域。
（一）QoS定义
QoS是指IP的服务质量，也是指IP数据流通过网络时的性能。它的目的就是向用户提供端到端的服务质量保证。它有一套度量指标，包括业务可用性、延迟、可变延迟、吞吐量和丢包率等。简单地说，QoS能够对数据包进行合理的排队，对含有内容标识的数据包进行优化，并对其中特定的数据包赋以较高的优先级，从而加速传输的进程，并实现实时交互。QoS在可预测、可测量性方面比传统IP有了很大的提高．基本解决了多媒体类应用或者大数据有线传输的需求，并且可提高带宽的使用率。
（二）Qos的主要性能参数
实际上，Qos问题主要是由网络对业务性能要求的支持能力不足引起的。QoS保证就是通过对网络资源进行合理安排，确保网络满足各项业务的要求，目的是为各种业务流（如数据、图像、多媒体等）提供可靠的端到端Qos保证。用来保证Qos的性能参数包括：①可用性，指用户到IP业务之间连接的可靠性；②延迟，指IP包从网络入口点到达出口点所需的传输时间间隔；③延迟抖动，指在同一条路径上发送的一组数据流中数据包之间的时间差异；④丢包率，指IP包在网络节点之间传输时丢失的IP包数与己发送的IP包总数的比值；⑤吞吐量，指网络中IP包的传输速率。
二、典型网络服务质量的模型
服务质量模型是网络服务性能的综合体现。在实现QoS保证的机制上，不同的国际组织和团体提出了不同的控制机制和策略，如ISO提出了基于ODP分布式环境的QoS控制；ATM论坛提出了QoS控制策略和实现；IETF也提出的集成服务模型，区分业务模型，多协议标签交换，流量工程[2]等。目前，网络QoS的典型模型有：尽力而为服务（Best effort Service）、集成服务和区分服务，使用不同的服务模型可以完成网络承载业务不同的OoS保障。
传统的IP网络采取尽力而为的处理原则，对数据的处理就是公平竞争，处理方式简单，网络资源利用率高，不利于运营管理，因而提出了集成服务模型。集成服务是针对流的，支持三种流类型：保证服务，控制负荷，尽力而为的服务。其基本思想就是采用资源预留协议为业务流保留带宽，预留网络资源来实现Qos保障。RSVP的工作过程是：当需要在一条路径上预留带宽资源时，发送端在发送数据前先向接收方发送路径消息，接收端收到消息后发送一个资源预留请求类别的RESV消息，为该数据请求资源，沿途的每个路由器采用输入控制过程，决定是否接受该请求。如果该请求被拒绝，路由器给接收方发送一个出错信息，终止端信令处理过程：否则，路由器为该数据流分配所请求的资源。集成服务能预留所需资源，提供端到端的服务质量保证，但其复杂度高、开销大、可扩展性较差，实现复杂而不能满足QoS的要求。
目前，区分服务模型已经成为解决IP网络服务质量问题的主要模型。区分服务使用分组标记和按类排队的方法，定义一组数量较小的服务类型和优先级，在网络的边缘对所有分组进行分类，并标记每个分组所属的服务类型，对不同种类的报文设置不同的优先级，优先级高的应用报文优先得到服务。其工作方式是：对到达的数据包根据业务流的Qos要求进行分类并使用区分服务码点进行标记，复杂的业务流在网络的边缘路由器中进行，逐跳转发等简单功能则在核心路由器中完成。在区分服务中，不同级别的分组得到不同级别的服务，很好地适应了IP网络的特点，实现简单且具有很强的可扩展。
三、服务质量技术的发展
随着网络的快速发展，网络承载的业务类型呈现出多样化的发展趋势。在实际应用中，我们可以组合运用各种管理手段和服务质量技术，综合实现网络的QoS。比如利用MPLS技术来解决服务质量问题；对可重构网络体系结构提出一个确保可重构网络服务质量的方法；将QoS与MPLS+DiffServ相结合的综合服务质量模型。事实上，如何充分利用网络特征，设计面向应用问题的体系结构，研究下一代网络的服务质量及策略、流量工程、多协议标签交换等技术，都将是未来QoS研究的趋势。
四、结束语
网络中的优化理论将成为网络系统设计的基本出发点，它不仅能够严格导出网络中同一层次中资源分配和任务调度的最优决策，而且能够指导网络的跨层设计。很多网络机制基于启发式设计，尚待改进，因此需要网络优化理论的支持。不仅如此，网络优化理论本身也存在很多难点，值得关注，例如分布式优化中通信信息的传输，基于状态的动态规划状态空间的化简等。在实际中，网络中各节点的能量和资源有限，也亟需找到更有效的优化算法。此外，对优化算法的评价也是一个挑战，尤其是诸如适应性之类不易被量化的指标。优化算法的评价结果将对选择具有最优折中性能指标的算法提供参考。目前，有关Qos保证技术问题的研究仍处于不断的发展和完善中。本文分析了现有网络服务质量的特点和现状，提出有效地结合各种Qos技术更好地发挥各自不同的优势，改进网络服务质量。
参考文献
[1]李刚健，段锦.基于MPLS的网络服务质量分析.长春理工大学学报，2006，29（2）．
[2]刘强，王斌强，韩振吴.基于可重构网络的服务质量研究.信息工程大学学报，2009，10（1）．
[3]夏利，关少颖，赵娟，王光兴.一种新的IP网络服务质量模型.东北大学学报，2005，26（4）．
[4]Neely M J，Delay based network utility maxlmization//Proceedings of the IEEE International 29th Conference on Computer Communications． San Diego，CA，USA ，2O10：2669-2677