1.引言
UMTS的特點是覆蓋面積較大,支持用戶的全球漫游和快速移動。UMTS在無線技術(shù)上采用了CDMA技術(shù),提高了無線接口的傳輸速率,但是其理論上最高傳輸速率也只能達到2Mbit/s,由于部署的成本非常高,提供用戶理論上的數(shù)據(jù)速率是不現(xiàn)實的。而以WLAN為代表的短距離無線技術(shù),可以達到很高的傳輸速度(802.11b可以達到11Mbit/s)。WLAN還具有組網(wǎng)方式靈活、使用開放頻段以及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備價格低廉等優(yōu)點,使得它越來越受移動運營商的青睞。但WLAN的缺點是覆蓋面積比較小,缺乏漫游和移動性支持,所以一般只能在人口密集的熱點地區(qū)使用。由此看出,這兩種無線技術(shù)具有很強的互補性。將WLAN作為UMTS的補充對于運營商提供多層次的移動業(yè)務(wù)來說是一個很好的捷徑,UMTS和WLAN的融合可以實現(xiàn)兩種無線接入技術(shù)的優(yōu)勢互補。
2.策略、基于策略的QoS管理
策略最早應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)安全中,只是最近才認識到策略對于服務(wù)質(zhì)量控制的重要性。根據(jù)IETF對策略的定義,是指一系列管理規(guī)則的集合,而管理規(guī)則往往由一些條件和執(zhí)行操作組成,一定條件的滿足引起一組操作的執(zhí)行,這些策略規(guī)則主要用來引導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)在不同情況下對網(wǎng)絡(luò)資源的管理。IETF提出了一個基于策略的QoS管理框架,用于對服務(wù)質(zhì)量進行策略控制。在這個結(jié)構(gòu)中,進行策略控制的兩個主要元素是策略執(zhí)行點(PEP)和策略決策點(PDP)。PEP一般位于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點上,它實際執(zhí)行策略決策;而PDP則一般位于存放策略的策略服務(wù)器上,主要在此作出策略決策。當然,為作出策略決策,PDP還需要使用另外的機制和協(xié)議去訪問其他的信息庫(如策略倉庫)。兩個元素間的交互作用由PEP開始,PEP接收來自設(shè)備的策略服務(wù)請求,例如PEP接收到RSVP的數(shù)據(jù)包,其中有資源預(yù)留請求,PEP將策略服務(wù)請求發(fā)往與其對應(yīng)的PDP,PDP根據(jù)請求中的相關(guān)參數(shù)查詢相關(guān)的策略,通過推理,決定是否執(zhí)行相關(guān)的策略,并把決定發(fā)往PEP,PEP依據(jù)PDP的決定來執(zhí)行相關(guān)的操作,最終將策略轉(zhuǎn)化為面向具體設(shè)備的指令,對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進行配置和操作,以滿足有關(guān)QoS的控制目標。因此,基于策略的QoS管理無疑是一個充滿希望的解決方案,通過策略將QoS的控制和具體執(zhí)行分隔開來,在以下幾個方面具有優(yōu)越性:
(1)使得管理員能夠從網(wǎng)絡(luò)整體出發(fā),用一種接近于企業(yè)管理要求的語言定義策略,而不必關(guān)注實現(xiàn)該策略的具體技術(shù)和相關(guān)設(shè)備的配置細節(jié)。
(2)管理員不再需要手工配置網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,而是從一個中心位置操縱管理整個網(wǎng)絡(luò),不但維護了設(shè)備狀態(tài)的一致性,而且還節(jié)省了時間。
(3)策略體現(xiàn)了QoS管理智能,可以通過對策略的增、刪、改適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的變化。
除此之外,IETF還制定了交換策略信息的通信協(xié)議COPS(Common Open Policy Service),從而提供對多廠商的管理,COPS是一種具有較強擴展性的協(xié)議,用于PDP和PEP之間請求-應(yīng)答(Request-response)方式的策略信息的通信以及其他實體間策略信息的交換。由于策略有網(wǎng)絡(luò)管理者統(tǒng)一制定,因此采用不同QoS技術(shù)的異構(gòu)網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)統(tǒng)一的QoS管理,基于策略的QoS管理方式正逐漸獲得國際公認。
在UMTS的IP多媒體子系統(tǒng)(IMS)中,通過使用會話初始化協(xié)議(SIP),運營商在UMTS分組交換域中可提供QoS敏感的IP業(yè)務(wù),如VoIP。為了滿足UMTS分組交換域中其他業(yè)務(wù)對端到端QoS的要求,目前,3GPP組織正在擴展基于策略的QoS控制體系。
