Qos策略的气象网络优化应用

摘要：通过Qos策略的应用，根据不同业务需求度对现有业务流量进行分型分组，实现差分服务，保障关键气象业务数据传输的优先级、有效管理带宽资源和提升气象数据通信的稳定性。

关键词：Qos、差分服务

引言

近年来，气象事业得到了长足的发展，业务范围不断拓展，业务质量不断提高。随之而来的也是社会公众以及地方党委政府对气象部门更高的期待及要求。气象信息网络技术是气象各项业务的载体，也是气象事业高质量发展的重要组成部分。要提高气象防灾减灾救灾和服务经济社会发展能力，做到“精密监测、精准预报、精细服务”，发展智能高效的气象信息化网络必不可少。网络基本功能运行正常，但在各项业务流量的优先级，流量监管与流量整形等方面都存在缺陷，没有对整体网络的吞吐量进行扩展，没有对网络的时延、丢包率、抖动等进行优化，一旦出现流量拥挤，无法确保核心业务的正常运行。因此在有限的带宽资源下，如何为各种新型气象业务提供服务质量（quality of service，Qos）保障，构建更加稳定、高效的网络环境是亟需解决的问题。

1、传统的网络服务

传统的Best-Effort是一种尽力而为的服务，基于FIFO队列实现，资源利用率高，适用于大规模网络，简单易部署，但无法提供服务质量保障，适用于FTP、E-Mail等业务场景，但无法满足气象信息网络对于及时性、稳定性的要求。

 2、 Intserv模型策略

IntServ模型是一种综合服务模型，使用RSVP协议进行资源预留，能够提供保证服务和负载控制服务，但资源预留会导致资源浪费，部署复杂，需要端到端设备支持RSVP协议，成本高，需要额外的硬件和软件支持，适用于需要严格服务质量保障的应用，如VoIP、视频会议等。

 IntServ模型的基本思想是“所有的业务流相关状态信息是在端系统上”。它所使用的资源预留协议是一种信令协议。工作时，发送端给接收端发送一个PATH信息，以指定通信的特性。沿途的每个中间路由器把PATH信息转发给由路由协议决定的下一个节点。当收到一个PATH信息时，接收端做出的反应是用一个RESV信息为该业务流请求资源，包括带宽、时延等。沿途的每个中间路由器可以拒绝或接受RESV信息请求。如果请求不符合要求(合同)，路由器将发送一个差错信息给接收端，并且中断信令的处理过程，如果请求被接受，就按照事先的约定，为该流分配链路带宽和缓冲区空间，并且把相关的业务流状态信息装入路由器中。网络在传送过程中为每一个流(fow，由两端的IP地址、端口号、协议号决定)维护状态。同时，基于这个状态执行报文的分类、流量监管、排队调度等。用户通过IntSeV/RSVP协议向网络请求满足特殊服务质量要求的缓存和带宽;中间节点利用RSVP信令在数据传输通路上建立起资源预留并维护该通路，以实现相应的服务质量。

3、DiffServ模型策略

DiffServ模型是一种区分服务模型，通过报文优先级标记提供服务，采用流量分类与标记、拥塞管理与避免等技术，相对容易部署，不需要通知网络为每个业务预留资源，能较好的合理分配资源，提高资源利用率，具有良好的可扩展性，适合部署在大型网络。

DiffServ起源于IntSer，但相对简单、粗划分的控制系统。它取代了IP服务类型(TOS)字段改名为DS，并用它承载IP包服务所要求的信息，是严格意义上的三层技术，不涉及低层的传输技术。区分业务主要通过两个机制来完成不同Q0S业务要求的分类: DS标记和一个包转发处理库的集合--PHB(Per-Hop-Behavior每跳行为)。通过对一个包DS字段的不同标记，以及基于DS字段的处理，就能够产生一些不同的服务级别。IP包头中的区分服务标记字段是DS区域的边缘节点和核心节点之间传递流汇聚信息的媒介，是连接边界的传输分类和调节机制与内部PHB的桥梁。其中CU(CurrentlyUnused)未定义。如图1所示.

