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【摘要】 QoS技术是指一个通信网络通过对各种基础技术的运用，形成一种安全机制，以解决网络出现的延迟和拥塞等现象问题。本文分析了QoS技术在西南地区TDM业务承载网中的应用，利用TDM业务承载网搭建环境进行测试，验证了基于空管业务的通信网络QoS技术应用的有效性，并就未来地区业务网络的发展提出了QoS技术在多业务承载环境下的部署建议。
【关键词】 QoS 部署机制 多业务承载 TDM
引言：
近十年，中国民航处于飞速发展的阶段，空管行业承载的业务量也不断增多，引接业务种类更加多元化。新建成的西南地区TDM业务承载网替代了原来的ATM网，能够在通信网络出现拥塞时，利用QoS技术将有限的网络资源合理地分配给不同的通信业务。本文分析了QoS 技术在西南地区TDM网中的应用，利用TDM网进行应用环境测试，验证了基于空管业务的通信网络QoS技术应用的有效性，并就未来地区业务网络的发展提出了QoS技术在多业务承载环境下的应用建议。
一、QoS技术在西南地区TDM业务承载网应用分析
1.1 西南地区TDM业务承载网现状分析
西南地区TDM业务承载网用于承载空管安全保障业务，主要包括甚高频语音信号、监视信号、AFTN转报信号和管制移交电话等核心业务。该网以IP技术作为体制内核，使用新华三SR6616路由器作为汇聚设备搭建骨干承载网，业务落地设备MSR5680路由器和台站接入设备MSR3660路由器搭建业务接入网。汇聚设备和业务落地设备之间为1G链路，完全能够满足雷达、甚高频等核心业务的带宽需求，暂不考虑部署QoS策略。而台站接入设备和汇聚设备之间的租用的运营商链路带宽通常只有2M，极有可能发生端口拥塞造成甚高频、雷达等业务数据转发丢弃，延时抖动变大等情况。
1.2 西南地区TDM业务承载网QoS部署机制
TDM业务承载网以Diff-Serv多服务模型作为QoS路由机制，根据业务种类在路由节点处进行数据包分类，并利用不同的队列技术来完成数据包的发送。一旦网络出现拥塞，以各类业务的服务等级为原则， 差异化地通过流量控制和转发来解决拥塞问题。
具体部署如下：将实时类业务作为快速传送（Expedited Forwarding，EF）业务，在信号传输中使用优先队列（Priority Queuing，PQ）来确保业务的带宽和时延;将准实时类业务作为确保转发（Assured Forwarding，AF）业务，在信号传输中使用带宽等候队列（Bandwidth Queuing，BQ）来容纳该类业务，确保此队列中传输业务的带宽，但传输时延比EF业务高;其他种类业务作为尽力传送（Best Effort，BE）业务，在不保证时延、带宽等技术指标的前提下尽最大可能发送出去，得到TDM承载网业务分类如表1所示。
二、QoS技术在西南地区TDM业务承载网应用测试
2.1 QoS技术应用测试场景搭建
本次QoS技术应用测试在SR6616路由器和MSR3660路由器之间的2M链路进行。数据流来源为：甚高频数据通过内话系统和电台进行真机数据测试;雷达数据由发送端的真机雷达进行数据发送，接收端通过HCT-7000测试仪接收测试;普通数据流通过2端下挂PC电脑安装Skydata.exe打流软件进行互相打流测试。
2.1.1 测试方案一
1.在无任何QoS保障情况下，将雷达、甚高频等业务接入TDM承载网设备并将MSR3660和SR6616路由器之间链路带宽限制为200Kb/s;
2.在MSR3660和MSR5680路由器两侧持续打入100M普通以太网数据阻塞MSR3660和SR6616路由器之间的链路端口;
3.在MSR3660和SR6616路由器互联端口阻塞情况下，验证甚高频、雷达等业务传输是否正常。
2.1.2 测试方案二
1.在QoS分别保障甚高频业务EF队列100Kb/s带宽、雷达业务AF队列100Kb/s带宽的情况下，将雷达、甚高频等业务接入TDM承载网设备并将MSR3660和SR6616路由器之間链路带宽限制为200Kb/s;
2.在MSR3660和MSR5680路由器两侧持续打入100M普通以太网数据阻塞MSR3660和SR6616路由器之间的链路端口;
3.在MSR3660和SR6616路由器互联端口阻塞情况下，验证甚高频、雷达等业务传输是否正常。
