宽带智能提速平台保障高优先级业务的方案和实践

陈淑珍，王 磊，杨敏维

（中国电信股份有限公司广州研究院 广州510630）

1 概述

智能管道就是构建可智能管控的网络，全面提升网络智能承载能力，以实现“用户可识别、业务可区分、流量可控制、网络可管理”的目标。宽带智能提速平台是中国电信智能管道的重要组成部分，也是智能管道阶段性的落地应用。它基于对业务接入控制点（BRAS）的智能控制，提供用户带宽整体提速和业务差异化QoS。

目前智能提速平台已实现用户带宽整体提速。如何使用差分服务的分类和标记、队列调度工具来保障宽带高优先级业务，实现业务差异化QoS，已成为智能提速平台需解决的问题。

2 基于差分服务的宽带网络QoS模型

差分服务由RFC2475标准定义，它提供端到端的业务QoS保障，差分服务的分类和标记工具对业务流进行分类，并根据分类标记业务流DSCP（differentiated services code point,差分服务代码点）。队列调度工具对不同标记的业务流进行队列调度，高优先级业务流得到优先转发。

具备相同差分服务功能的网络称为DS域，它由DS节点组成。DS节点包括边界节点和内部节点。边界节点连接本DS域和其他DS域，内部节点连接同一DS域的其他DS内部节点或者边界节点。DS边界节点实现复杂或简单的分类和队列调度功能。内部节点实现简单分类和有限队列调度功能。基于上述差分服务的思想，宽带网络QoS模型如图1所示。

（1）流分类和标记

流分类和标记是实现QoS的基础，它按照一定的规则识别符合特征的业务流并标记。根据匹配规则的不同，流分类分为简单分类和复杂分类。简单分类是根据DSCP进行分类，建立业务和队列优先级之间的映射关系。复杂分类是根据源IP地址、目的IP地址、源MAC、目的MAC、IPP、端口、协议等进行分类，并标记DSCP。边界节点对业务流进行复杂分类和标记和简单分类，内部结点进行简单分类。

（2）流量管控

流量管控是session限速，流量管控将session业务流限制在特定带宽内传送，当业务流的带宽总和超过限制带宽时，将丢弃数据分组或缓存数据分组再传。边界节点对业务流进行流量管控，内部结点进行有限的流量管控。

（3）队列调度

队列调度是拥塞管理的实现技术，是实现QoS的重要机制。队列调度依赖于业务流分类和标记，对不同标记的业务流提供不同的优先级服务。常用队列调度算法有PQ、FIFO、CQ、WFQ、PWFQ，宽带网络多采用PWFQ。边界节点和内部结点对业务流进行队列调度。

图1 宽带网络QoS模型

图2 智能提速平台与BRAS关系

3 保障高优先级业务的方案

本文仅讨论从业务服务器到用户侧端到端的高优先级业务保障方案。方案要求当网络中同时存在多种业务流时，优先保障高优先级业务流，其他低优先级业务流无法抢占其带宽，当高优先级业务流不存在时，其他低优先级业务流可以抢占其带宽。

根据方案的要求，在业务流进入DS域的交换机上，根据业务流的源IP地址分类并标记DSCP，优先转发高优先级业务流。业务流经过的城域网CR、BR信任业务流DSCP，优先转发高优先级业务流。在业务流离开DS域的BRAS上根据业务流的DSCP分类，进行队列调度，优先转发高优先级业务流。

方案的重点在于智能提速平台根据用户业务属性下发DQP（dynamic QoS parameter，动态服务质量参数），动态控制BRAS上的队列调度，实现网络能力和用户业务的相关性。智能提速平台和BRAS两者关系如图2所示。

DQP方式要在BRAS上预先配置默认模板，设置队列总带宽、各个队列对应优先级的默认值，队列总带宽是不超过所有业务流带宽之和的限制带宽。

BRAS根据智能提速平台下发的DQP修改模板中队列总带宽、队列对应优先级的默认值。为防止高优先级业务抢光队列总带宽，导致低优先级业务“饿死”，可在模板中增加高优先级业务的带宽限制，也可增加同一优先级业务的带宽占比。

值得指出的是，智能提速平台对用户带宽的整体提速，是根据用户业务的属性下发QPM(QoS policy metering)修改AAA服务器设置的session限速带宽实现的。DQP无疑要比QPM管控的粒度细，QPM不区分同一session上的业务，仅实现整体提速，而DQP区分同一session上的业务，并对业务实施队列优先级调度。

图3 现网测试环境

4 保障高优先级业务的实践

4.1 现网测试环境和配置

现网的测试环境如图3所示。本文对铜缆用户的桥接模式和路由模式进行了测试。测试中选取10000号测速模拟高优先级业务，ITV模拟中优先级业务，迅雷模拟低优先级业务。10000号测速流和迅雷流位于用户AD session，ITV流位于ITV session。

