在家庭IP網(wǎng)絡(luò)中提供QoS的設(shè)計(jì)考慮及解決方法

本文提出了在家庭網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中提供服務(wù)質(zhì)量(QoS)保障的設(shè)計(jì)考慮因素，通過(guò)對(duì)實(shí)際的媒體接入考慮、排隊(duì)和轉(zhuǎn)發(fā)控制機(jī)制以及QoS特性管理的分析，認(rèn)為基于優(yōu)先級(jí)的媒體接入和包轉(zhuǎn)發(fā)是在基于分組家庭網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)移動(dòng)時(shí)保證QoS的最佳方法。

家庭網(wǎng)絡(luò)相比于企業(yè)或者服務(wù)提供商基礎(chǔ)架構(gòu)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)具有很大的區(qū)別。同樣地，在家庭網(wǎng)絡(luò)中保證QoS要求的處理也不相同。企業(yè)基礎(chǔ)架構(gòu)或?qū)拵Ы尤牖A(chǔ)架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)一般利用專業(yè)管理設(shè)備以及工程有線設(shè)備，這些設(shè)備采用了能提供恒定帶寬的技術(shù)。相反，家庭網(wǎng)絡(luò)連接采用各種現(xiàn)有的有線技術(shù)或非工程配置的無(wú)線接入點(diǎn)，它們采用了具有不同帶寬的技術(shù)。沒(méi)有多少經(jīng)驗(yàn)或網(wǎng)絡(luò)管理知識(shí)的家庭網(wǎng)絡(luò)用戶通常不希望主動(dòng)地去管理他們的網(wǎng)絡(luò)，家庭中的應(yīng)用趨向于那些具有不同帶寬和包特性的多媒體密集型應(yīng)用。

一旦像家庭網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的這些特性被確定，就可以開(kāi)始評(píng)估提供適當(dāng)QoS方案的技術(shù)。最終的QoS系統(tǒng)應(yīng)該注意以下的設(shè)計(jì)考慮(圖1)：

媒體接入(media access)：網(wǎng)絡(luò)上的每個(gè)設(shè)備如何接入共享媒體？

包轉(zhuǎn)發(fā)：在家庭網(wǎng)關(guān)、路由器或者網(wǎng)橋內(nèi)部如何轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包？

QoS特性：家庭網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的用戶、操作者和應(yīng)用程序如何管理期望的QoS特性？

為在家庭網(wǎng)絡(luò)中提供QoS，設(shè)備上的網(wǎng)絡(luò)接口必須執(zhí)行兩個(gè)基本功能：媒體接入和包轉(zhuǎn)發(fā)。QoS媒體接入是確定什么時(shí)候?qū)鼜脑O(shè)備發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上，以便不妨礙另外一個(gè)設(shè)備適時(shí)的媒體包傳輸。特別的，規(guī)則要求指出可接受時(shí)間，每個(gè)設(shè)備上的網(wǎng)絡(luò)接口可能在這樣的假設(shè)下發(fā)送數(shù)據(jù)：多個(gè)設(shè)備將在幾乎相同的時(shí)間發(fā)送數(shù)據(jù)。

QoS包轉(zhuǎn)發(fā)是根據(jù)提供QoS的規(guī)則集發(fā)送來(lái)自單個(gè)設(shè)備內(nèi)一個(gè)或多個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口的數(shù)據(jù)包的過(guò)程。一般地，住宅網(wǎng)關(guān)是家庭網(wǎng)絡(luò)中這個(gè)具有多個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口的單個(gè)設(shè)備，在多種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)之間轉(zhuǎn)發(fā)必須需要一些規(guī)則?？梢砸詢煞N不同范例之一來(lái)實(shí)現(xiàn)兩種基本的QoS功能：分優(yōu)先級(jí)的QoS或者參數(shù)化(預(yù)定的)QoS。分優(yōu)先級(jí)范例是針對(duì)共享媒體技術(shù)和區(qū)分的媒體接入。在這種方法下，當(dāng)數(shù)據(jù)包進(jìn)入到網(wǎng)絡(luò)就被打上標(biāo)記，這些標(biāo)記由在像住宅網(wǎng)關(guān)這樣的設(shè)備處的區(qū)分轉(zhuǎn)發(fā)/排隊(duì)引擎授予。