2.1.3 测试方案三
1.在QoS分别保障甚高频业务EF队列100Kb带宽、雷达业务AF队列100Kb带宽的情况下，将雷达、甚高频等业务接入TDM承载网设备并将MSR3660和SR6616之间链路带宽限制为200Kb/s;
2.在MSR3660和MSR5680路由器两侧接入打流设备，将100M以太网数据流混入雷达业务的AF队列阻塞MSR3660和SR6616路由器之间的链路端口;
3.验证在AF队列拥塞并丢包情况下，雷达业务、甚高频业务是否正常。
2.2 QoS技术应用测试结果分析
经过现场多次模拟测试，得到以下测试结果：
1.测试方案一：甚高频通信业务在内话系统和电台之间通信异常无声音;测试仪无法接收到雷达数据。
2.测试方案二：甚高频通信业务在内话系统和电台之间通信声音清晰流畅、无异常现象;测试仪接收雷达数据正常，测试仪无校验错误和丢包。MSR3660 QoS队列数据包统计如图2显示：普通队列持续大量丢包，甚高频EF队列数据包正常转发并且没有丢包，雷达AF队列数据包正常转发并没有丢包。 3.测试方案三： 甚高频通信业务在内话系统和电台之间通信声音清晰流畅、无异常现象;测试仪无法接收到雷达数据。MSR3660 QoS队列数据包统计显示：雷达AF队列数据包正常转发异常并持续丢包，甚高频EF队列数据包正常转发并且没有丢包。
通过以上测试结果可以看出，在无QoS机制保障的情况下，当路由器端口发生拥塞时甚高频话音和雷达数据都无法正常发送。引入QoS机制保障后，路由器端口发生拥塞时能优先保障EF、AF队列数据的发送，即使AF队列混入大量数据流造成端口拥塞，也不影响优先级最高的EF队列数据传送。现阶段，路由器已逐步替代原来的PCM设备作为空管核心业务的主要传输手段，QoS保障机制的引入能够在路由器端口发生拥塞时保障核心业务的传输，确保空中交通管制服务的正常运行。
三、QoS 技术在多业务承载网的应用思考
随着管制业务需求的不断增加，西南地区大量的支线机场也需要同空管核心节点进行信息交互，完成相关业务的引接，IP业务的种类和数量越来越多，对网络服务质量的要求也越来越高。民航通信网的正式投用将空管地区级的业务接入网络分为承载空管核心业务的TDM网和多业务承载IP网，多业务承载网主要传送气象信息数据库和业务会商数据、机场航行情报系统数据、空管办公自动化系统数据、空管视频会商数据、通用航空管理系统数据等信息。当前运营商专线的租赁价格并未随着通信网络的发展而降低，在有限传输带宽下如何利用QoS技术部署多业务承载，保障相对用户更为重要的业务实时可靠传送。 多业务承载网可以利用区分服务、快速路由收敛和快速重路由等技术实现QoS保证，实现方式如图3所示。
1.接入层的操作原则侧重执行复杂流分类、流量监管、流量整形。首先进行复杂流分类，依据分组的网络层、传输层、链路层信息，对符合相应规则的数据流执行预设操作;然后通过过滤、采样、标记、流速控制等操作步骤，将流重新定向到指定的下一条来实现策略路由。该层使用PQ+WRR的队列调度机制，采取WRED机制避免拥塞发生。
2.汇聚层的操作原则是通过对其他业务数据包的DSCP-EXP的映射轉换，完成队列调度和拥塞避免;处理办法是根据数据包各不相同的DSCP或EXP值采用PQ和WRR机制完成队列调度，同时采取WRED机制避免拥塞发生。
3.核心层使用MDRR处理多种队列的情形，采取WRED机制避免拥塞发生，从而实现基于硬件的流量整形、拥塞避免，确保最快速稳定的业务传送。
四、结束语
随着西南地区民航通信网络的建设与发展，多种通信资源综合化、多种业务传输一体化的传输网络已初步形成规模。对于不同种类的业务传输需求，如何完善多业务传输服务质量保障体系是关键。本文首先分析QoS技术特点及当前TDM承载网的部署机制，通过搭建测试场景验证了基于空管业务的通信网络QoS技术应用的有效性，研究适应未来多业务承载环境的QoS部署机制。希望在业务网络中部署QoS机制提高网络资源的利用效率，同时保障业务传输的实时性和可靠性。
参 考 文 献
[1]潘乐义. 空管多业务传输服务质量保障技术研究[C]// 第一届空中交通管理系统技术学术年会.
[2]王卉. QoS技术在FA36平面通信网中的应用[J]. 中国新通信， 2020， v.22（10）：21-22.
