端到端差异化智能宽带业务部署的研究
李颖 葛坚 刘惠明 秦壮壮
摘要： 随着我国固网宽带接入大面积的覆盖及国家提速降费政策的激励，以及宽带用户数量的急剧增加，IP城域网作为宽带业务的承载网络，面临着巨大的运行压力。伴随着城域网业务管道的不断加宽，各种应用蓬勃发展（特别是视频和游戏业务）。应用和客户的快速增加使得用户对业务质量会有差异化的需求，面对差异化需求运营商也将针对客户市场进行细分，精准营销，并对客户的不同需求提供个性化服务与资费选择。为适应市场营销策略，网络层面必须能通过技术手段实现端到端的差异化服务，并且在用户订购后可快速部署开通。本文对在城域网实现家庭宽带业务质量差异化部署的技术手段，包括实现原理、应关注的指标、部署的位置（家庭网关、接入网、城域网）、开通方法等内容进行了研究和分析。
关键词： diffServ；QoS；智能开通
1 引言
宽带中国战略推进了光纤宽带和4G网络的建设，实现了对城乡地区的普遍覆盖。截至2019年3月底，全国光纤宽带用户占比达到91%，4G用户占比达到75%。用户签约速率百兆及以上已经成为宽带业务的主流，北京、上海等地区用户签约速率已达200M以上，部分地区已具备千兆接入能力并已开始推广千兆接入服务。随着宽带速率的提升，提供的服务也由传统的网页浏览、FTP下载、邮件服务逐步向QQ、微信、团购秒杀、视频、游戏、直播等业务转变。每种业务对网络延时、丢包等敏感度也不一样。从用户终端、家庭网络、运营商接入网、运营商城域网/骨干网到ISP业务提供网络中间的某一环节出现拥塞，就会导致丢包或时延的增加，从而影响用户感知。
根据网络实际运维经验发现，不同的业务对网络敏感度不同，敏感度低的业务用户感知受网络波动影响小，敏感度高的业务用户感知受网络波动影响大，且达到一定阈值后用户感知会急剧下降。
从图1可以看出，网页浏览类业务用户可忍受的延时、丢包等指标范围比较宽，游戏类业务用户可忍受的延时、丢包等指标范围比较窄。
在没有提供差异化服务前，网络出现拥塞或者故障时IP网络丢包是随机的，对业务的影响也是随机的。从建设成本等原因考虑，仅通过增加网络带宽来提升用户感知是不现实的。因此，网络中需要根据业务来区分，满足不同目标客户群的个性化需求，对客户的不同需求提供个性化服务与资费选择，开发新产品对于高价值客服、对网络敏感度高的业务进行质量保障，提供差异化服务。采用区分服务（DiffServ）模型，在网络边缘对流量进行分类，对不同分类进行QoS保障。如何在不增加网络建设及运维成本的基础上提高客户感知同时为运营商带来更多收入是运营商急需解决的问题，在现有网络资源基础上提供差异化服务是一种很好的解决方案。
图1 典型业务用户感知与网络敏感度图
2 运营商IP网络现状及存在的问题
2.1 IP网络结构
目前，运营商承载宽带业务涉及的网元主要包括家庭网关、宽带接入网、IP城域网、IDC网络、IP骨干网。家庭网络主要由HUG构成，宽带接入网网元为OLT设备，IP城域网网元包括SW、BRAS/SR、出口路由器等网元，IDC网络网元为出口路由器，骨干网网元为出口路由器设备。网络拓扑参见图2。
1.积极作为主要是指法官故意或重大过失导致案件错误裁判的情形。《民事诉讼法》第二百条规定的十三项申请再审事由，有原审法院的原因，有当事人的原因，还有综合性的原因。法院或法官的故意或重大过失导致案件错判，由此造成当事人无可挽回的损失，毫无疑问属于民事和行政司法赔偿的范围。如果是综合性原因导致错案，则法院按照错误比例承担相应的赔偿责任。
图2 运营商IP网络结构图
网络中承载的业务流量包括家庭宽带业务、政企互联网业务、手机互联网业务及云业务。以中国联通北方某大型城域网为例，本地IP网中70%流量为家庭宽带业务，家庭宽带业务应用种类繁多。根据近两年的统计来看，视频类和游戏类业务流量在家庭宽带业务中占比超过50%，而这两类业务又是对网络时延、丢包、抖动最为敏感的业务。