參數(shù)化范例(parameterized paradigm)是針對(duì)共享媒體技術(shù)以及規(guī)劃的媒體接入機(jī)會(huì)。在這種方法中，所有的設(shè)備和應(yīng)用必須請(qǐng)求特定量的時(shí)間來(lái)發(fā)送它們的數(shù)據(jù)，規(guī)劃的媒體轉(zhuǎn)發(fā)根據(jù)流狀態(tài)執(zhí)行，在每一跳(hop)發(fā)送信令。

在下面的討論中，我們將展示為什么基于優(yōu)先級(jí)的媒體接入方案非常適合于家庭網(wǎng)絡(luò)。我們將從展示如何應(yīng)用包轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)保證不同家庭網(wǎng)絡(luò)技術(shù)之間的QoS來(lái)開(kāi)始這個(gè)討論；然后，我們將討論一個(gè)系統(tǒng)對(duì)家庭網(wǎng)絡(luò)中所有的設(shè)備怎樣進(jìn)行優(yōu)先級(jí)分配和管理；最后的討論圍繞基于QoS方案設(shè)計(jì)的CableHome QoS和UPnP QoS架構(gòu)，這些架構(gòu)以一個(gè)完整系統(tǒng)的形式實(shí)現(xiàn)了家庭內(nèi)部媒體接入、包轉(zhuǎn)發(fā)和特性管理。注：本文假設(shè)在家庭內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)部分是基于IP的，數(shù)據(jù)和內(nèi)容是通過(guò)基于IP的接入網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到家庭，基于IP的家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)允許底層網(wǎng)絡(luò)部分對(duì)應(yīng)用透明。

實(shí)際的媒體接入考慮

今天的家庭網(wǎng)絡(luò)采用了三種技術(shù)：10/100baseT以太網(wǎng)、IEEE 802.11g/b/a(Wi-Fi)和HomePNA。在將來(lái)，像HomePlug這樣的其他技術(shù)可能變得流行。

很多人會(huì)根據(jù)有線和無(wú)線來(lái)對(duì)這些技術(shù)進(jìn)行劃分，但對(duì)于QoS來(lái)說(shuō)更好的分類應(yīng)該是共享媒體相對(duì)于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)。交換式10/100BaseT以太網(wǎng)是一種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的技術(shù)，本質(zhì)上，每段媒體上只有一個(gè)設(shè)備。所有其他技術(shù)為共享媒體技術(shù)，在這些方法中，多個(gè)設(shè)備共享一個(gè)媒體段，需要一些機(jī)制來(lái)控制設(shè)備如何在媒體上發(fā)送信息。

圖1：三個(gè)QoS設(shè)計(jì)考量： 媒體接入、包轉(zhuǎn)發(fā)和QoS特性。

家庭中的絕大多數(shù)集線器不支持參數(shù)化或IEEE 802.1p/q優(yōu)先級(jí)方案，而且不可升級(jí)來(lái)實(shí)現(xiàn)這些功能支持。然而，當(dāng)在家庭網(wǎng)絡(luò)上增加像CableHome這樣的業(yè)務(wù)時(shí)，現(xiàn)有的集線器將可能為集成到住宅網(wǎng)關(guān)內(nèi)的交換機(jī)所替代。

對(duì)交換式以太網(wǎng)(switched Ethernet)而言，不同的媒體接入并沒(méi)有多大的意義，因?yàn)閿?shù)據(jù)流是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的，在這樣的鏈路上實(shí)際不會(huì)有競(jìng)爭(zhēng)。很多住宅網(wǎng)關(guān)內(nèi)置有四或五端口以太網(wǎng)交換機(jī)，因此對(duì)于每個(gè)以太網(wǎng)端口來(lái)說(shuō)不太會(huì)有QoS問(wèn)題。100BaseT帶寬足夠解決大多數(shù)家庭網(wǎng)絡(luò)的帶寬和延時(shí)要求，尤其是當(dāng)專用在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路上。這樣，為了QoS媒體接入目的，家庭中的以太網(wǎng)可以考慮點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的技術(shù)，與共享媒體技術(shù)分別處理。