[3]王佳煜. QoS在多业务承载网中的应用[D]. 华东理工大学.
[4]邵强， 何江边. 多业务承载环境下宽带IP城域网QoS部署方案分析[J]. 科技与创新， 2019（12）.
【关键词】 QoS 部署机制 多业务承载 TDM
引言：
近十年，中国民航处于飞速发展的阶段，空管行业承载的业务量也不断增多，引接业务种类更加多元化。新建成的西南地区TDM业务承载网替代了原来的ATM网，能够在通信网络出现拥塞时，利用QoS技术将有限的网络资源合理地分配给不同的通信业务。本文分析了QoS 技术在西南地区TDM网中的应用，利用TDM网进行应用环境测试，验证了基于空管业务的通信网络QoS技术应用的有效性，并就未来地区业务网络的发展提出了QoS技术在多业务承载环境下的应用建议。
一、QoS技术在西南地区TDM业务承载网应用分析
1.1 西南地区TDM业务承载网现状分析
西南地区TDM业务承载网用于承载空管安全保障业务，主要包括甚高频语音信号、监视信号、AFTN转报信号和管制移交电话等核心业务。该网以IP技术作为体制内核，使用新华三SR6616路由器作为汇聚设备搭建骨干承载网，业务落地设备MSR5680路由器和台站接入设备MSR3660路由器搭建业务接入网。汇聚设备和业务落地设备之间为1G链路，完全能够满足雷达、甚高频等核心业务的带宽需求，暂不考虑部署QoS策略。而台站接入设备和汇聚设备之间的租用的运营商链路带宽通常只有2M，极有可能发生端口拥塞造成甚高频、雷达等业务数据转发丢弃，延时抖动变大等情况。
1.2 西南地区TDM业务承载网QoS部署机制
TDM业务承载网以Diff-Serv多服务模型作为QoS路由机制，根据业务种类在路由节点处进行数据包分类，并利用不同的队列技术来完成数据包的发送。一旦网络出现拥塞，以各类业务的服务等级为原则， 差异化地通过流量控制和转发来解决拥塞问题。
具体部署如下：将实时类业务作为快速传送（Expedited Forwarding，EF）业务，在信号传输中使用优先队列（Priority Queuing，PQ）来确保业务的带宽和时延;将准实时类业务作为确保转发（Assured Forwarding，AF）业务，在信号传输中使用带宽等候队列（Bandwidth Queuing，BQ）来容纳该类业务，确保此队列中传输业务的带宽，但传输时延比EF业务高;其他种类业务作为尽力传送（Best Effort，BE）业务，在不保证时延、带宽等技术指标的前提下尽最大可能发送出去，得到TDM承载网业务分类如表1所示。
二、QoS技术在西南地区TDM业务承载网应用测试
2.1 QoS技术应用测试场景搭建
本次QoS技术应用测试在SR6616路由器和MSR3660路由器之间的2M链路进行。数据流来源为：甚高频数据通过内话系统和电台进行真机数据测试;雷达数据由发送端的真机雷达进行数据发送，接收端通过HCT-7000测试仪接收测试;普通数据流通过2端下挂PC电脑安装Skydata.exe打流软件进行互相打流测试。
2.1.1 测试方案一
1.在无任何QoS保障情况下，将雷达、甚高频等业务接入TDM承载网设备并将MSR3660和SR6616路由器之间链路带宽限制为200Kb/s;
2.在MSR3660和MSR5680路由器两侧持续打入100M普通以太网数据阻塞MSR3660和SR6616路由器之间的链路端口;
3.在MSR3660和SR6616路由器互联端口阻塞情况下，验证甚高频、雷达等业务传输是否正常。
2.1.2 测试方案二
1.在QoS分别保障甚高频业务EF队列100Kb/s带宽、雷达业务AF队列100Kb/s带宽的情况下，将雷达、甚高频等业务接入TDM承载网设备并将MSR3660和SR6616路由器之間链路带宽限制为200Kb/s;
2.在MSR3660和MSR5680路由器两侧持续打入100M普通以太网数据阻塞MSR3660和SR6616路由器之间的链路端口;
3.在MSR3660和SR6616路由器互联端口阻塞情况下，验证甚高频、雷达等业务传输是否正常。
2.1.3 测试方案三
1.在QoS分别保障甚高频业务EF队列100Kb带宽、雷达业务AF队列100Kb带宽的情况下，将雷达、甚高频等业务接入TDM承载网设备并将MSR3660和SR6616之间链路带宽限制为200Kb/s;
