異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)端到端服務(wù)質(zhì)量保障

前言

　　Internet已經(jīng)從一個提供文件傳輸和網(wǎng)絡(luò)新聞等數(shù)據(jù)應(yīng)用服務(wù)的學(xué)術(shù)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展成為一個全球性的通用網(wǎng)絡(luò)，可以提供各種各樣不同的應(yīng)用__電子信箱、IP語音、電視、點對點文件共享、視頻流等。應(yīng)用的多樣性使得每一種應(yīng)用對帶寬、時延、丟包率等參數(shù)的要求都各不相同。理想情況下，底層網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該負責(zé)提供服務(wù)質(zhì)量（QoS，Quality-ofService）的保證，應(yīng)用程序可以從網(wǎng)絡(luò)請求自己所需要的服務(wù)而不需要額外采取行動來獲得理想的通信質(zhì)量。但Internet的最初設(shè)計是不支持服務(wù)質(zhì)量的。在過去10年里，支持服務(wù)質(zhì)量的機制開始逐漸發(fā)展起來，這些機制主要集中運行在IP層，但是也有針對特定的有線／無線接入網(wǎng)絡(luò)的一些特殊機制。　　歐盟第六框架計劃（FP6）集成項目“異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)端到端服務(wù)質(zhì)量”（EuQos）的目標是制訂、實施和評價支持端到端QoS的概念和機制，這就意味著終端系統(tǒng)、接入網(wǎng)絡(luò)、域間連接和域內(nèi)系統(tǒng)都必須支持QoS機制。EuQos項目制訂了一套出色的創(chuàng)新性解決方案和新穎的科學(xué)思想，以支持Internet端到端的QoS。這些新的機制和概念在一個歐洲范圍內(nèi)的分布式的試驗環(huán)境中設(shè)計并實施。該項目不僅僅做了技術(shù)層面的設(shè)計和實施工作，而且還開發(fā)了用來介紹基本Qos機制和技術(shù)的培訓(xùn)材料。目前，一些電子學(xué)習(xí)模塊已經(jīng)開發(fā)完畢，并正在幾個合作伙伴院校中使用，用于碩士或博士的培養(yǎng)教學(xué)?！　uQoS項目無論在技術(shù)上還是在教學(xué)上都取得了巨大的成果，這促使我們利用從項目中獲得的知識和經(jīng)驗寫成了這本關(guān)于異構(gòu)IP網(wǎng)絡(luò)端到端Qos的書。這本書基本上由3部分組成。第1-4章討論QoS機制和協(xié)議，如調(diào)度方案、QoS體系結(jié)構(gòu)、指標和測量技術(shù)、流量工程、信令協(xié)議，以及最新的標準化活動。第5章介紹傳輸協(xié)議領(lǐng)域的相關(guān)工作和發(fā)展現(xiàn)狀，特別是如何優(yōu)化TCP協(xié)議使其支持QoS并體現(xiàn)公平性。第6章結(jié)合并拓展前幾章對基本機制的討論，介紹了EuQoS的系統(tǒng)知識。我們指出了如何將不同的支持QoS的機制和協(xié)議結(jié)合起來加以運用，并拓展到在異構(gòu)的有線／無線接入網(wǎng)之上建立一個綜合的端到端的QoS體系結(jié)構(gòu)。要評價QoS機制和結(jié)構(gòu)，需要適當(dāng)?shù)脑u價體系。附錄描述了如何仿真。

內(nèi)容概要

　　《異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)端到端服務(wù)質(zhì)量保障》內(nèi)容新穎，深入淺出，可以作為計算機和通信網(wǎng)絡(luò)專業(yè)的大學(xué)生、研究生以及相關(guān)研究人員的參考書。歐盟第六框架計劃(FP6)綜合項目“End-to-end Quality Of Service Support over Heterogeneous Networks”(EuQoS)給出了一系列在Internet上支持端到端QoS的新奇想法以及解決方案，《異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)端到端服務(wù)質(zhì)量保障》基于EuQoS項目實施過程中得到的重要技術(shù)及學(xué)術(shù)成果，專門介紹了在異構(gòu)的有線／無線網(wǎng)絡(luò)中，實現(xiàn)端到端QoS保障所需的機制、協(xié)議和系統(tǒng)架構(gòu)，特別關(guān)注了測量技術(shù)、流量工程機制與協(xié)議、信令協(xié)議，以及支持公平性和QoS的擴展傳輸協(xié)議。《異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)端到端服務(wù)質(zhì)量保障》在最后一章特別展示了如何將這些機制和協(xié)議集合成一個綜合的端到端QoS體系架構(gòu)，以支持異構(gòu)的有線／無線接入網(wǎng)的端到端QoS控制。在附錄中還給出了諸如仿真和模擬等QoS機制的評價方法和技術(shù)。

