[转载]LTE 中的QoS

EPS系统中,QoS控制的基本粒度是EPS承载(Bearer),即相同承载上的所有数据流将获得相同的QoS保障(如调度策略,缓冲队列管理,链路层配置等),不同的QoS保障需要不同类型的EPS承载来提供。

在EPS系统中,PDN指的是外部的数据网络(相对于LTE运营商而言),例如Internet,企业专用数据网等。APN(接入点名称)的值作为PDN网络的标识, PDN GW位于EPC和PDN的边界。EPS Bearer存在于UE和PDN GW之间。通常情况下(GTP Based S5/S8),EPS承载可以看作是UE与分组数据网网关(PDN-GW)之间的逻辑电路,(对于基于PMIP的S5/S8接口,一般认为EPS Bearer存在与UE与SGW之间)。EPS承载取代了UMTS网络中的分组数据协议上下文(PDP Context)。

根据QoS的不同, EPS Bear可以划分为两大类: GBR(Guranteed Bit Rate) 和 Non-GBR。所谓GBR,是指承载要求的比特速率被网络“永久”恒定的分配,即使在网络资源紧张的情况下,相应的比特速率也能够保持。MBR(Maximum Bit Rate)参数定义了GBR Bear在资源充足的条件下,能够达到的速率上限。MBR的值有可能大于或等于GBR的值。相反的,Non-GBR指的是在网络拥挤的情况下,业务(或者承载)需要承受降低速率的要求,由于Non-GBR承载不需要占用固定的网络资源,因而可以长时间地建立。而GBR承载一般只是在需要时才建立。

EPS系统中,为了提高用户体验,减小业务建立的时延,真正实现用户的“永远在线”,引入了默认承载(Default Bearer)的概念,即在用户开机,进行网络附着的同时,为该用户建立一个固定数据速率的默认承载,保证其基本的业务需求,默认承载是一种Non-GBR承载。一般来说,每个PDN连接都对应着一个Default Bearer和一个IP Address,只有在UE和PDN都支持IPV4,IPV6双协议栈,一个PDN连接才有可能对应两个Default Bearer和IP Address,UE在此PDN连接的有效期内将会一直保持此Default Bearer(IP 地址有可能变化吗?)。如果UE存在与多个PDN的连接,那么UE可以有多个Default EPS Bear和IP地址。默认承载的QoS参数可以来自于从归属用户服务器(HSS)中获取的签约数据,也可以通过PCRF交互或者基于本地配置来改变这些值。

为了给相同IP地址的UE提供具有不同QoS保障的业务,如视频通话,移动电视等,需要在UE和PDN 之间建立一个或多个Dedicated  EPS Bear。连接到相同PDN的其他EPS承载称为专有承载,运营商可以根据PCRF(Policy And Charging Resource Function)定义的策略,将不同的数据流映射到相应的Dedicated EPS Bear上,并且对不同的EPS Bear采用不同的QoS机制。专有承载可以是GBR承载,也可以是Non-GBR承载。专有承载的创建或修改只能由网络侧来发起,并且承载QoS参数值总是由分组核心网来分配。

一个EPSBearer要经过不同的网元和接口,如下图所示。包括:PGW到SGW之间的S5/S8接口,SGW到eNodeB之间的S1接口和eNodeB到UE之间的Uu接口。EPS Bearer在每个接口上会映射到不同的底层承载,每个网络节点负责维护底层承载的标识以及相互之间的绑定关系。

From 3GPP 23.401 4.7.2.2 The EPS bearer with GTP-based S5/S8

 

 

如上图所示,eNodeB通过创建无线承载与S1承载之间的绑定,实现无线承载与S1承载之间的一一映射;S-GW通过创建S1承载与S5/S8承载之间的绑定,实现S1承载与S5/S8承载之间的一一映射。最终,EPS承载数据通过无线承载、S1承载以及S5/S8承载的级联,实现了UE与PDN之间连接业务的支持。