一代青年有一代青年的成长，一代青年有一代青年的使命，成长各异，使命相同。党的十九大报告描绘了“两个一百年”的宏伟蓝图。中国石化提出了“两个三年、两个十年”的发展战略。在这一跨越近30年的历史进程中，石化青年生逢其时，成长期、奋斗期与民族复兴、企业奋进的目标同向同行，将完整经历实现新时代目标的伟大进程，成为强国梦、强企梦的亲历者和见证者、追梦者和圆梦人。
我讪讪地冷笑，心想，我哪里买得起房，我拿什么买呀。但我没说话。虽然我没说话，但我脸上的气色显然把我的心理活动暴露出来了。
2.2 存在的问题及解决建议
（1）业务增长
在明尼还没有意识到以前，它已经顺着博物馆的走廊走出圣保罗，离开了这座明尼苏达的州府，以及它的熙攘和震动。明尼依然在深沟里，但深沟的一侧已拓宽，成为生有皮毛般的长着绿色植物的湿地。湿地上方，黑色的鸦群正展翅南飞，灰色的野鹅在空中勾画出一缕缕摆动的线条。夜晚，远处的悬崖上亮起了灯光，说明有人在那里生活。
5.动态发展原则。和谐不是稳定不动，而是有序、协调运动。和谐的本质不仅要求在静态上的和谐，而且还要企业在发展动态上的和谐。达到一个和谐的局面之后，因内部变革和外部环境变化，旧的和谐就会遭受到破坏，这是就需要建立一种新的和谐。这样循环往复，以致无穷。
根据中国联通北方某市统计，近5年每年流量以30%的增长率增长，每年运营商在带宽扩容上都要付出大量成本。
是指严格按照优先级的先后调度队列，只要高优先级队列中还有未出队的数据包，且该队列限速仍允许发送，则会让该队列优先出队，不会让调度到比其低的优先级队列。
根据日常流量统计，家庭宽带业务流量有典型的峰谷分时特性，流量峰值出现在每日20点至次日凌晨。峰值峰谷流量偏差接近2倍，峰值持续时间相对较短，因此靠无限制网络扩容解决峰值分时业务感知差不是一种有效的解决办法，会带来投资效益比降低。
工序任务分为质检类和非质检类，分别用QualityProcedureTask和UnQualityProcedureTask表示，质检类工序任务对应一个或多个质量项，非质检类工序任务不对应质量项，则
（3）建议方案
从家庭网关、宽带接入网、IP城域网、IDC网络、IP骨干网到ICP内容提供商网络均对特殊服务地址做QoS保障，各网络间对QoS标识互相信任。图4所示为差异化业务提供一个端到端的优先保障逻辑通道。
随着运营商混改转型，如何在技术上包装和推广产品将是重中之中，因此除了在技术上可实现端到端差异化服务外，还要考虑以客户为中心，实现用户精准营销，提高用户体验，即能够快速灵活地订购和取消差异化业务。本文将同时结合网络智能化研究差异化服务产品自动开通流程，减少运维人员手工工作，使用户可以自行订购差异化业务，并快速自动下发参数至网络端到端各部分，达到即开即用的效果。
3 差异化服务技术原理
根据差异化业务需求，不同业务对带宽、延时、抖动等各方面要求不同。为了在现有网络上对不同业务进行差别服务，运营商可在自有网络内为特定游戏类等业务提供从用户终端到业务提供服务器的端到端的服务质量（QoS）保障。
图3 QoS原理图
3.1 流分类
流分类分为简单流分类和复杂流分类。简单流分类直接根据CoS值进行分类，如VLAN报文的802.1p、IP报文的ToS/DSCP字段。如果需要更加明细地区分数据流可采用复杂流分类，复杂流分类是基于IP头的源IP地址、目的IP地址、协议类型、源端口号、目的端口号（常称为“五元组”）、ICMP类型、ICMP消息码；Ethernet头的源MAC地址、目的MAC地址、EtherType、VLANID以及报文的任意字段及其组合进行分类。流分类一般在网络边缘进行分类。
3.2 重标记
完成流分类后，根据流策略对输入报文进行优先级重标记（Remark），将用户优先级标记为网络优先级。
按照文献［15］使用液相－电感耦合等离子体质谱联用技术测定牛黄解毒片中三价砷和五价砷的浓度分别为（309±5.14） mg／kg 和（285±6.00） mg／kg。
3.3 流量监管
