从三大会议看IPQoS研究的发展趋势(1)

TechnicalReport,Jan.2005从三大会议看IPQoS研究的发展前景从三大会议看IPQoS研究的发展趋势余一娇1,2(1华中师范大学语言学系，武汉，430079)(2华中科技大学计算机学院武汉430074)E-mail:[e-mail]摘要在IP网络中如何确保服务质量(QoS)曾经是计算机网络通信领域的热点问题，许多算法和解决方案被陆续提出，然而实际中能够应用的却极少。SIGCOMM2003曾专设一个讨论会(Workshop)就是否应继续研究服务质量进行探导，并就它未来的发展方向提出了一些建议。本文根据SIGCOMM、INFOCOM、GLOBECOM三个计算机网络领域最有影响的国际会议在2003、2004年中发表的论文信息，分析国际学术界和工业界对IPQoS研究的态度。文中最后指出：第一、实用性强的IPQoS研究将是长期的研究主题、而过于复杂的算法研究意义不是很大，第二、未来三年中研究动态拓扑结构网络环境中的QoS问题将成为QoS研究的新热点。关键词IPQoS,SIGCOMM,INFOCOM,GLOBECOM1、前言过去十年是因特网高速发展，从实验室走向广泛应用的十年，人们对因特网提供的通信服务期望在此期间也发生剧烈的变化。九十年代中期，只要能够连到网上，从网中访问一些简单的文本信息用户就十分满足。而如今拨号上网所支持的最大网络带宽完全不能满足用户利用网络观看视频的需要。另外，网络流媒体服务具有实时性需求，它不仅仅是简单的要求高带宽，还需要网络服务质量是稳定的。如今的计算机网络使用的TCP/IP协议是在1981年提出，当时的研究者不可能、也不敢想象短短的二十年后他们缔造的互联网竟会取得如此巨大的成功。在TCP/IP发展之初，实现不同网络的无缝互连是首要任务，因此现行TCP/IP协议基本上没考虑服务质量需求。IP网络中如何确保服务质量的研究自上个世纪九十年代中期以来在工业界和学术界广泛展开。无论是国际学术期刊、还是国际上最有影响的学术会议都发表了大量的关于IPQoS的论文。这些论文在不同网络协议层讨论了QoS确保机制，如有的论文在IP层讨论带QoS约束的路由算法、拥塞控制算法；有的论文在TCP层讨论窗口的慢启动机制；有的在应用层讨论保证服务质量的WEB服务等。即使是同层中的算法设计采用的数学方法也大有差异，有些采用遗传算法、有些用组合数学或者控制论等。但这些关于QoS的论文存在一个共同趋势就是数学方法越来越复杂。过于复杂的算法导致了工业界研发人员的疑问，他们甚至提出：如此复杂的控制机制对实际网络设备开发到底有什么帮助？2003年SIGCOMM专设了IPQoS讨论会。会上来自英国剑桥大学等地的学者对如今的IPQoS研究提出了质疑，个别学者甚至发出了严厉的批评，认为过于复杂IPQoS研究不过是学术界的一场数字游戏而已。来自科研管理部门的信息也表明对IPQoS的研究将降温，美国国家自然科学基金可能不再或者将极少支持该类项目研究。从事IPQoS研究的学者们面临着实际的问题：我们是否还应该坚持IPQoS研究？我们应该怎样研究？本文通过报告SIGCOMM,INFOCOM,GLOBECOM三个会议2003、2004年两年间发表的相关论文，来回答以上两个问题。本文结构安排如下：第二部分介绍SIGCOMM2003中对IPQoS的讨论过程和结论；第三部分介绍INFOCOM2003,2004年发表的与QoS相关的论文；第四部分介绍GLOBECOM2003,2004年发表QoS类的论文信息；最后文中提出自己的看法和结论。2、SIGCOMM2003中关于IPQoS是否值得研究的讨论2．1RIPQOS讨论会1TechnicalReport,Jan.2005从三大会议看IPQoS研究的发展前景SIGCOMM2003设置了多个专题讨论会,其中有个为期一天的讨论会是从学术研究和工业界两个不同视角来评价IPQoS的研究历程和探导未来的发展方向。