所有其他標(biāo)準(zhǔn)的共享媒體技術(shù)，例如802.11 b/g/a、HomePNA以及HomePlug具有或即將具有對(duì)基于優(yōu)先級(jí)的QoS方案的一些支持?？傊@些基于優(yōu)先級(jí)的媒體接入技術(shù)是根據(jù)優(yōu)先級(jí)來(lái)控制哪個(gè)設(shè)備先接入媒體。那些具有最高優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)流的設(shè)備允許優(yōu)先發(fā)送，然后根據(jù)可用的帶寬，那些低優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)流的設(shè)備再獲得機(jī)會(huì)在媒體上發(fā)送它們的數(shù)據(jù)。一般優(yōu)先級(jí)方案不能嚴(yán)格控制最高優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)流占用的帶寬。

參數(shù)化QoS依賴于這樣的假設(shè)：底層的物理層/媒體接入控制(PHY/MAC)技術(shù)能提供非常穩(wěn)定的帶寬和最小的抖動(dòng)。對(duì)于以太網(wǎng)或Docsis這樣的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來(lái)說(shuō)，這個(gè)假設(shè)是可接受的，但是對(duì)于像無(wú)線局域網(wǎng)、電話線和電力線這樣的家庭網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來(lái)說(shuō)是不恰當(dāng)?shù)?，因?yàn)檫@種網(wǎng)絡(luò)的吞吐量和抖動(dòng)會(huì)受快速變化的干擾以及零星干擾嚴(yán)重影響。
為獲得對(duì)參數(shù)化保障的較高信心，必須對(duì)底層參數(shù)做出最保守的估計(jì)，保守的估計(jì)導(dǎo)致與一般的操作大不相同的情況。此外，除了音頻或者視頻(AV)以外，絕大多數(shù)的應(yīng)用沒(méi)有QoS考慮。因此，家庭網(wǎng)絡(luò)首選基于優(yōu)先級(jí)的媒體接入。

可行性

如果要求QoS的新業(yè)務(wù)被加入到家庭網(wǎng)絡(luò)中，新的設(shè)備必須包含必要的QoS信令功能。在安裝這樣的設(shè)備之前，假定具有QoS功能的由服務(wù)提供商管理的住宅網(wǎng)關(guān)已經(jīng)存在。這個(gè)住宅網(wǎng)關(guān)可能支持那些沒(méi)有可管理QoS功能的已有PC以及互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。

通常，對(duì)已有主機(jī)的改變，無(wú)論是軟件或者是硬件改變可能都是不可行的。因此，家庭QoS方案必須在傳統(tǒng)設(shè)備存在的情況下可以工作。

分優(yōu)先級(jí)的媒體接入可以覆蓋在現(xiàn)有的共享媒體家庭網(wǎng)絡(luò)上。盡管上面提到的不同家庭網(wǎng)絡(luò)技術(shù)具有設(shè)置優(yōu)先級(jí)的方法，但總體上沒(méi)有一個(gè)實(shí)體來(lái)設(shè)置優(yōu)先級(jí)。使用那些技術(shù)的數(shù)據(jù)流趨向于盡力而為的傳送。因此，當(dāng)QoS被加入到住宅網(wǎng)關(guān)，來(lái)自住宅網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)流可以被分優(yōu)先級(jí)。