書籍目錄

第1章 動機和基礎(chǔ)1.1 服務(wù)質(zhì)量及其參數(shù)1.1.1 端到端數(shù)據(jù)傳輸中的時延和時延抖動1.1.2 帶寬和丟包率1.2 應(yīng)用的QoS需求1.2.1 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的類型1.2.2 應(yīng)用的QoS需求1.3 網(wǎng)元中的分組調(diào)度1.3.1 連續(xù)工作型／斷續(xù)工作型調(diào)度算法1.3.2 公平性1.3.3 調(diào)度算法1.3.4 數(shù)據(jù)包丟棄1.4 服務(wù)質(zhì)量架構(gòu)1.4.1 集成服務(wù)（IntServ）1.4.2 區(qū)分服務(wù)（DiffServ）1.4.3 端到端QoS機制1.5 QoS感知應(yīng)用的實現(xiàn)與性能1.5.1 QoS成功應(yīng)用的先決條件1.5.2 媒介伸縮1.5.3 QoS方案的采用帶來的性能增益1.5.4 小結(jié)1.6 本書的結(jié)構(gòu)第2章 基于IP的網(wǎng)絡(luò)中的QoS測量技術(shù)2.1 簡介2.2 測量指標2.2.1 網(wǎng)絡(luò)層2.2.2 呼叫層（calllevel）2.2.3 用戶層（userlevel）2.3 測量技術(shù)2.3.1 前期注意事項2.3.2 基礎(chǔ)技術(shù)2.3.3 主動測量2.3.4 被動測量2.4 小結(jié)第3章 流量工程3.1 簡介3.2 一個激勵實例3.3 多協(xié)議標簽交換體系結(jié)構(gòu)3.3.1 轉(zhuǎn)發(fā)部分3.3.2 控制部分3.3.3 MPLS優(yōu)化3.4 基于MPLS的流量工程3.4.1 基于約束的路由選擇3.4.2 顯式路由信令3.4.3 流量工程實踐3.5 流量工程和服務(wù)質(zhì)量3.5.1 基于MPLS的QoS支持3.5.2 流量工程對DiffServ的擴展3.6 小結(jié)第4章 信令4.1 介紹4.2 會話初始協(xié)議4.2.1 SIP協(xié)議及關(guān)鍵建議4.2.2 協(xié)議的構(gòu)成4.2.3 SIP消息4.2.4 會話描述4.2.5 SIP會話的建立4.2.6 SIP擴展4.3 下一步信令（NSIS）4.3.1 背景及主要特點4.3.2 信令場景與協(xié)議架構(gòu)概述4.3.3 NSIS層傳輸協(xié)議4.4 公共開放策略服務(wù)（COPS）4.4.1 COPS概述4.4.2 基本模型4.4.3 COPS協(xié)議4.4.4 COPS消息4.4.5 公共操作4.4.6 使用舉例——COPS在RSVP的應(yīng)用4.5 小結(jié)第5章 增強的傳輸協(xié)議5.1 介紹5.2 傳輸協(xié)議技術(shù)發(fā)展水平5.2.1 TCP和UDP5.2.2 TCP演進5.2.3 SCTP（流控制傳輸協(xié)議）5.2.4 DCCP（數(shù)據(jù)報擁塞控制協(xié)議）5.2.5 討論5.3 傳輸機制5.3.1 概述5.3.2 擁塞控制機制5.3.3 可靠性機制5.3.4 討論5.4 增強的傳輸協(xié)議機制5.4.1 TFRC和gTFRC——一種QoS感知的擁塞控制5.4.2 應(yīng)用感知傳輸機制5.5 小結(jié)第6章 EuQoS系統(tǒng)6.1 概述6.2 體系結(jié)構(gòu)6.2.1 目標和需求6.2.2 功能模塊及其主要功能6.2.3 控制平面要素：資源管理（RM）和資源分配（RA）6.3 初始化、調(diào)用、運行及管理6.3.1 初始化6.3.2 調(diào)用（invocation）過程6.3.3 運行、操作和管理”6.4 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中端到端的服務(wù)類別6.4.1 在BJQoS中端到端的服務(wù)類別6.4.2 規(guī)范的端到端服務(wù)類別的服務(wù)質(zhì)量機制和算法6.4.3 在底層技術(shù)中實施端到端的服務(wù)類別6.5 EuQoS增強的傳輸層協(xié)議6.5.1 引言6.5.2 EuQoS增強傳輸協(xié)議服務(wù)6.5.3 流／非流的應(yīng)用服務(wù)6.6 組播6.6.1 應(yīng)用層組播6.6.2 EuQoS系統(tǒng)中的應(yīng)用層組播6.6.3 組播中間件6.6.4 組播中間件引入QoS6.7 遠程醫(yī)療應(yīng)用6.7.1 遠程醫(yī)療——應(yīng)用驅(qū)動的QoS案例6.7.2 Medigraf概述6.7.3 Medigraf適配EuQoS6.8 小結(jié)第7章 總結(jié)與展望附錄A網(wǎng)絡(luò)協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)模擬工具中的實現(xiàn)A.1 模擬的主要概念A(yù).1.1 模擬過程A.1.2 模擬類型A.2 網(wǎng)絡(luò)模擬A.2.1 并行／分布式和順序執(zhí)行的模擬A.2.2 包級別、基于流和混合式模擬A.2.3 模擬加速A.2.4 研究領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò)模擬A.2.5 用于教學(xué)目的的模擬A.3 網(wǎng)絡(luò)模擬器A.3.1 GloMoSim和QualNetA.3.2 JiST／SWANSA.3.3 SSF（ScalableSimulationFramework）和SSFNetA.3.4 OMNeT++和OMNESTA.4 ns-2（NetworkSimulatorversion2）網(wǎng)絡(luò)模擬器A.4.1 語言概念A(yù).4.2 層次架構(gòu)A.4.3 第一步——模擬腳本模板A.4.4 節(jié)點、鏈路和流A.4.5 無線網(wǎng)絡(luò)A.4.6 ns-2應(yīng)用協(xié)議A.4.7 運行ns-2模擬的建議A.4.8 分析方法附錄B側(cè)重于面向QoS衛(wèi)星通信的網(wǎng)絡(luò)仿真B.1 網(wǎng)絡(luò)仿真基礎(chǔ)B.1.1 網(wǎng)絡(luò)仿真介紹B.1.2 什么是網(wǎng)絡(luò)仿真B.1.3 為什么使用網(wǎng)絡(luò)仿真B.1.4 對仿真系統(tǒng)的需求B.1.5 網(wǎng)絡(luò)仿真系統(tǒng)方法B.2 實例分析：面向QoS的衛(wèi)星通信的仿真B.2.1 引言B.2.2 DVB衛(wèi)星通信B.2.3 衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的QoS支持B.2.4 DVB-S、DVB-RCS上星系統(tǒng)的仿真B.3 小結(jié)參考文獻縮略語