是指利用令牌桶限制报文收发速率，包括CAR、Line Rate等技术应用。主要是在网络设备上下行端口（包括物理端口和业务逻辑端口）处对整束业务流的上下行做限速。对超过限制的报文将直接丢弃或重新设置优先级。
3.4 队列调度
在网络发生拥塞时，采用队列的策略来调度每种业务。对于单独的队列而言，队列中的数据包会按照严格的先进先出FIFO（First In First Out）原则进行出队操作。但对于多个队列之间，队列出队的先后顺序则是受到队列调度算法的控制。
是指按照特定的规则，让各队列轮询发包，包括轮询RR（Round Robin）、加权轮询WRR（Weighted Round Robin）、加权公平队列WFQ（Weighted Fair Queuing）等，按照指定的比例在各队列之间轮询发包。配置轮询队列的参数时，通常配置权重值Weight，执行过程中会按照权重划分带宽比例。目前的现网中，最常见的模式为WFQ，对于WFQ的速率控制，建议通过权重Weight实现，不再配置速率限制（如CAR、Shaping）。
（2）业务特性
通常将预进行SP调度的队列配置成为PQ（Priority Queueing）队列，PQ算法分为HIGH、Medium、Normal、Low4个队列。若同优先级中有多个队列，则会采用轮询方式调度。通常高优先级别的队列里数据包发送完毕后，低等级队列才开始发送，因此需要对高优先队列进行限速。如果不进行限速，则会带来该队列抢占所有带宽资源（如该队列受到攻击）的安全隐患，导致其他队列无法发送数据。
一般常用的还有SP与WFQ混合调度。PQ队列流量全部通过后，剩余的带宽才会按比例进行WFQ调度，多出的流量会被丢弃。
2.1.2 伪三元相图研究纳米乳形成。分别以Cremophor EL40、PEG400、橄榄油和蒸馏水为表面活性剂、助表面活性剂、油相和水相，伪三元相图考察了Cremophor EL40/PEG400质量比Km(2∶1、1∶1、1∶2)对纳米乳形成的影响(图1)，图中黑色部分代表纳米乳区。纳米乳区大小排序为(Km=2∶1)>(Km=1∶1)>(Km=1∶2)。
（1）严格优先
（3）混合调度
（2）轮询调度
WFQ之间没有优先级的概念，WFQ权重只表示抢占带宽的比例关系，高流量的低价值流可配置以很低的权重，拥塞时仅保障低价值的小流量通过，而在不拥塞时低价值流量也可全部通过。
两组患者干预前的FMA评分无明显差异(P>0.05),观察组干预后FMA评分明显较对照组高(P<0.05),见表1。
4 端到端差异化服务网络规划
4.1 应用场景
为差异化业务（如视频、游戏等）提供端到端（最终用户—业务提供端）的QoS保障。由运营商和ICP内容提供商共同确定差异化业务的服务地址（简称特殊服务地址）。
通过部署差异化服务解决高价值客户、对网络敏感度高业务在网络峰值时由于拥塞引起感知下降的问题。目前，大部分运营商家庭网关、宽带接入网、IP城域网、IDC网络、IP骨干网分别由不同的部门进行网络维护管理，大多数运营商只是在上述网络中部分段落部署了QoS，尤其是几乎没有与ICP内容协同合作针对特定业务部署QoS，不能解决用户端到端的感知体验。本文研究的内容是在运营商网络内进行端到端的全网统一规划，并且与ICP内容提供商联合部署从而实现端到端的差异化服务。
图4 应用场景示意图
当用户订购差异化服务后将实现从用户终端到内容提供方的端到端的保障通道，缩短用户延时及丢包等指标，在网络出现拥塞时仍能保障用户体验不变。
4.2 流分类和标记规划
IP网内主要承载运营商自有业务（包括网络控制信息、语音业务、IPTV业务）和互联网业务（包括政企大客户、家庭宽带、手机上网）。在做网络优先级规划时优先保障运营商自有业务，其次为互联网业务。在互联网业务中，优先保障提供差异化服务的业务。根据业务类型定义不同保障等级，网络中各层级设备进行队列调度时，优先保障高等级业务，各类业务优先级规划参见表1。
表1 各类业务优先级设置建议表
4.3 技术部署范围