该讨论会的名称为：WorkshoponRevisitingIPQoS:Whydowecare,whathavewelearned?(RIPQOS)。本次讨论会的会议征文信息如下：“过去的十年中，因特网工程和研究人员一直在争论、设计或者忽略IP网络服务质量的工具和技术。大家在网络实践中的一个直觉是：有些IPQoS技术可能是必要的，但却一直没有就为什么、以及谁将为保证服务质量付费的问题达成一致协议。研究如何在IP网络中保证服务质量有时甚至被认为是一种浪费时间的行为，因为几乎每一种提出的方案最终都没得到真正的实现和应用。鉴于此，SIGCOMM2003决定举行一次关于因特网服务质量研究的讨论会，该讨论会将互联网技术的研究者和工程人员提供一个难得的交流机会。希望通过该会，大家能明确IPQoS研究的历史、发展，特别是评价或展望我们应在哪些方面做得更好，或者未来是否应开辟新的IPQoS研究焦点。”[1]本次讨论会于2003年8月27日在德国Karlsruhe举行，主持人是来自澳大利亚SwinburneUniversityofTechnology的GrenvilleArmitage博士。讨论会开完之后GrenvilleArmitage博士在ComputerCommunicationReview上发表了一篇关于本次讨论会的介绍和总结性的论文RevisitingIPQoS:whydowecare,whathavewelearned?ACMSIGCOMM2003RIPQOSworkshopreport[2]，该文主要是介绍讨论会的举行过程以及各位报告者的观点。GrenvilleArmitage博士自1994年获得博士学位以来，在因特网服务质量学术研究和工程技术领域中都取得了很大成就。他在通信领域最有影响的国际学术期刊IEEEJournalofSelectedAreasinCommunications,IEEENetwork,IEEECommunications,IEEEInternetComputing上发表了多篇学术论文。另外他还是RFC2022,RFC2121,RFC2191,RFC2226,RFC2269,RFC2334,RFC2492,RFC2491,RFC2764,RFC3248十个RFC的制订者[3]。由于对已有的关于IP网络服务质量类的书籍不太满意，他在2000年独著出版了一本名为《QualityofServiceinIPNetworks》的专著。由于他既涉及科学研究，又考虑到了工程界的实际需求，因此他的一些看法无论是对学术研究者还是工程研究人员都有较大指导意义。讨论会上主持人提出了四个很具体且尖锐的问题让讨论者思考。这四个问题如下：第一、IPQoS研究似乎永远也研究不完，是不是它仅仅是学术界一场巨大的研究游戏？第二、尽管我们对网络的服务质量十分重视，然而现在的因特网应用对服务质量却并不十分在意，甚至即使是确实提高了服务质量而用户却感觉不到。因此，到底提供互联网服务质量所需投资从哪里来？第三、未来因特网上的多人实时游戏难道真的需要很好的服务质量，它将成为刺激服务质量研究的应用的主要动力吗？第四、难道简单的增加网络带宽不是最有效的保证服务质量的方法吗？[1]本次讨论会上的所有报告的讲义都可以在因特网上自由下载。本次讨论会上得出的最关键的结论是：服务质量的研究并没有被判死刑，但是无论是来自学术界还是工业界专家的一致看法是：我们的研究应集中在服务质量技术的实际开发和应用领域，而不是再作纯粹的数字游戏。2．2RIPQOS讨论会的主要观点2.2.1JonCrowcroft教授的观点来自英国剑桥大学计算机实验室的JonCrowcroft教授在研讨会上第一个发言，他的报告题目是RIPQoS:QoSatthebottom,ornotatall[4]。JonCrowcroft教授尽管年龄不大（1993年才在UniversityCollegeLondum(UCL)获得博士学位），但却是国际计算机网络通信领域的著名学者。