同樣，符合QoS規(guī)范的網(wǎng)絡(luò)用戶設(shè)備可以使用分優(yōu)先級(jí)的媒體接入，不符合的設(shè)備將繼續(xù)使用盡力而為的優(yōu)先級(jí)。這樣一來(lái)，對(duì)于家庭網(wǎng)絡(luò)中既有支持QoS的設(shè)備又有不支持QoS的設(shè)備的情況，可以通過(guò)在共享接口上設(shè)置優(yōu)先級(jí)來(lái)實(shí)現(xiàn)QoS，并只在住宅網(wǎng)關(guān)的交換式以太網(wǎng)接口上發(fā)送適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)流。

疊加于傳統(tǒng)Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)的分優(yōu)先級(jí)QoS系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)例是基于IEEE 802.11e草案EDCA部分的WiFi Wireless Multimedia Enhancements(無(wú)線多媒體增強(qiáng),WME)。對(duì)于高優(yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù)流，WME縮短接入?yún)?shù)以便數(shù)據(jù)包在傳統(tǒng)設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)流之前發(fā)送，WME還能增長(zhǎng)接入?yún)?shù)，以允許具有比傳統(tǒng)數(shù)據(jù)流優(yōu)先級(jí)低的背景類數(shù)據(jù)流(background class of traffic)。

然而，參數(shù)化的媒體接入不能疊加在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)上，因?yàn)閭鹘y(tǒng)設(shè)備不能防止在中央控制器分配給符合QoS規(guī)范的(新的)設(shè)備的時(shí)間內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)設(shè)備不能在共享網(wǎng)絡(luò)上對(duì)參數(shù)、預(yù)留位和帶寬管理器操作。

排隊(duì)和包轉(zhuǎn)發(fā)

在如住宅網(wǎng)關(guān)這樣的具有多個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口的任何設(shè)備中，需要一種機(jī)制來(lái)對(duì)從多個(gè)端口接收到并將通過(guò)單個(gè)接口再發(fā)送的包進(jìn)行控制。這種控制過(guò)程稱為轉(zhuǎn)發(fā)優(yōu)先級(jí)或者排隊(duì)。

有幾種途徑來(lái)實(shí)現(xiàn)基于優(yōu)先級(jí)的包轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制。如果接收數(shù)據(jù)包的接口包含一個(gè)第二層(L2)或第三層(L3)的優(yōu)先機(jī)制，并且如果在不同接口上的優(yōu)先級(jí)具有全局相關(guān)性(global relevance)，那么這些數(shù)據(jù)包可能僅僅根據(jù)它們的相對(duì)優(yōu)先級(jí)進(jìn)行排隊(duì)發(fā)送。

L3機(jī)制需要將包進(jìn)行標(biāo)注/標(biāo)記(marked/labeled)，標(biāo)記必須映射到L2機(jī)制以提高在共享媒體上的優(yōu)先級(jí)。如果L2和L3上的不同標(biāo)記被映射，可以根據(jù)L2或L3上的標(biāo)志(indicator)來(lái)進(jìn)行排隊(duì)決策。

802.1p的再生特性提供了檢查包內(nèi)容以及標(biāo)記包在下一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器上的優(yōu)先級(jí)的能力。然而，即使住宅網(wǎng)關(guān)接收的數(shù)據(jù)包內(nèi)容被檢查以確定它是否是高優(yōu)先級(jí)，對(duì)于在WAN(DSL或有線modem)傳輸或返回到LAN的數(shù)據(jù)包進(jìn)行標(biāo)記處理并沒(méi)有多大的價(jià)值，因?yàn)樽≌W(wǎng)關(guān)僅僅必須做出一個(gè)關(guān)于將其放入哪個(gè)隊(duì)列的內(nèi)部決策。

如果接收器接口基于參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)QoS機(jī)制，排隊(duì)決策或許可以基于延時(shí)或抖動(dòng)參數(shù)來(lái)進(jìn)行流規(guī)劃。然而，如果數(shù)據(jù)包的長(zhǎng)度可能意味將接收一個(gè)潛在低延時(shí)的數(shù)據(jù)包，并必須在一個(gè)特定的發(fā)送機(jī)會(huì)發(fā)送的話，根據(jù)包的長(zhǎng)度來(lái)決定一個(gè)包是否應(yīng)該傳輸將可能問(wèn)題重重。

