基于效用的EPON VoD QoS组播实现机制研究-.doc

基于效用的EPON VoD QoS组播实现机制研究( 摘 要: 服务质量无法保证和低效益是IP网络上开展VoD业务面临的主要问题。基于组播业务的网络优先级、用户群的SLA优先级和经济优先级，提出了一个基于效用的EPON VoD组播QoS优先级（效用优先级）算法。在网络拥塞的时候，基于该效用优先级来动态调整组播组的资源分配，不但节省了带宽需求和降低包丢失率，而且可通过将网络资源汇聚到高价值的业务上，提高带宽的效益。通过对变长和无序EPON Ethernet下行帧进行基于效用的定长和有序列改进，可减少VoD业务流的包时延抖动。仿真实验结果很好验证了本机制的优点。 引言 VoD（Video on Demand）业务需要占用大量的网络带宽且具有严格的QoS（Quality of Service）要求，具有个性和群体性双重属性，适合使用组播传输。EPON[1,2]（Ethernet Passive Optical Network）能够提供1个Gb/s（未来可以达到2.5 Gb/s和 10Gb/s）的上下行带宽，其P2MP（Point-to-Multiple Point）的无源树形拓扑非常适合于广播和组播业务的开展；采用与IP（Internet Protocol）兼容的以太帧结构，可以和广域网无缝连接；采用集中的下行以太广播和上行TDMA（Time Division Multiple Address）MAC（Media Access Control）协议，中间不需要路由，可保证较小的包传输时延[3]。EPON的这些优点为VoD业务的开展提供了便利，但也显示存在一些缺点[4,5]：1）由于所有的ONU（Optical Network Unit）共享物理媒质，当分路比较高时，带宽提供能力有限；2）当网络接入率和多媒体成份增加时，网络拥塞和包丢失率显著增加；3）由于采用变长的下行以太帧（64-1518Byte）和无序的帧结构，在突发的业务量环境，具有较大的时延抖动；4）支持的优先级机制，如DiffServ（Differentiated Service）和802.1Q等，容易产生所谓的“低效益”问题，即大量低价值的业务流占据大量的带宽[6-9]。VoD是增值业务，除了要强调业务的网络优先级保证外，还要兼顾用户的SLA（Service Level Agreement）和业务的经济优先级保证。文献[10,11]提出了基于拍卖的网络资源调度机制，文献[12,13]提出基于网络、政策和市场属性的网络业务定价机制，文献[14,15]提出了基于用户的SLA的EPON的QoS实现机制，但目前还没有发现关于组播组群体SLA优先级定义以及基于它的QoS实现机制的研究成果。 基于组播用户的SLA优先级、组播业务的网络优先级和经济优先级，借鉴经济理论，本文提出了一个基于效用的VoD组播业务QoS优先级（效用优先级）算法，在拥塞时，源调度模块基于效用优先级动态调整编码压缩率和进行基于效用的资源调度，不但节省了网络带宽需求，减少了网络拥塞和丢包率，提高了VoD组播业务的QoS保证能力，而且通过将带宽汇聚到高价值的组播业务上，提高了网络资源的运营效益，解决了“低效益”问题。对EPON变长和无序的下行以太帧进行了有序和定长的改进：1）采用定长以太下行帧；2）在一个下行帧中，从前到后按照组播业务的效用优先级降序排列组播业务包，Internet排在组播业务的后面，仍然采用无序和变长的结构；3）不同帧中，同组播业务的数据包的大小保持相同。通过这些改进，在突发Ethernet业务流环境下降低了包的时延抖动，解决了EPON MAC机制固有的时延抖动过大问题。 本文剩下的部分组织如下：第二部分论述基于效用的EPON VoD组播QoS实现机制；第三部分介绍仿真实验和讨论；最后给出我们的结论。 基于效用的EPON VoD QoS组播实现机制 本文提出了一个基于效用的EPON VoD QoS组播实现机制，如图1： 图1 基于效用的EPON VoD QoS组播实现构架 本机制分为四个模块：1）动态组播业务应用定义；2）基于效用的业务类定义；3）低丢包率动态资源调度；4）低时延抖动执行结构。 动态组播业务应用定义 EPON中的数据设备属于第二层，数据传输不通过路由器。二层组播协议有GMRP（Group Multicast Registration Protocol）和IGMP（Internet Group. Management Protocol） Snooping。GMPR是一个纯粹二层协议，其工作范围涉及到二层交换机与主机，当一台主机申请加入和离开一个组播组，它向交换机发送一个以MAC地址“01-80-C2-00-00-20”为目的地址的GMRP包，交换机据此在自己内部建立和维护一个基于MA