IETF的策略QoS管理框架實際上是一個基于PDP的集中式系統(tǒng),所有的智能都集中在PDP一方,這樣一個集中式系統(tǒng),在大的管理域中將不可避免地帶來可擴展性問題,解決的辦法是構(gòu)建層次式的PDP以解決域內(nèi)擴展性問題,除了域內(nèi)擴展性,各域策略QoS管理系統(tǒng)之間的協(xié)作問題也不容忽視,因為QoS的實現(xiàn)依賴于各個域之間的協(xié)作。不同域的QoS管理系統(tǒng)必須能夠交換策略信息,并根據(jù)自己所在域的網(wǎng)絡(luò)情況自主地作出決定,采用的手段是相鄰域之間協(xié)商服務(wù)等級約定(SLA),并將協(xié)商好的SLA轉(zhuǎn)換為流量控制約定(TCA),以此達到全網(wǎng)統(tǒng)一的服務(wù)質(zhì)量保證。
端到端的通信可能涉及不同網(wǎng)絡(luò)運營商控制的多個管理域,為了在多運營商多域的環(huán)境下提供一致的QoS端到端業(yè)務(wù),文獻[1]就UMTS的多媒體子系統(tǒng)提出了一個混合策略體系,在這個體系中,某個運營商多域網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部使用層次化體系,運營商之間的網(wǎng)絡(luò)通過對等體系互聯(lián)。運營商網(wǎng)絡(luò)的主策略決策功能(MPDF)實體與鄰近網(wǎng)絡(luò)的MPDF之間的關(guān)系是對等的,相互之間通過域間策略代理(Interdomain Policy Agent,IPA)聯(lián)系。在IPA與它對等的IPA成功交換更新的SLA消息后,MPDF把新的SLA轉(zhuǎn)換為策略規(guī)則應(yīng)用到網(wǎng)絡(luò)中,隨后更新策略倉庫。網(wǎng)絡(luò)內(nèi)某個策略決策功能實體需要對分組交換域的會話執(zhí)行本地域策略控制時,只需從策略倉庫中提取相關(guān)的策略規(guī)則。
為了在UMTS和WLAN融合環(huán)境下提供一致的IP QoS業(yè)務(wù),基于策略的多域QoS控制體系必須擴展到WLAN域中,以下闡述如何實現(xiàn)這種擴展。
3.WLAN網(wǎng)絡(luò)中基于策略的QoS管理體系
WLAN網(wǎng)絡(luò)通常包括多個接入點(AP),AP通過WLAN路由器(WLAN Router,WR)連接到外部網(wǎng)絡(luò)。WLAN網(wǎng)絡(luò)層的QoS機制是通過標記IP數(shù)據(jù)報頭的形式來實現(xiàn)的,受控于區(qū)分服務(wù)(DiffServ)體系,數(shù)據(jù)鏈路層的QoS機制則通過WLAN QoS支持機制(802.11e)、MAC幀優(yōu)先指示(802.1p)以及虛擬局域網(wǎng)(VLAN)標識(802.1q)來實現(xiàn),網(wǎng)絡(luò)層和數(shù)據(jù)鏈路層的QoS機制均受QoS管理體系的控制。WLAN 接入點提供MAC QoS機制,WLAN的路由器提供IP DiffServ機制。在下面WLAN基于策略的QoS管理體系中,策略控制過程只能使用WLAN路由器的區(qū)分服務(wù)機制。
WLAN和UMTS融合的方式有兩種:緊耦合和松耦合。在緊耦合體系中,WLAN的路由器直接連接到服務(wù)的SGSN,SGSN把WLAN路由器當作一個無線網(wǎng)絡(luò)控制器(RNC)。WLAN用戶端發(fā)送的數(shù)據(jù)必須經(jīng)過相連SGSN所服務(wù)的UMTS分組域到達目的端。為了確保無縫的IP QoS業(yè)務(wù),應(yīng)把UMTS的會話控制實體(如IMS中的呼叫狀態(tài)控制功能(CSCF)實體)擴展到WLAN網(wǎng)絡(luò)中。會話控制實體直接與WLAN用戶端交互,這樣WLAN用戶端可視為普通的UMTS用戶設(shè)備,UMTS分組交換域中的策略決策功能實體(PDF)能夠在WLAN的路由器上直接執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)級策略,WLAN網(wǎng)絡(luò)好像是UMTS分組交換域的一部分。因此,在緊耦合體系下,只需通過UMTS的策略決策功能實體來實現(xiàn)融合網(wǎng)絡(luò)一致的QoS控制,不會影響UMTS的接入控制和計費實體。
在松耦合體系下,WLAN作為一個獨立的網(wǎng)絡(luò)連接到UMTS網(wǎng)絡(luò)的GGSN,WLAN的路由器可看作是一個GGSN,WLAN網(wǎng)絡(luò)與UMTS網(wǎng)絡(luò)是對等的關(guān)系。為了在松耦合體系下提供一致的QoS控制,本文在IETF定義的策略框架下,提出在WLAN域中通過WLAN PDF(WPDF)組成了一個新的策略域,以處理WLAN域中需要QoS保證的業(yè)務(wù)。在這個策略域中,WPDF作為WLAN域中的策略決策點,WLAN路由器作為策略執(zhí)行點,執(zhí)行WPDF的策略決策。WLAN域應(yīng)擁有本地會話控制實體,負責(zé)與UMTS網(wǎng)絡(luò)的CSCF交互,WLAN域的會話控制實體與WPDF的關(guān)系如同UMTS IMS中代理CSCF(Proxy-CSCF)與PDF的關(guān)系。由于WLAN域擁有自己的會話控制實體和策略決策實體,所以保持了WLAN域和UMTS域之間明晰的接口,WLAN作為一個獨立的網(wǎng)絡(luò),由獨立的WPDF完成WLAN域中業(yè)務(wù)級策略的控制,因而也不會影響接入控制和計費實體。