由于QoS優(yōu)先級(jí)包轉(zhuǎn)發(fā)方法完全存在于住宅網(wǎng)關(guān)內(nèi)，可以被看成對(duì)現(xiàn)有的包處理性能的一個(gè)很小的提升，通過(guò)軟件升級(jí)，這種新的QoS功能特性相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)。幸運(yùn)的是，這種方法還可以處理所有連接到接口上的傳統(tǒng)設(shè)備，因?yàn)镼oS包轉(zhuǎn)發(fā)在住宅網(wǎng)關(guān)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)的。

QoS特性管理

上面我們討論了在家庭網(wǎng)絡(luò)中和住宅網(wǎng)關(guān)內(nèi)分優(yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù)是如何移動(dòng)的。但是，主機(jī)和應(yīng)用如何確定什么數(shù)據(jù)應(yīng)該具有優(yōu)先權(quán)？QoS特性管理功能通過(guò)執(zhí)行下面兩個(gè)主要功能可以回答這個(gè)問(wèn)題：

1. 設(shè)置基本的網(wǎng)絡(luò)策略決定哪個(gè)應(yīng)用得到哪個(gè)高優(yōu)先級(jí)；
2. 在家庭網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間溝通應(yīng)用信息和分配的QoS優(yōu)先級(jí)。

家庭網(wǎng)絡(luò)用戶保留對(duì)哪些應(yīng)用應(yīng)該獲得比其他應(yīng)用更高優(yōu)先級(jí)的決策權(quán)。例如，用戶可能希望流媒體獲得比網(wǎng)絡(luò)游戲更高的優(yōu)先權(quán)。如果住宅網(wǎng)關(guān)由服務(wù)提供商提供，提供商可能建議默認(rèn)優(yōu)先級(jí)或者通過(guò)住宅網(wǎng)關(guān)提供優(yōu)先級(jí)管理。默認(rèn)優(yōu)先級(jí)在運(yùn)營(yíng)商服務(wù)區(qū)域內(nèi)可能都是一致的，或者根據(jù)每個(gè)家庭進(jìn)行定制，以解決對(duì)于某個(gè)家庭的不同服務(wù)的差異。

優(yōu)先級(jí)策略可能采用標(biāo)準(zhǔn)的信息，例如服務(wù)或者應(yīng)用名稱。除了基于應(yīng)用或服務(wù)的優(yōu)先級(jí)定義，基于每個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備或者目的設(shè)備的更精細(xì)的控制也可能是值得期待的。

圖2：有線QoS的組成單元 示例(摘自ITU-T J.190)。

一旦優(yōu)先級(jí)分配的策略確定后，這個(gè)策略必須為家庭網(wǎng)絡(luò)上的所有符合QoS規(guī)范的設(shè)備共享。這樣一來(lái)，QoS特性管理的第二個(gè)功能就是提供管理頭端或QoS策略擁有者與住宅網(wǎng)關(guān)，并進(jìn)一步與主機(jī)對(duì)期望的QoS特性進(jìn)行溝通。

除了住宅網(wǎng)關(guān)上已有的管理接口，必須有一個(gè)允許運(yùn)營(yíng)商管理和修改默認(rèn)QoS的管理接口庫(kù)(MIB)。住宅網(wǎng)關(guān)也必須被告知不同主機(jī)上應(yīng)用的存在。然后，QoS特性管理的媒體接入特性被住宅網(wǎng)關(guān)通過(guò)一個(gè)指定的消息和協(xié)議傳遞到主機(jī)，這告知主機(jī)在其上運(yùn)行的應(yīng)用應(yīng)該用哪個(gè)優(yōu)先級(jí)。

