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ISO/IEC 29341-11-1:2008 — UPnP QoS架构 — 家庭网络服务质量基础
定义UPnP网络中QoS的总体框架、组件和交互机制
UPnP QoS架构概述
ISO/IEC 29341-11-1:2008定义了UPnP网络中服务质量的整体架构框架。它建立了一个三层QoS模型，包括QoS管理器、QoS设备服务和QoS策略持有者——三个功能实体通过定义明确的服务接口进行交互，在支持UPnP的家庭和小型办公网络中实现应用感知的流量优先级管理。
UPnP QoS架构是应用驱动而非网络驱动的：应用程序向QoS管理器发送其流量需求，然后QoS管理器与网络设备协调以预留适当的资源。这与此类传统网络中心型QoS模型形成对比，后者中网络基础设施做出所有优先级决策。
该架构设计为可运行在有线（以太网、HPNA、电力线）和无线（Wi-Fi）网络段的任意组合之上，通过统一的QoS设备服务接口抽象底层链路层技术。这种技术无关的设计使得能够跨异构家庭网络环境实现一致的QoS策略执行，考虑到现代住宅网络中设备和连接方法的多样性，这是一个关键需求。
| 架构组件 | 主要角色 | 定义标准 | 关键接口 |
|---|---|---|---|
| QoS管理器 | 编排QoS操作、处理应用请求、执行策略 | ISO/IEC 29341-11-11 | QoSManager:1 服务 |
| QoS设备服务 | 驻留在每个支持QoS的设备上；执行流量整形、标记和策略控制 | ISO/IEC 29341-11-10 | QoSDevice:1 服务 |
| QoS策略持有者 | 存储和管理网络的QoS策略规则 | ISO/IEC 29341-11-12 | QoSPolicyHolder:1 服务 |
| 控制点 | 发起QoS请求的应用程序或中间件 | 架构参考 | UPnP控制点 |
三组件架构遵循关注点分离原则：策略管理（策略持有者）、决策制定（QoS管理器）和执行（QoS设备服务）相互独立但可互操作，允许供应商根据设备能力实现不同的组合。
服务交互序列与流量流
QoS架构定义了三个主要交互序列：请求/接纳流、通知流和策略更新流。在请求/接纳流中，控制点（通常是媒体服务器或流媒体应用）向QoS管理器发送QoS请求，指定流量特征（带宽、延迟容忍度、抖动要求）和目标流量类别。然后，QoS管理器根据从策略持有者检索的当前策略和流量路径上QoS设备服务报告的可用网络资源来验证请求。
如果请求被接纳，QoS管理器指示相关的QoS设备服务配置流量调节参数——这些可能包括整形速率、优先级队列分配和DSCP标记值。然后，设备服务开始监控已接纳的流量流，生成可由QoS管理器查询的流量统计数据，用于持续的接纳控制决策。
工程设计见解
从架构实现角度考虑，以下几个设计因素至关重要：
- 路径发现：QoS管理器必须在接纳控制之前确定源设备和目标设备之间的完整网络路径。这需要每个中间网络元素（交换机、网桥、接入点）上的QoS设备服务报告其QoS能力和当前负载。
- 接纳控制粒度：架构支持逐流和聚合接纳控制。逐流控制提供更精细的QoS保证，但给QoS管理器带来更高的处理开销，而聚合控制对于大量低带宽流更具可扩展性。
- 错误恢复：当QoS设备服务发生故障或网络段拥塞时，QoS架构指定了一个优雅降级路径——已接纳的流量继续以尽力而为方式处理而非被丢弃，并且QoS管理器尝试为关键流量重新协商资源。
在有线和无线链路混合的多段网络中，QoS管理器必须考虑能力最弱的段。100 Mbps以太网段后接54 Mbps 802.11g无线链路意味着有效QoS预留受限于无线段的容量，无论有线段的余量如何。
技术抽象与互操作性
ISO/IEC 29341-11-1的一个关键架构成就是其对链路层QoS机制的抽象。QoS设备服务接口呈现一套统一的流量控制原语（分类、标记、整形、策略、排队），这些原语映射到不同的底层网络技术。在以太网段上，这些原语通过802.1p优先级标签和流量整形实现。在电力线段上，它们映射到IEEE 1901无竞争接入机制。在Wi-Fi上，它们利用IEEE 802.11e中定义的增强分布式信道接入（EDCA）参数集。
这种抽象层允许应用开发人员和网络管理员定义QoS策略而无需了解底层网络技术，同时设备制造商在QoS设备服务内部实现技术特定的映射。结果是形成了一个真正异构的QoS框架，适用于现代家庭和小型办公室中典型的多样化网络环境。
常见问题解答
问：UPnP QoS架构是否需要所有网络设备都支持完整的QoS框架？
答：不需要——该架构设计为可增量部署。不支持QoS设备服务的传统设备将继续以尽力而为优先级运行。只有流量路径上支持QoS设备服务的设备才参与流量优先级管理。QoS管理器在路径发现阶段发现每个设备的QoS能力。
答：不需要——该架构设计为可增量部署。不支持QoS设备服务的传统设备将继续以尽力而为优先级运行。只有流量路径上支持QoS设备服务的设备才参与流量优先级管理。QoS管理器在路径发现阶段发现每个设备的QoS能力。
问：QoS架构如何处理支持不同QoS能力的设备？
答：QoS设备服务包括一个GetQoSDeviceInfo动作，报告设备的QoS能力，包括支持的流量类别、队列深度、整形速率和标记能力。QoS管理器在接纳控制期间使用此信息来确定给定流量流可达到的QoS级别。
答：QoS设备服务包括一个GetQoSDeviceInfo动作，报告设备的QoS能力，包括支持的流量类别、队列深度、整形速率和标记能力。QoS管理器在接纳控制期间使用此信息来确定给定流量流可达到的QoS级别。
问：QoS架构能否扩展以支持其他网络技术？
答：可以——该架构定义了一个可扩展的技术特定参数框架。新的网络技术可以通过为该技术定义适当的QoS设备服务映射来添加，而无需修改核心架构。自标准发布以来，已使用这种可扩展性添加了对MoCA（同轴多媒体）和G.hn（电话/电力/同轴家庭网络）的支持。
答：可以——该架构定义了一个可扩展的技术特定参数框架。新的网络技术可以通过为该技术定义适当的QoS设备服务映射来添加，而无需修改核心架构。自标准发布以来，已使用这种可扩展性添加了对MoCA（同轴多媒体）和G.hn（电话/电力/同轴家庭网络）的支持。
问：当设备离开网络时，QoS预留会发生什么？
答：QoS设备服务监控每个已接纳流量流的活跃状态。当设备断开连接时（通过UPnP设备移除消息或流不活动超时检测到），QoS管理器收到通知并释放与该设备流相关的所有资源，为新预留腾出容量。
答：QoS设备服务监控每个已接纳流量流的活跃状态。当设备断开连接时（通过UPnP设备移除消息或流不活动超时检测到），QoS管理器收到通知并释放与该设备流相关的所有资源，为新预留腾出容量。
