EuQoS体系：异构网络中QoS路由的解决
方案
X.Masip-Bruin1, M.Yannuzzi1, R.Serral-Gràcia1, J.Domingo-Pascual1,
1.来自加泰罗尼亚理工大学(UPC), 高级网络架构实验室 (CRAAX), 维拉诺瓦我克， 加泰罗尼亚，西班牙
J.Enríquez-Gabeiras2, M.Callejo2, 2.来自西班牙电信 马德里, 西班牙 M.Diaz3,F.Racaru3,
3．来自分析与系统架构实验室(LAAS), 图卢兹，法国 G.Stea4, E.Mingozzi4,
4．来自比萨大学电信工程处, 比萨, 意大利 A.Beben5, W.Burakowski5,
5．来自华沙理工大学 (WUT), 华沙, 波兰 E.Monteiro6, L.Cordeiro6
6．来自科英布拉大学 (UoC), 科英布拉, 葡萄牙1．
摘要——EuQoS是“异构网络端到端服务质量保障”的英文缩写，这是一项IST的研究项目，致力于建立一个完整的QoS框架体系，其中包含所有相关的网络分层、协议和技术。EuQoS的客户未来是能够支持EuQoS体系的，该体系包括了我们根据最新技术倡导和研发的，全新的QoS机制和协议。其中，我们提供的功能包括：1、安全控制（AAA级）；2、接入控制；3、计费；4、信令和业务协商；5、监测；6、QoS路由；7、故障管理；8、流量工程和资源优化等。EuQoS体系包含了上述所有的功能，并且被作为网络原型进行了部署，其部署范围包括了大多数的常见接入网技术，如xDSL、UMTS、WiFi和LAN等，而这些接入网又连接至一个由国家学术研究网络（NRENs）及其参与者，以及欧洲学术研究网络（GEANT）组成的核心网中。在本篇论文中，我们特别阐述了在该项目框架下，正在研究和测试的QoS路由机制。同时，我们还介绍了项目的研究进度，以及对项目中所提出的模型和机制的评价方法。初步的测试结果表明，我们对EuQoS的设计是成功的。在可以预见的未来，EuQoS可能会对未来的网络发展产生重要的影响。
关键词——端到端QoS，多域异构网络，QoS路由，域间路由
I. 简介
目前，我们对互联网有了新的需求，希望能够在现有的网络上实现各种多媒体应用，如IPTV、视频点播、远程医疗、远程工程设计、远程教育等。这也就引发了我们相关的研究，即如何按照用户所需的业务质量为其提供服务，包括带宽、时延、抖动、丢包和可靠性等几项性能。而在现有技术中，除了快速路由有助于提供QoS保障外，其他很多因素都阻碍了QoS路由的大规模部署。其中，有两项因素至关重要。一方面，我们已知QoSR的多重约束条件是一个NP困难问题。这就意味着，即使我们能够提出海量的启发多项式，也无法得到一个确切的解决方案。另一方面，如果要通过各种接入网渠道向互联网用户提供端到端的QoS，这就需要我们对其他几个结构单元进行合理的设计和互连，而这对于研发和产业界来说仍是一个巨大的挑战。一些热门课题，像接入控制、信令协议、流量工程、流量控制、网络管理等，都需要进一步的研究，才能找到足够强有力的解决方案，挑战QoS中通常采用的过量提供策略。
EuQoS项目（这是IST第六项框架方案下的一个集成项目）将研究院、大学、电信运营商和咨询师都团结到了一起，共同致力于解决上述的QoS课题。EuQoS项目的主要目标是搭建一个网络模型框架（即EuQoS体系），并且将其投入实际应用。该网络模型能够在异构网络下提供端到端的QoS保障。EuQoS的用户不仅能够使用注册过的（即EuQoS使能的）应用程序，而且也能够使用未注册过的应用程序，进行有保障的、通过认证的QoS通信，而这就需要同时在应用程序和网络中引入QoS合作机制。
目前阶段，EuQoS团队已经设计和研发了首个EuQoS的原型模型（包括了主要的模块，诸如QoS路由算法，资源分配，呼叫接入控制，信令机制等）。该原型已经被部署到了试验网中，试验网结构如图1所示。该网络是以欧洲学术研究网和国家学术研究网为基础搭建的，其中欧洲学术研究网作为核心网络，而国家学术研究网则与各种不同类型的接入网相连，如xDSL，UMTS，WiFi和WLAN等。