在傳統(tǒng)PC上，分優(yōu)先級(jí)的媒體接入可以利用已有的API由附加的軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。某些操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)堆棧允許應(yīng)用發(fā)送優(yōu)先級(jí)或參數(shù)信號(hào)。例如，Windows最新版本包括了GQoS API，在這里應(yīng)用可以通過(guò)Winsock2網(wǎng)絡(luò)堆棧請(qǐng)求802.1p優(yōu)先級(jí)或RSVP參數(shù)。其它的平臺(tái)，例如使用vconfig的skb優(yōu)先級(jí)的Linux內(nèi)核2.4.14以及以上版本，具有能實(shí)現(xiàn)QoS的網(wǎng)絡(luò)堆棧。利用那些實(shí)現(xiàn)了QoS的接口的兩個(gè)QoS特性管理系統(tǒng)是CableHome和UPnP QoS，將在下面介紹。

基于優(yōu)先級(jí)的QoS系統(tǒng)的應(yīng)用

在家庭網(wǎng)絡(luò)上的媒體接入和包排隊(duì)上考慮了以上問(wèn)題的情況下，CableHome QoS架構(gòu)規(guī)定了一個(gè)基于優(yōu)先級(jí)的范例。這與基于參數(shù)的范例形成了鮮明的對(duì)比，基于參數(shù)的范例一般用作有線寬帶接入網(wǎng)絡(luò)的QoS。因此，這種CableHome QoS架構(gòu)的領(lǐng)域?qū)Ｗ⒂谠诩彝?nèi)住宅網(wǎng)關(guān)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間提供QoS?？偟木W(wǎng)絡(luò)目標(biāo)變成：實(shí)現(xiàn)家庭網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用以建立在CableHome主機(jī)和CableHome住宅網(wǎng)關(guān)之間使用一致消息的分優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)傳輸。

為獲得這個(gè)目標(biāo)，建立三個(gè)主要的設(shè)計(jì)指導(dǎo)方針來(lái)解決本文開(kāi)始提出的三個(gè)設(shè)計(jì)考慮問(wèn)題：

1. QoS媒體接入：CableHome QoS定義了針對(duì)CableHome住宅網(wǎng)關(guān)和CableHome主機(jī)在共享媒體上采用優(yōu)先級(jí)控制傳輸接入的機(jī)制。該機(jī)制提供了在家庭網(wǎng)絡(luò)中到不同設(shè)備和應(yīng)用的分優(yōu)先級(jí)的媒體接入。
2. QoS轉(zhuǎn)發(fā)：CableHome住宅網(wǎng)關(guān)支持一種排隊(duì)機(jī)制，該機(jī)制對(duì)從多個(gè)接口接收到的數(shù)據(jù)包以及將通過(guò)每個(gè)接口再發(fā)送的數(shù)據(jù)包進(jìn)行分優(yōu)先級(jí)。
3. QoS特性管理：CableHome QoS規(guī)定了在家庭網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的CableHome主機(jī)和CableHome住宅網(wǎng)關(guān)之間進(jìn)行QoS特性(優(yōu)先級(jí)設(shè)置)通信一種信號(hào)發(fā)送和管理機(jī)制。這種機(jī)制在CableHome住宅網(wǎng)關(guān)內(nèi)匯集并管理。

采用一種邏輯架構(gòu)而不是面向設(shè)備的架構(gòu)來(lái)定義對(duì)符合QoS規(guī)范的設(shè)備的要求。CableHome QoS架構(gòu)顯示在圖2中，由下面的實(shí)體組成：

包含CableHome QoS影響范圍的Q域。頭端設(shè)備管理CableHome QoS功能，但不在Q域內(nèi)；

CableHome住宅網(wǎng)關(guān)(CRG)包含入口服務(wù)(portal services，PS)邏輯單元；

CableHome host(CH)包含邊界點(diǎn)(BP)邏輯單元；

CableHome QoS入口子單元(CQP)；

CableHome QoS邊界點(diǎn)子單元(QBP)。

CQP用作符合QoS規(guī)范的應(yīng)用的匯集器，其主要功能是在家庭網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)基于優(yōu)先級(jí)的QoS，它執(zhí)行基于優(yōu)先級(jí)的排隊(duì)/轉(zhuǎn)發(fā)以及產(chǎn)生自PS的數(shù)據(jù)流的媒體接入，它還負(fù)責(zé)到家庭中不同設(shè)備的QoS參數(shù)通信。在UPnP QoS架構(gòu)中，這個(gè)功能稱為QoS管理器服務(wù)。