差异化服务以基于DiffServ为主的QoS技术（业务分类、标记、队列调度等机制）提供网络拥塞时的QoS保证。QoS处理主要分为流分类、重标记、流量监管、队列调度（见图3）。
绘制地籍图时，需把外业调查成果在对应的宗地和房屋上填写权属信息，通过地籍和房屋权属信息导出功能实现导出地籍图每宗地及其房屋的权属信息，直接在ArcGIS平台上挂接，不用一一手动填写，极大地提高了工作效率和准确性。
城域网内端到端部署，从用户终端至出口CR路由器。为用户在现有宽带业务基础上提供叠加带的带宽，同时对此部分带宽进行特殊绝对保障。保障用户建议为使用路由型家庭网关的FTTH用户。
其次，南皮是沧南地区三角协同区域。南皮与泊头、东光形成以联手共赢为基础的协作区域，强化产业互补，促进分工协助，增强集群竞争力，力争形成沧南地区的区域服务中心。
5 网络各层面部署方案
图5显示网络各层面QoS的标记和调度节点，传统QoS保障在网络拥塞时保证高优先级的业务流量优先转发，超过端口转发能力的低优先级的业务流量被丢弃。差异化的保障是在网络拥塞时为签约的差异化业务提供保障带宽及最优网络延时。对特殊业务进行流分类优先转发，并通过修改设备配置对网络层各段带宽实现保障实现对特殊业务的端到端保障。
上/下行业务分别在网络边缘进行业务分类及流标记，网络各层面均信任上层传递过来的标记并进行相应的队列处理。
（1）上行业务部署方案
提供差异化服务保障用户至访问目的内容（特定地址段）的访问带宽、延时减少。为了实现从用户终端开始的保障，差异化业务和普通业务采用不同PPPoE Session。
上行在家庭网关中HGU通过特殊目的IP对差异化业务进行优先级标记，OLT部署DBA对差异化业务及普通业务分别限速，BRAS上部署QoS-Profile对流量限速，BRAS到CR部署简单流分类、信任用户优先级，通过纯IP转发（见表2）。
（2）下行业务部署方案
下行方向在CR与ICP对接处基于源IP部署复杂流分类，运营商CR与ICP网络协商制定，将特殊业务报文优先级按协商的值进行统一标记（见表3）。
图5 端到端部署网络图
表2 上行业务QoS部署方案
表3 下行业务QoS部署方案
6 业务智能化自动开通
上文已论述和研究了实现端到端差异化服务的技术及网络部署，随着运营商与互联网公司混改推进，二者之间的合作也逐步加深。如何使内容提供商（互联网公司为主）与运营商建立良好的业务合作，并使最终单个用户能方便快捷地订购和使用业务是研究的重点。
6.1 业务订购流程
（1）为实现端到端差异化服务，第一步要实现内容提供商与运营商的合作。内容提供商与运营商协商确定需要保障的业务种类及相应的网络指标要求（延时、丢包），内容商向运营商申请开通保障业务，根据网络部署方案在除用户终端外进行相应的网络部署，建立逻辑的差异化业务保障通道。所有流程均由线上自动完成，订购流程参见图6。
（2）在内容商与运营商达成合作后，可在内容商或运营商平台上接受最终用户的业务订购。订购完成后，用户家庭网关将接入上一步已建立的差异化业务保障通道中，从而实现端到端差异化业务保障通道。所有流程均由线上自动完成，订购流程参见图7。
6.2 配置自动下发
图6 订购流程1
图7 订购流程2
目前，三大运营商都在向下一代SDN/NFV网络转型，采用SDN（软件定义网络）网络架构实现转控分离，构建控制平面和管理平面。通过网络资源虚拟抽象和集中式管控，构筑开放网络平台，实现客户的自服务、自管理，网络资源的动态灵活调整和调度，开放、智能、SDN化是网络的演进方向。建议通过运营商下一代网络中的控制器来实现自动下发，可采用过NETCONF通道下发CLI配置到各层面实现自动下发设备。
7 结束语
随着运营商与互联网公司的深度合作，双方协同合作通过技术手段为用户提供全程差异化服务，既开拓了双方业务市场、扩大了收入范围，又给最终用户带来良好的用户体验，真正做到了合作共赢。本文不仅对技术原理和网络部署进行了深入研究，在业务合作模式上也提出了见解，可供运营商在技术及市场开拓方面进行参考。