與UMTS網(wǎng)絡(luò)一樣,WLAN可在公眾、企業(yè)和居住環(huán)境下部署,不同的環(huán)境也許涉及不同的管理域和不同情形的網(wǎng)絡(luò)融合。在緊耦合體系中,可通過UMTS的策略決策功能實體來實現(xiàn)融合網(wǎng)絡(luò)一致的QoS控制,是UMTS分組域中基于策略的QoS管理體系的延伸。在提供一致QoS控制方面,松耦合較緊耦合具有以下優(yōu)點:由于WLAN擁有自己的策略域,WLAN的策略域可作為UMTS的從屬策略域,又可作為其對等策略域,允許WLAN域簡單地融合到多運營商多域的環(huán)境中。下面分析在松耦合體系下,如何實現(xiàn)融合網(wǎng)絡(luò)的端到端QoS控制。
4.松耦合體系下基于策略的QoS管理體系
我們使用的是兩級層次化策略體系,WLAN的策略域作為UMTS的從屬策略域,受UMTS策略域的控制。主策略決策功能實體(MPDF)分別連接WLAN的策略決策功能(WPDF)實體和UMTS的策略決策功能(PDF)實體,UMTS網(wǎng)絡(luò)中的MPDF是WPDF的上級策略節(jié)點,因此WLAN域中策略的執(zhí)行便融入到運營商整個層次化策略體系中。MPDF把網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)的策略轉(zhuǎn)換成代表WPDF和PDF特定域的網(wǎng)絡(luò)級策略,并將其存儲到策略倉庫中。策略決策功能實體(WPDF或PDF)可從策略倉庫中獲取這些網(wǎng)絡(luò)級策略,并將其轉(zhuǎn)換為設(shè)備級策略,然后在策略決策功能實體的控制之下把這些策略安裝到網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中。除非某個新會話的QoS請求在授權(quán)方面存在策略沖突,否則這些策略會在所有新的IP多媒體會話中一致地執(zhí)行。如果發(fā)生策略沖突,這時可由MPDF負責(zé)消除,MPDF和PDF之間策略信息的交換使用COPS協(xié)議。
1.在會話建立期間,WLAN域的會話控制實體在會話建立信令中把QoS參數(shù)傳遞給WPDF。
2.WPDF從策略倉庫中獲取相關(guān)網(wǎng)絡(luò)級策略。
3.WPDF檢查請求的QoS參數(shù)是否被網(wǎng)絡(luò)級策略所允許。如果允許,WPDF通知WLAN域的會話控制實體策略控制成功。如果網(wǎng)絡(luò)級策略禁止請求的QoS參數(shù),則通知WLAN域的會話控制實體策略控制失敗。
4.如果獲取的網(wǎng)絡(luò)級策略在請求的QoS參數(shù)授權(quán)方面存在沖突,WPDF請求MPDF解決策略沖突。WPDF把請求的QoS參數(shù)封裝到COPS請求報文中并將其發(fā)送給MPDF。
5.MPDF根據(jù)整個網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)策略的情況來創(chuàng)建新的網(wǎng)絡(luò)級策略,以解決策略之間的沖突。因為會話數(shù)據(jù)路徑經(jīng)過UMTS分組交換域,必須確保請求的QoS參數(shù)能夠?qū)崿F(xiàn),所以在把新策略提供到WPDF之前,MPDF必須和PDF確認這些新策略。
6-7 .一旦策略確認成功,MPDF把新的網(wǎng)絡(luò)級策略發(fā)送給WPDF。同時,MPDF把新策略寫入到策略倉庫為將來策略決策功能實體請求所用。
具體分多少級取決于應(yīng)用到網(wǎng)絡(luò)中策略之間的關(guān)系,復(fù)雜的策略關(guān)系通常通過多級層次化策略體系來表示。在多級層次化策略體系中,底層PDF等待MPDF決策的時間相應(yīng)會延長,因此網(wǎng)絡(luò)運營商在實際部署時,應(yīng)根據(jù)實際情況設(shè)計合理的層次化策略體系以減少策略的級數(shù)。
5.結(jié)論
當人們花費大量的精力去研究如何在網(wǎng)絡(luò)中提供服務(wù)質(zhì)量時,不可避免地面臨著另一個挑戰(zhàn),這就是對質(zhì)量服務(wù)的控制問題。本文在分析目前基于策略的QoS管理的基礎(chǔ)上,提出了一種具有可操作性的基于策略的多域Qos管理體系, 以解決如何在UMTS和WLAN融合網(wǎng)絡(luò)中提供一致QoS控制的問題,該體系可減少會話建立時延和策略交換的開銷,同時可最大化網(wǎng)絡(luò)的升級能力。
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本文標題:UMTS和WLAN融合環(huán)境下基于策略的QoS管理體系
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