[发明专利]一种基于层间协作的家庭网络QoS保障方法

说明书

技术领域

本发明涉及家庭网络系统，特别涉及一种基于层间协作的家庭网络QoS保障方法和系统。

背景技术

随着宽带网络的普及和家居设备的数字化发展，人们对通信服务的需求已不再是简单的话音和单向的视频，而是更快速、更丰富、交互式的宽带多媒体业务。家庭网络的业务正在向着融合性、交互性、丰富性、个性化的方向发展。目前，家庭网络中以音视频为主要的业务，尤其是个性化的高清音视频业务(如高清IPTV、视频点播VOD、DVR等)，具有高带宽、较为严格的延迟及误码等服务质量(QoS)需求。因而，服务质量(QoS，Quality of Service)成为以交互性媒体业务为主的家庭网络研究中的关键问题。

现有的家庭网络QoS机制大体可以分为资源预留、优先级控制和参数化QoS几种。资源预留机制采用预先保留一部分网络资源的办法来保证对用户的服务质量，例如IEEE1394、Bluetooth、HomeRF。IEEE1394提供同步和异步两种信道类型，其中同步(isochronous)信道通过资源预留的机制来提供可保证的通信带宽。Bluetooth也定义了同步和异步两种类型的传输信道，其中同步信道用于语音数据的传输。HomeRF为语音和数据提供两种不同的介质访问协议，语音使用带宽可保证的TDMA/TDD协议，TDD保证了全双工通信，TDMA为每路话音连接提供每帧一次的访问接入保证数据使用带优先级的信道竞争协议(CSMA/CA)。资源预留机制主要缺点是，用户对资源的确切需求往往无法预先得知，导致对资源的预留不够精准，同时对资源需求的变化尚不能及时处理，这使得网络资源的利用率较低。

优先级控制为通信量提供不同的传送优先级来提供可区分的服务质量，典型的例子有HomePlug、IEEE802.1D、IEEE 802.11e(EDCF)等。HomePlug电力线联盟定义的HomePlug介质访问接口规范，也采用带优先级的CSMA/CA算法，支持4种优先级。在优先级解决周期(Priority Resolution Period)中，设备发送之前先通知优先级信号，发生竞争时仅允许最高优先级的设备继续发送。

HomePNA采用了ITU-T定义的G.989.1指定的家庭电话线网络收发器的规范DFPQ(Distributed Fair Priority Queuing)，它采用带8个优先级的竞争访问机制(CSMA/CD)访问共享信道，访问信道时采用了绝对的优先级，提供一定的QoS支持。

IEEE802.1工作组针对802系列网络定义了一系列基于优先级的QoS规范，主要包括IEEE802.1D/p/Q。IEEE802.1D(MAC Bridges)是一种具有优先级机制的用于桥接局域网的链路层协议标准，IEEE802.1p是IEEE802.1D标准的一部分，802.1p主要用于定义MAC层网桥的通信量类别和动态多播过滤器，它还定义了优先级控制机制，包括用户优先级访问优先级和通信量类别。802.1D所提供的QoS机制比较简单，虽然提供了关于局域网QoS的标准，但它仅仅依靠优先级来区分通信量，没有提供严格意义上的QoS特性；此外它没有准入控制机制，这导致网络比较容易出现拥塞。802.1Q主要用于定义虚拟桥接局域网(Virtual Bridged LANs)及其所提供的服务。RFC2814-SBM(Subnet Bandwidth Manager)定义了基于RSVP的IEEE802网络准入控制机制。另外RFC2815定义了Internet综合服务(Integrated Service)到IEEE802网络上的映射。

优先级方式的主要优点是结构简单、易于实现，缺点是无法严格控制高优先级通信量的带宽消耗及实现较为精确的资源分配。

参数化QoS采用一定的参数对通信量特征进行定量描述，可以提供更为细化的服务质量，但一般实现起来较为复杂。典型的例子有IEEE802.11e的HCF(HybridCoordinator Function，混杂协调功能)，可用于竞争周期和无竞争周期。混杂协调器(Hybrid Coordinator HC)采用轮询的方式分配传输时机(Transmission Opportunity，TXOP)，即一个站点有权发起通信会话的一段时间间隔，从而提供细化的QoS参数控制。