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移动WiMAX网络端到端QoS解决方案的研究

蒋春元
（中国电信股份有限公司广东研究院广州510630）
摘要本文根据移动WiMAX的组网特点和业务流分类，深入分析了无线承载和IP传输承载的QoS机制，给出了一种无线承载和IP传输承载的QoS对应的映射方案，从而解决移动WiMAX系统中端到端的QoS问题。
关键词移动WiMAX；业务流；QoS机制

1引言
在IEEE802.16标准中，明确定义了移动WiMAX无线空口的QoS类型，但没有定义端到端的QoS机制，而推广WiMAX技术的关键之一是要求能够为语音、视频等多媒体业务提供端到端的QoS保证。解决这个问题首先需要各网络单元有效地管理本地资源，以提供满足业务需要的端到端的服务承载，同时将应用层的QoS参数映射成本地承载对应的特性参数。移动WiMAX网络承载包括两部分：无线承载和IP传输承载。无线承载通过IEEE802.16的QoS机制提供服务，IP传输承载则采用DiffServ或者IntServ等IP网络的技术来保证QoS，为用户提供的语音、视频等多媒体业务需要解决端到端的QoS问题。这就要求移动WiMAX网络能够有效地管理本地资源，并能将业务层的QoS参数映射成本地承载对应的特性参数，以提供满足业务需要的端到端的服务保障承载。本文首先对无线承载及IP承载的QoS机制进行概述，然后提出如何将无线承载和IP承载的QoS参数进行映射，实现端到端的QoS。
2无线承载部分QoS的实现
2.1业务流分类
在移动WiMAX网络中，用户业务必须映射成IEEE802.16e标准中的业务流进行传输，这些业务流可以有不同的QoS属性。空口协议中规定了5种QoS业务类型:UGS（主动授予带宽业务）、ertPS（扩展的实时轮询业务）、rtPS（实时轮询业务）、nrtPS（非实时轮询业务）、BE（尽力而为的业务）。IEEE802.16e标准中空口的QoS定义已经比较完善，这里只做简单介绍，不再详述。
2.2业务流的QoS单元
基于IEEE802.16标准和WiMAXForumNWG网络规范第二阶段的架构参考模型，QoS功能模型包括下列功能单元。
·SS（用户站）和ASN（接入网络）：移动WiMAX网络必须支持ASN发起的业务流建立、修改以及删除。SS可以但不是必须具备这个功能，当然SS必须能够正确地响应ASN发起的业务流行为。
·归属地NSP（H-NSP）的策略功能（policyfunction，PF）和相关策略数据库。所有WiMAXQoS属性都是通过PF下发的。统一的QoSProfile被应用到GW、BS、SS上。PF根据这些策略决定业务请求是否被许可。
·应用功能（applicationfunction，AF）：AF可与SS在应用层协议上交互，从而触发业务流。
·AAA服务器：AAA服务器存储用户的QoSProfile以及相关的策略规则，这些信息由两种方式获得：一是在用户进入网络的时候下载给SFA（serviceflowauthorization，业务流授权）作为鉴权和授权过程的一部分，SFA根据用户Profile评估业务请求；二是提供给归属地PF，归属地PF根据用户Profile评估业务请求。
·业务流管理（serviceflowmanagement,SFM）：SFM逻辑实体位于ASN内，它负责创建、许可、激活、修改以及删除802.16的业务流。
·SFA：SFA逻辑实体位于ASN内，它基于资源管理策略负责网络级的许可控制。
·网络管理系统允许对业务流的定义进行管理。
对于QoS属性和相关的策略从AAA下载到SFA的情况，如果这些信息由归属AAA服务器定义，再传送给归属PF，那么QoS属性值以及QoS策略算法就由NSP自行确定。这些规定的信息允许PF在收到从AF来的请求时，给出业务流类型和相关参数。更进一步地，这些规定的信息必须允许PF对SS发起的业务流做授权判定。根据运营商的需求，规定的信息可以包含用户优先级，以满足不同的优先级需要，例如当系统无线资源超过门限时，可以利用用户优先级考虑先拒绝何种业务流。
用户的QoS属性用来判断是否可以授权SS或者BS发起的动态请求，这些动态请求包括创建、准入、激活以及修改和删除业务流。
3IP承载部分QoS的实现
现有的IP网络主要有如下两种QoS服务机制。
IntServ模型。基本思想是在传送数据之前，根据业务的QoS需求进行网络资源预留，从而为该数据流提供端到端的QoS保证。在流传输路径上的每个节点为流预留并维护资源，并建立和保存该服务的信息。这种模型的优点是能提供端到端的绝对的QoS保证，但耗费的资源很多，目前很少在网络中运用。
DiffServ模型。基本思想是在网络的入口处为每个数据包分类，并在数据包中标记相应的区分服务代码点（DiffServ