QBP子單元執(zhí)行產(chǎn)生于BP的流的基于優(yōu)先級(jí)的媒體接入，它還負(fù)責(zé)對(duì)來(lái)自PS的QoS參數(shù)信息接收。在UPnP QoS架構(gòu)中，這個(gè)功能被稱為QoS設(shè)備服務(wù)(QoS device service)。這些單元利用在ITU-T J.190和J.192 IPCable2Home或CableLab的CableHome架構(gòu)中的以下功能來(lái)提供QoS：

PS轉(zhuǎn)發(fā)：在CQP中的分優(yōu)先級(jí)的排隊(duì)和包轉(zhuǎn)發(fā)功能。

PS媒體接入：在CQP中的分優(yōu)先級(jí)共享媒體接入功能。

QoS管理服務(wù)器：該CQP功能負(fù)責(zé)為家庭網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部不同設(shè)備和應(yīng)用的QoS優(yōu)先級(jí)參數(shù)儲(chǔ)存，還負(fù)責(zé)到這些設(shè)備和應(yīng)用的這些參數(shù)通信。

BP媒體接入：QBP中的分優(yōu)先級(jí)共享媒體接入功能。

QoS管理客戶：該QBP功能在QoS管理服務(wù)器的支持下，確定某個(gè)特定應(yīng)用/設(shè)備需要使用的QoS參數(shù)。

在CableHome QoS環(huán)境中，應(yīng)用或者與BP相關(guān)的端點(diǎn)在使用UpnP中的協(xié)議的發(fā)現(xiàn)階段被QBP到CQP識(shí)別和通信。那些應(yīng)用的分優(yōu)先級(jí)處理是通過(guò)咨詢運(yùn)營(yíng)商數(shù)據(jù)庫(kù)以及分配優(yōu)先級(jí)的用戶來(lái)決定的。在UPnP QoS架構(gòu)中，這個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)被稱為QoS策略擁有者服務(wù)(policy holder service)。那些針對(duì)應(yīng)用的優(yōu)先級(jí)始終用在由BP產(chǎn)生的IP數(shù)據(jù)包，通過(guò)整個(gè)家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)中的PS。

標(biāo)準(zhǔn)化的消息很少在QBP和CQP之間就優(yōu)先級(jí)分配信息進(jìn)行通信。BP使用像WME這樣的本地L2分優(yōu)先級(jí)媒體接入機(jī)制在共享媒體網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送包。CQP實(shí)現(xiàn)對(duì)通過(guò)其接口的包的分優(yōu)先級(jí)排隊(duì)機(jī)制。那些標(biāo)準(zhǔn)化的消息可以通過(guò)利用UPnP QoS架構(gòu)來(lái)增強(qiáng)。UPnP QoS允許那些支持QoS的消費(fèi)電子設(shè)備相互發(fā)現(xiàn)對(duì)方，然后使用通常駐留在住宅網(wǎng)關(guān)中的QoS策略保持者服務(wù)，在整個(gè)家庭網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用中統(tǒng)一分配優(yōu)先級(jí)。

本文總結(jié)：

基于優(yōu)先級(jí)的媒體接入和包轉(zhuǎn)發(fā)方法推薦給那些期望QoS的家庭網(wǎng)絡(luò)。這個(gè)建議是基于在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備存在的情況下，在不同家庭網(wǎng)絡(luò)技術(shù)上管理帶寬的可行性。家庭QoS和接入系統(tǒng)QoS的補(bǔ)充將提供一個(gè)能提供高質(zhì)量、產(chǎn)生利潤(rùn)的業(yè)務(wù)的低成本方法，這種方法不需要替換現(xiàn)有的家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

作者：Stephen Palm Broadcom公司