图1 DC字段

4、Intserv和Diffserv优势互补的QoS策略

Intserv模型中的RSVP可为数据流提供良好带宽保证，而DiffServ则不需要信令，在发送报文前，不需要通知路由器，网络也不必为每个流维护状态，它只根据报文中规定的Q0S来提供特定的服务。并且，它不像IntSer那样对每个流都进行QoS控制，而是对流聚合后的每一类进行QoS控制，它只是对数据流简单加标记进行优先级分类。从对路由器的要求来说，RSVP比DiffServ更复杂，因此RSVP不适用于骨干网路由器。

DiffServ和Intser相结合为WAN提供全局的分级服务方案。用户端主机使用RSVP的粗粒度请求(带宽、抖动门限等)，在骨干网入口的带宽代理路由器可以将RSVP“预约”映射为用DS位指示的服务分类;在骨干网上采用DifSer对包头中规定的Q0S进行资源分配:在骨干网的输出端，RSVP再次被利用，直至终点。从而最终实现了在输入端以客户为基础进行流量调节，以确保服务水平。

在WAN中使用的是区分型业务模型，而LAN用的是IntSen和DifSer模型的混合形式。在实现IntServ和DiffServ的互通中，需要解决RSVP在DiffServ域中如何处理，IntServ支持的业务与DiffServ支持的PHB之间的映射这两个主要问题。IETF建议了两种互通方式来保证端到端的QoS。一种方法是将综合服务覆盖在DiffServ网上，RSVP信令完全透明地通过;另外一种方法是简单的并行Q处理，即DiffServ域参与RSVP的协议处理:DiffServ网中的每个节点可能也是具有RSVP功能的，采取一些策略决定哪些包用RSVP，哪些用DiffServ处理。

DiffSer支持的PHB有确保转发AF PHB和迅速转发EF PHB，EF PHB表示任何数据流超过由本地策略确定的流量规划值时，将被丢弃;AF PHB 表示超过流量规划值的数据流不会按照未超过规划值时那么高的概率传送，这意味着它可能降级，但是不会被丢弃。

IntServ和DiffServ能为用户提供统一服务。它们之间的转换关系是:IntServ中的确保服务要求严格的带宽和延迟保证，因此映射到 EF PHB 是最合适的选择。EF PHB 提供了最低的延迟和抖动，适合对时延敏感的应用，如语音和视频通信。IntServ中的可控负载服务虽然不像确保服务那样严格，但它仍然需要比尽力而为服务更好的性能，可映射为 DiffServ 的 AF PHB，能根据需求选择合适的级别，从而满足不同应用的性能需求。

5、气象业务中的Qos技术处理流程

     在气象业务中，对于业务数据进行进行分型分组并标记。对于不同的分型分组情况应用对应的模型，实现差分服务，通过流量整形、流量监管、拥塞避免和拥塞管理对网络流量进行科学合理的分配，策略技术处理流程如图2所示。

                        图2 Qos策略技术处理流程

6、结束语

综上所述，为避免由于流量超过网络带宽而造成气象信息网络出现丢包和拥塞等问题。需要合理确定QoS技术参数，对Intserv与DiffSery模型进行综合性选择应用，充分发挥QoS技术的优势，为气象业务提供全方面、系统化的服务，确保用户重要数据的安全、高效传输，提高网络运行效率。

参考文献

[1] 张建栋.MPLS协议的QOS策略研究与应用[D].兰州大学[2025-01-06].DOI:CNKI:CDMD:2.2008.019025.

[2] 许玮王迎迎秦运龙杨维发李鑫.省级气象广域网网络优化的设计与应用[J].气象科技, 2016, 044(003):358-362.

作者简介：曾林（1981.05），男，侗族，湖南省邵阳市人，硕士学历，高级工程师，从事气象通信网络以及专业气象服务工作。