图3中同一DS域中的网元共同完成业务服务器到用户侧端到端的高优先级业务保障。

·出口交换机：DS域边界节点，根据业务流的源IP地址对业务流进行分类和标记，标记10000号测速业务流DSCP为16，标记ITV业务流DSCP为8，标记迅雷业务流DSCP为0，根据DSCP对业务流进行队列调度，转发高优先级业务。

·城域网CR/BR：DS域内部节点，信任业务流DSCP，根据DSCP对业务流进行分类和队列调度，转发高优先级业务。

·BRAS：DS域边界节点，预先配置默认模板，信任业务流DSCP，根据DSCP对业务流分类，接收智能提速平台下发的DQP，修改模板中队列总带宽、队列对应优先级的默认值，增加对高优先级业务的带宽限制和同一优先级业务的带宽占比，转发高优先级业务。

· 智能提速平台：对BRAS下发DQP。

测试前期已在出口交换机和城域网CR、BR上配置好流分类和标记策略和队列调度算法，本文不再赘述。测试聚焦在智能提速平台与BRAS交互，实现动态控制队列调度的流程。

智能提速平台与BRAS交互流程如图4所示。

图4 智能提速平台与BRAS交互流程

流程解释如下。

（1）用户输入账号和密码，拨号上线。此处用户包括AD用 户 和ITV用 户。

（2）BRAS向AAA服务器发送认证请求分组，请求认证，请求信息包括用户账号和密码。

（3）AAA服务器对用户账号和密码认证成功后，向BRAS返回认证应答分组，应答信息包括session限速带宽，分别限制用户AD session和ITV session下行带宽。

（4）BRAS对拨号session设置限速带宽，用户上网带宽不能超过限速带宽。

（5）BRAS转发用户上网请求分组给智能提速平台。

（6）智能提速平台根据用户的业务属性，判断是否需要保障高优业务。

（7）如果用户需要保障，则智能提速平台下发DQP。

（8）BRAS接收DQP，修改默认模板。

下面对步骤（8）作详细说明，BRAS预先配置的默认模板如下：

qos policy dacs pwfq

rate maximum 100000

queue 0 priority 7 weight 100

queue 1 priority 7 weight 100

queue 2 priority 7 weight 100

queue 3 priority 7 weight 100

queue 4 priority 7 weight 100

queue 5 priority 7 weight 100

queue 6 priority 7 weight 100

queue 7 priority 7 weight 100

其中，rate maximum 100000表示默认队列总带宽为100 Mbit/s，queue0～7表示不同业务进入的队列，priority表示队列优先级，默认缺省为7，表示未对队列设置优先级。

BRAS已将DSCP和队列之间对应关系做了配置，其对应关系如表1所示。

智能提速平台下发的DQP如下：

Dynamic-Qos-Param:="pwfq-circuit-rate-max 6144 parent"//修改队列总带宽

表1 DSCP与队列之间对应关系

Dynamic-Qos-Param:="pwfq-queue-priority 2 2 parent"//修改10000号测速业务流队列优先级

Dynamic-Qos-Param:="pwfq-queue-priority 1 1 parent"//修改ITV业务流队列优先级

Dynamic-Qos-Param:="pwfq-queue-priority 0 0 parent"//修改迅雷业务流队列优先级Dynamic-QoS-Param:="pwfq-priority-group-rate 2 rate-absolute 4096"//设置优先级2的限速带宽

BRAS根据DQP，对默认模板进行如下操作。

（1）修改队列总带宽，将模板中rate maximum的值设置为6 Mbit/s。

（2）修改队列2、队列1、队列0的优先级。10000号测速流进队列2，优先级2；ITV流进队列1，优先级1；迅雷流进队列0，优先级0。3种业务流的优先级顺序为10000号测速>ITV>迅雷。

（3）设置队列优先级2限速带宽，将10000号测速流带宽限制为4 Mbit/s。

4.2 现网测试结果和分析

4.2.1 测试结果

测试采用不同限速带宽组合观察3种业务流的抢占情况，10000号测速流、迅雷流位于AD session，ITV流位于ITV session，初始流量均设置为8 MB。测试结果如表2所示。

表2 现网测试结果

测试结果表明，当3种业务流存在时，BRAS的队列调度有效果，保障了高优先级业务。

4.2.2 详细测试记录和分析

表3是桥接模式下队列总带宽=6 Mbit/s、AD session限速带宽=4 Mbit/s、ITV session限速带宽=4 Mbit/s情况下的详细测试记录。

对详细测试记录分析如下。

（1）10000号测速流+ITV流

10000 号测速流+ITV流情况下的QoS模型如图5所示。

·10000号测速流带宽=8 Mbit/s、队列2限速带宽=4 Mbit/s、入队列2带宽＝4 Mbit/s，出队列2带宽＝4 Mbit/s。

图5 10000号测速流+ITV流情况下的QoS模型

表3 详细测试记录

·ITV流带宽＝4 Mbit/s、session限 速 带宽=4 Mbit/s、入队列1带宽＝4 Mbit/s、出队列1带宽＝4 Mbit/s。

·队列调度时，优先转发10000号测速流，队列总带宽=6 Mbit/s，10000号 测 速 流 获 得4 Mbit/s带 宽，ITV流获得剩下的2 Mbit/s带宽。