他是ACMFellow,IEEEFellow,IEEFellow,英国皇家工程院院士，UCL大学教授[5]。JonCrowcroft教授在报告中首先提出目前使用的网络已经提供了一定程度的服务质量。而本次讨论会上所涉及的网络服务质量应定义为：在一个共享基础通信设备和信道的网络上提供的区分服务质量的多种服务能力。文献[4]中很强调接入网速度与核心通信网带宽之间的比例关系对网络服务质量的影响。报告中强调近三十年来接入网速率和主干通信网络带宽的比例关系在很大、很小以及中等的发生周期性变化，该变化导致通信网络中拥塞程度也不断变化，而拥塞是导致网络服务质2TechnicalReport,Jan.2005从三大会议看IPQoS研究的发展前景量下降的最主要原因。他建议网络服务质量研究者一定要注意过去三十年中接入网带宽与主干网带宽发展速度不匹配的周期性现象，将来应追求二者的和谐发展。其实这个问题AndrewS.Tanenbaum教授（荷兰Vrije大学教授，ACMFellow和IEEEFellow）在其专著ComputerNetworks第三版中就已经谈到，并且举例计算了二者的差异和不匹配。我阅读了该书多次，但当时却未曾到这种不匹配将对网络服务质量带来重要影响进行深入思考。JonCrowcroft教授在报告中用了大约三分之一的篇幅来强调不匹配的后果。JonCrowcroft教授的另一个观点是关于服务质量的研究，必须得先了解不同参与者的立场和观点，这些参与者包括计算者、通信者、服务的操作者、用户等。JonCrowcroft教授最后总结报告的基本观点如下：第一、我们需要IP层以下的服务质量，并且它的实现方法必须十分简单，甚至简单到只要一位就能区分的两种服务质量。其实如果底层不能保证服务质量，在IP层之上一层又一层的研究服务质量保证机制根本就不能真正提高服务质量。第二、最底层的服务质量机制还必须能极低成本来实现和开发，否则没有人愿意投入实现新技术。第三、在计算机网络协议的高层进行“服务质量体系”研究其实没有必要，而如今却有很多论文在做这方面的工作。第四、我们需要核心通信网络中的服务质量机制。因为目前终端用户的接入带宽越来越高，导致核心网络发生拥塞的可能性正在不断增大（尽管目前的文献都反对该观点），因此未来在核心光纤通信网中采用底层的服务质量控制机制可能会成为必要[4]。总之，未来的网络服务质量控制机制应该从底层向高层研究，而不是如今的IP/TCP层研究居多，而底层却很少的状况。2．2．2GregoryBell的观点GregoryBell是美国LawrenceBerkeley国家实验室的一个网络工程师，他在本次讨论会上做了FailuretoThrive:QoSandtheCultureofOperationalNetworking的报告。他首先指出自己既不是网络研究者，也不是个网络协议的设计者，但在IP组播网络方面有较多的工作经验。该报告的主要动机是解释为什么不开发关于网络服务质量相关的技术，并且指出研究IP网络的服务质量在将来也不能取得成功。他认为尽管目前已经有许多关于IPQoS应用的研究，如：网络视频会议、网络实时游戏等，但至今为止并没有一个取得实质性的成功。他认为关于IP网络研究失败的主要原因是网络协议的设计者和网络的实际操作者之间存在着巨大的代沟。GregoryBell站在一个网络操作者的立场上来看，网络操作人员在本能上是支持一种简单易用的网络技术，而关于服务质量的研究恰好与此相反，因此过于复杂的IPQoS技术很难得到网络实际操作人员的支持。他特地提出了文化对IPQoS技术的影响，他认为一种新的网络技术能否得到显现，其实不仅仅是一个纯技术的问题，而是涉及到经济、历史和各个组织的影响等多方面的原因。然而对确定IPQoS技术能否真正可行的因素如今的技术研究者几乎没有考虑。另外过于复杂的IPQoS技术在实际的运行过程中，往往并不如它们的发明者或者支持者所声称的那样健壮。一般而言，越复杂的技术越容易出错，