为落实 《生态文明体制改革总体方案》，探索绿色金融发展有效路径，2016年8月，中国人民银行、财政部等七部门印发 《关于构建绿色金融体系的指导意见》，提出支持和鼓励绿色投融资的一系列激励措施。2017年6月，国务院常务会议决定在浙江、江西、广东、贵州、新疆5省（区）选择部分地方建设绿色金融改革创新试验区，充分发挥绿色金融在调结构、转方式、促进生态文明建设、推动经济可持续发展等方面的积极作用。党的十九大报告明确指出推进绿色发展，加快建设绿色生产和消费的法制和政策导向，构建市场导向的绿色技术创新体系，发展绿色金融，壮大节能环保产业、清洁生产产业、清洁能源产业发展。
Research on End-to-End differentiated intelligent broadband service deployment
LI Ying，GE Jian，LIU Huiming，QIN Zhuangzhuang
Abstract： With the wide coverage of broadband access in China and the incentive of the national policy of increasing speed and reducing fees，the number of broadband users has increased dramatically.IP network is facing greater operational pressure.With the bandwidth increase，various applications are booming，especially video and game.The rapid growth of applications and customers makes users have different needs for service quality.Operators will also provide personalized services and price selection according to customer market segmentation，precise marketing and different needs of customers.In order to adapt to the network level of marketing strategy，it is necessary to achieve end-to-end differentiated services through technical means，and to deploy and open rapidly after users order.This paper mainly studies the technical means of differentiated service in IP network，including the principle of implementation，indicators to be concerned，deployment location(home gateway，access network，IP network)，opening method and so on.
Key words： diffServ；QoS；smart
作者简介：
李颖 中讯邮电咨询设计院有限公司高级工程师
葛坚 中国信息通信研究院技术与标准研究所高级工程师
刘惠明 中讯邮电咨询设计院有限公司教授级高级工程师
秦壮壮 北京联通网络发展部高级工程师
（收稿日期： 2019-06-30）
标签：diffServ论文; qos论文; 智能开通论文; 中讯邮电咨询设计院有限公司论文; 中国信息通信研究院技术与标准研究所论文; 北京联通网络发展部论文;