章節(jié)摘錄

　　音頻傳輸一般具有較大范圍變化的帶寬需求，這取決于是傳輸話音還是傳輸高保真音樂。除了編碼后的音頻數(shù)據(jù)，由IP協(xié)議引入的開銷、用戶數(shù)據(jù)報（UDP）和實時傳輸協(xié)議（RTP）分組頭也必須加以考慮。較長的分組可以降低此類開銷。在這種情況下，音頻采樣被裝入單個分組中，但較長的打包間隔會增加時延。此外，分組丟失的敏感度會增加，這是因為單個分組包含了更長的連續(xù)音頻采樣序列?！　√貏e是如電話這樣的交互音頻應(yīng)用具有更高的時延需求，建議的電話最大可容忍時延為150ms。這包括如1.1.1節(jié)描述的四類時延部分和打包時延。時延抖動也要被限制，這是因為高的時延抖動會增加接收端的播放緩沖區(qū)大小需求。此外，交互的音頻應(yīng)用對分組丟失也相當(dāng)敏感。因此，它們需要（非常）低的丟包率。具體數(shù)值取決于音頻應(yīng)用的類型。使用母語的電話通話比使用外國語的電話通話或是高保真音樂具有更低的誤碼率限制。此外，由于一些系統(tǒng)使用一些帶冗余的編碼方式，因此能容忍更高的分組丟失?！　‘?dāng)單個用戶接收并收聽音頻流而不進行交互時，時延、帶寬和誤碼率的要求可以放寬。但是，由于緩沖區(qū)大小的限制，網(wǎng)絡(luò)仍然需要對一些Qos參數(shù)提供保障?！　?.2.2.2視頻應(yīng)用　　上文中很多對音頻的陳述對視頻傳輸也同樣適用，因為音頻和視頻傳輸有很多共同點。如果是交互的應(yīng)用，兩類應(yīng)用都對時延、抖動和丟包率敏感。然而，音頻和視頻應(yīng)用還是存在一些區(qū)別的。最重要的是：視頻應(yīng)用需要的帶寬更高，這取決于用戶需要的畫質(zhì)水平以及視頻設(shè)備的支持能力。如個人電腦或移動手持終端視頻會議工作在幾十kbps，而高保真的視頻需要幾Mbps。帶寬需求取決于如下系統(tǒng)參數(shù)：色彩深度、屏幕大小和解析能力、幀速率、由壓縮引入的可接受的質(zhì)量降級。　　另一個不同點是由于使用的編碼方案不同，視頻流通常比音頻流更具突發(fā)性。像MPEG這樣的編碼方案周期地發(fā)送一個所謂幀內(nèi)編碼（intracoded）的幀，該幀和其他任何前面發(fā)送的幀或成功傳輸?shù)膸淮嬖诼?lián)系。在幀內(nèi)編碼幀之間傳輸?shù)母鲙凶鰩g編碼（intercoded）幀，參考其他幀并僅對與參考幀相比的幀間差別（根據(jù)運動向量、色彩差別等）進行編碼。這導(dǎo)致了視頻業(yè)務(wù)的所謂弱正則性（weaklyregular），而相比之下音頻業(yè)務(wù)通常具有強正則性（stronglyregular），如圖1.5所示。弱正則業(yè)務(wù)產(chǎn)生一些短期突發(fā)?！　?hellip;…

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