（2）10000号测速流+迅雷流

10000 号测速流+迅雷流情况下的QoS模型如图6所示。

·10000号测速流带宽=8 Mbit/s、队列2限速=4 Mbit/s、入队列2带宽=4 Mbit/s、出队列2带宽=4 Mbit/s。

·迅雷流带宽=8 Mbit/s、入队列0带宽=8 Mbit/s、出队列0带宽=8 Mbit/s。

·队列调度时，优先转发10000号测速流，队列总带宽=6 Mbit/s，10000号测速流获得4 Mbit/s带宽，迅雷流获得剩下的2 Mbit/s带宽。

（3）迅雷流+ITV流

迅雷流+ITV流情况下的QoS模型如图7所示。

·迅雷流带宽=8 Mbit/s、入队列0带宽=8 Mbit/s、出队列0带宽=8 Mbit/s。

·ITV流带宽=4 Mbit/s、session限 速=4 Mbit/s、入队列1带宽4 Mbit/s、出队列1带宽4 Mbit/s。

·队列调度时，优先转发ITV流，队列总带宽=6 Mbit/s，ITV流获得4 Mbit/s带宽，迅雷流获得剩下的2 Mbit/s带宽。

（4）10000号测速流+迅雷流+ITV

10000 号测速流+迅雷流+ITV情况下的QoS模型如图8所示。

·10000号测速流带宽=8 Mbit/s、队列2限速=4 Mbit/s、入队列2带宽=4 Mbit/s、出队列2带宽=4 Mbit/s。

·迅雷流带宽=8 Mbit/s、入队列0带宽=8 Mbit/s、出队列0带宽=8 Mbit/s。

·ITV流带宽=4 Mbit/s、session限 速=4 Mbit/s、入队列1带宽=4 Mbit/s、出队列1带宽=4 Mbit/s。

·队列调度时，优先转发10000号测速流，队列总带宽=6 Mbit/s，10000号测速流获得4 Mbit/s带宽，迅雷流为0，ITV流获得剩下的2 Mbit/s带宽。

上述效果的前提条件是需要将AD session限速设置为物理线路最大带宽，以10000号测速流+ITV+迅雷流为例分析为什么要设置最大带宽，图9是不设置最大带宽的QoS模型。

图6 10000号测速流+迅雷流情况下的QoS模型

图7 ITV流+迅雷流情况下的QoS模型

图8 10000号测速流+迅雷流+ITV流情况下的QoS模型

图9 不设置最大带宽的QoS模型

·10000号测速流和迅雷流经过session限速带宽4 Mbit/s后，二者均分4 Mbit/s带宽，入队列带宽=2 Mbit/s，出队列带宽=2 Mbit/s。

·ITV流带宽=4 Mbit/s、session限速=4 Mbit/s、入队列1带宽=4 Mbit/s、出队列1带宽=4 Mbit/s。

·队列调度时，优先转发10000号测速流，队列总带宽=6 Mbit/s，10000号测 速流获得带宽2 Mbit/s，迅雷流为0 Mbit/s，ITV流获得剩下的2 Mbit/s带宽。

此结果不符合预期的10000号测速流带宽为4 Mbit/s，迅雷流带宽为0，ITV流带宽为2 Mbit/s的结果。原因在于对AD session限速后，AD session中的10000号测速流和迅雷流互抢并丢弃分组，导致优先级队列调度时，高优先级流量减少，无需完全抢占带宽。因此实现高优先级业务保障的前提就是智能提速平台将AD session限速设置为物理线路最大带宽。

5 结束语

智能提速平台是为中国电信公众类宽带接入用户提供差异化服务的手段，是构建智能管道的抓手。智能管道的重要意义在于能识别用户，区分用户的业务，为不同用户的不同业务提供差异化QoS服务。现阶段智能提速平台实现的实时动态调整用户带宽方案，只是控制用户session带宽，它无法为不同用户的不同业务提供差异化QoS服务。只有增加队列调度，才能真正做到“用户可识别、业务可区分、流量可控制、网络可管理”。本文提出了智能提速平台动态控制BRAS队列调度的方案，实现了为用户高优先级业务提供QoS保障的目标。这个方案为智能提速平台相关技术规范的修订和智能提速平台的新版本的升级改造提供了具体可行的依据，也为智能提速平台的演进提供了坚实的基础。智能提速平台将继续在中国电信智能管道战略中扮演重要的角色。

1 徐国栋.RFC 2475标准.北京：中国互动出版网，2010

2 杨敏维.宽带差异化解决方案及应用.通信技术,2007(8)：2～4

3 何峣.家庭宽带差异化应用控制系统的研究和实现.中山大学硕士学位论文，2009

4 孙丽娟，方义文，廖晓红.智能管道——决胜移动互联网时代.通信世界,2011(10):60～64