2.在MSR3660和MSR5680路由器两侧接入打流设备，将100M以太网数据流混入雷达业务的AF队列阻塞MSR3660和SR6616路由器之间的链路端口;
3.验证在AF队列拥塞并丢包情况下，雷达业务、甚高频业务是否正常。
2.2 QoS技术应用测试结果分析
经过现场多次模拟测试，得到以下测试结果：
1.测试方案一：甚高频通信业务在内话系统和电台之间通信异常无声音;测试仪无法接收到雷达数据。
2.测试方案二：甚高频通信业务在内话系统和电台之间通信声音清晰流畅、无异常现象;测试仪接收雷达数据正常，测试仪无校验错误和丢包。MSR3660 QoS队列数据包统计如图2显示：普通队列持续大量丢包，甚高频EF队列数据包正常转发并且没有丢包，雷达AF队列数据包正常转发并没有丢包。 3.测试方案三： 甚高频通信业务在内话系统和电台之间通信声音清晰流畅、无异常现象;测试仪无法接收到雷达数据。MSR3660 QoS队列数据包统计显示：雷达AF队列数据包正常转发异常并持续丢包，甚高频EF队列数据包正常转发并且没有丢包。
通过以上测试结果可以看出，在无QoS机制保障的情况下，当路由器端口发生拥塞时甚高频话音和雷达数据都无法正常发送。引入QoS机制保障后，路由器端口发生拥塞时能优先保障EF、AF队列数据的发送，即使AF队列混入大量数据流造成端口拥塞，也不影响优先级最高的EF队列数据传送。现阶段，路由器已逐步替代原来的PCM设备作为空管核心业务的主要传输手段，QoS保障机制的引入能够在路由器端口发生拥塞时保障核心业务的传输，确保空中交通管制服务的正常运行。
三、QoS 技术在多业务承载网的应用思考
随着管制业务需求的不断增加，西南地区大量的支线机场也需要同空管核心节点进行信息交互，完成相关业务的引接，IP业务的种类和数量越来越多，对网络服务质量的要求也越来越高。民航通信网的正式投用将空管地区级的业务接入网络分为承载空管核心业务的TDM网和多业务承载IP网，多业务承载网主要传送气象信息数据库和业务会商数据、机场航行情报系统数据、空管办公自动化系统数据、空管视频会商数据、通用航空管理系统数据等信息。当前运营商专线的租赁价格并未随着通信网络的发展而降低，在有限传输带宽下如何利用QoS技术部署多业务承载，保障相对用户更为重要的业务实时可靠传送。 多业务承载网可以利用区分服务、快速路由收敛和快速重路由等技术实现QoS保证，实现方式如图3所示。
1.接入层的操作原则侧重执行复杂流分类、流量监管、流量整形。首先进行复杂流分类，依据分组的网络层、传输层、链路层信息，对符合相应规则的数据流执行预设操作;然后通过过滤、采样、标记、流速控制等操作步骤，将流重新定向到指定的下一条来实现策略路由。该层使用PQ+WRR的队列调度机制，采取WRED机制避免拥塞发生。
2.汇聚层的操作原则是通过对其他业务数据包的DSCP-EXP的映射轉换，完成队列调度和拥塞避免;处理办法是根据数据包各不相同的DSCP或EXP值采用PQ和WRR机制完成队列调度，同时采取WRED机制避免拥塞发生。
3.核心层使用MDRR处理多种队列的情形，采取WRED机制避免拥塞发生，从而实现基于硬件的流量整形、拥塞避免，确保最快速稳定的业务传送。
四、结束语
随着西南地区民航通信网络的建设与发展，多种通信资源综合化、多种业务传输一体化的传输网络已初步形成规模。对于不同种类的业务传输需求，如何完善多业务传输服务质量保障体系是关键。本文首先分析QoS技术特点及当前TDM承载网的部署机制，通过搭建测试场景验证了基于空管业务的通信网络QoS技术应用的有效性，研究适应未来多业务承载环境的QoS部署机制。希望在业务网络中部署QoS机制提高网络资源的利用效率，同时保障业务传输的实时性和可靠性。
参 考 文 献
[1]潘乐义. 空管多业务传输服务质量保障技术研究[C]// 第一届空中交通管理系统技术学术年会.
[2]王卉. QoS技术在FA36平面通信网中的应用[J]. 中国新通信， 2020， v.22（10）：21-22.
[3]王佳煜. QoS在多业务承载网中的应用[D]. 华东理工大学.
[4]邵强， 何江边. 多业务承载环境下宽带IP城域网QoS部署方案分析[J]. 科技与创新， 2019（12）.