在研发和评估这样一整张QoS异构网络结构的过程中，我们获得了大量的经验，并在本文中进行了总结。在这个过程中，我们特别注重对于网络的维护支撑，尤其关注QoS路由问题。
图1 接入网、NRENs、GEANT网络结构
本文的其余部分结构如下：在第二部分中，我们介绍了EuQoS的结构及其QoS模型；第三部分，我们详细介绍了EuQoS体系中实现QoS路由的方法；第四部分则展现了一种对于我们所提解决方案的评估方法；在最后一部分中，我们总结了全文的关键点，并对未来的工作进行了展望。
II. EuQoS结构及其QoS模型
EuQoS网络结构是按照如下几条严格的规则进行制定的：i)用户的应用程序能够针对每次的通信内容和质量进行协商；ii)网络管理员能够自由定义和使用任何现有的网络技术，而EuQoS体系能够部署在他们的网络上层；iii)我们所提供的功能应该体现为网络的增量，也就是说他们应该能与现有的互联网结构共存。
图2展示的是EuQoS网络的结构。在本部分的剩余内容中，我们将分别介绍图2中的主要模块，以及关键的信令机制和监测系统。QoS路由机制将在第三部分中做详细介绍。
A. 主要模块
在EuQoS中，QoS资源分配是在每次握手时进行处理的。第一步，由远端的通信应用程序提交QoS需求。当本端应用程序同意了对方所提出的通信内容和质量要求，也就是说，要经过两端应用程序自协商之后，本步骤即告结束。在这个协商的过程中，两个终端用户之间需要信令协议的参与。在EuQoS框
架中，这种应用信令被称为EQ-SIP，是SIP协议的一种扩展。EQ-SIP包括了QoS协商机制，采用了特定的参数（基于IETF的SDPng标准）。因此，EuQoS支持的功能包括：
? QoS控制模块，用于建立用户与网络之间的QoS需求连接。 ? 应用信令（ASIG），在用户侧终端负责具体实施EQ-SDP和EQ-SIP协
议。
? 扩展的QoS API，定义了不同QoS编码的需要。
? 广播转发协议，用一整套点对点的QoS连接将其与应用层的树状结构
内部紧密联系起来。
? 一份加强的传送协议，提供了QoS适配功能，以处理网络层不同的基
础QoS级别。
为了给网络管理员提供他们所需要的自由度，我们定义了一个虚拟的网络层，用于从网络层中剥离网络决策功能。为了达成这个目标，我们将这个虚拟的网络层分成了技术独立（TI）和非技术（TD）独立的两个子层。
如图2a中所示，TI子层包含了一个资源管理器（RM）的逻辑实体，用于负责管理每个域的QoS。例如，它负责协调全域的接入控制决策，负责存储和管理与相邻域之间的对等协议，负责控制域间路由进程等等。当我们需要调配资源时，资源管理器（RM）的决策将通过位于TD子层的资源分配器（RAs）向网络设备进行下发。设备采用的技术不同，就会拥有不同的RA。虚拟网络层包括了以下几个模块：
? 信令和业务协商模块，包括了业务应用的信令支持，RM间的横向信
令，以及RM与RA间的垂直信令
? 每个域下的连接许可控制（CAC）模块。在RM下的CAC模块，负
责检查域内的资源情况（域内CAC），以及不同EuQoS域之间的连接情况（域间CAC）。另外，在RA层面，CAC模块也是必需的。 ? 监控检测系统，提供了一个专用的系统，用于评估网络提供的QoS的
真实价值。
? 流量工程和资源优化模块（TERO），负责域间路由配置和资源供应。
TERO模块具体的运作机制将在第三部分中进行详细阐述。
? AAA级安全模块，以及计费模块，其作用不言自明。
图2 EuQoS模型：a）高阶EuQoS结构；b）主要模块
用户应用业务的QoS需求通过其所在的接入网API（应用程序接口），到达虚拟网络层。一旦收到请求，TI子层会检查建立端到端路径的可行性，例如所有涉及到的网络按照需求提供QoS的能力。最后，要计算出一条满足QoS要求的端到端路径。这条端到端的路径可以通过以下两种方法来确定：
? 一是采用宽松限定模式，在这种情况下，数据路由是由基于自治系统
的QoSR协议指定的。
? 另一种是严格限定模式，在这种情况下，整条数据路由或者其中一部
EuQoS体系异构网络中QoS路由的解决方案