用户的IP数据包需要映射到不同的EPS Bearer,以获得相应的QoS保障。这样的映射关系是通过TFT(Traffic Flow Template)和其中的Packet Filters来实现的。TFT是映射到相应EPS Bearer的所有PacketFilter 的集合,Packet Filter表示将用户的一种业务数据流(SDF,Service DataFlow)映射到相应的EPS Bearer上,Packet Filter通常包括源/目的IP 地址,源/目的IP端口号,协议号等内容。专有的EPS Bearer必须有与之相应的TFT。相反的,缺省的EPS Bear通常并不配置特定的TFT,或者说,配置的是通配TFT,这样所有不能映射到专有EPS Bearer的IP数据包会被映射到缺省的EPS Bearer上。在专有的EPS Bearer被释放的情况下,原来映射到专有EPS Bearer上的数据包也会被重新路由到相应的缺省EPS Bearer上。TFT分为上行和下行两个方向,其中,上行的TFT在UE侧对上行的数据包进行过滤和映射。下行的TFT在PDN侧对下行的数据包进行过滤和映射。

                        

在接入网中,空口上承载的QoS是由eNodeB来控制的, 每个承载都有相应的QoS参数QCI(QoS Class Identifier)和ARP (Allocation And Retention Priority)。

 

QCI同时应用于GBR和Non-GBR承载。一个QCI是一个值,包含优先级,包延迟,以及可接受的误包率等指标,每个QCI都与一个优先级相关联,优先级1是最高的优先级别。承载QCI的值决定了其在eNodeB的处理策略。例如,对于误包率要求比较严格的Bearer,ENodeB一般通过配置RLC成AM模式来提高空口传输的准确率。标准中(23。203)定义了九种不同的QCI的值,在接口上传输的是QCI的值而不是其对应的QoS属性。通过对QCI的标准化,可以规范不同的厂家对于相应的QoS业务的理解和处理,方便在多厂商互连环境和漫游环境中不同设备/系统间的互连互通。

 

 

Table 6.1.7: Standardized QCI characteristics

QCI

Resource Type

Priority

Packet Delay Budget (NOTE 1)

Packet Error Loss

Rate (NOTE 2)

Example Services

1
(NOTE 3)

 

2

100 ms

10-2

Conversational Voice

2
(NOTE 3)


GBR

4

150 ms

10-3

Conversational Video (Live Streaming)

3
(NOTE 3)

 

3

50 ms

10-3

Real Time Gaming

4
(NOTE 3)

 

5

300 ms

10-6

Non-Conversational Video (Buffered Streaming)

5
(NOTE 3)

 

1

100 ms

10-6

IMS Signalling

6
(NOTE 4)

 


6


300 ms


10-6

Video (Buffered Streaming)
TCP-based (e.g., www, e-mail, chat, ftp, p2p file sharing, progressive video, etc.)

7
(NOTE 3)

Non-GBR


7


100 ms


10-3

Voice,
Video (Live Streaming)
Interactive Gaming

8
(NOTE 5)

 


8



300 ms



10-6


Video (Buffered Streaming)
TCP-based (e.g., www, e-mail, chat, ftp, p2p file

9
(NOTE 6)

 

9

 

 

sharing, progressive video, etc.)

 

    ARP是分配和保留优先级(Allocation and Retention Priority)。 ARP同时应用于GBR和Non-GBR承载,主要应用于接入控制,在资源受限的条件下,决定是否接受相应的Bearer建立请求。另外,eNode B可以使用ARP决定在新的承载建立时,已经已经存在承载的抢占优先级。一个承载的 ARP仅在承载建立之前对承载的建立产生影响。承载建立之后QoS特性,应由QCI、GBR、MBR等参数来决定。

 

为了尽可能提高系统的带宽利用率,EPS系统引入了汇聚的概念,并定义了AMBR(Aggregated Maximum Bit Rate)参数。AMBR可以被运营商用来限制签约用户的总速率,它不是针对某一个Bearer,而是针对一组Non-GBR的Bearer。当其他EPS承载不传送任何业务时,这些Non-GBR承载中的每一个承载都能够潜在地利用整个AMBR。AMBR参数限制了共享这一AMBR的所有承载能所能提供的总速率。

 

3GPP定义了两种不同的AMBR参数:UE-AMBR和(APN)-AMBR。UE-AMBR定义了每个签约用户的AMBR。 APN-AMBR是针对APN的参数,它定义了同一个APN中的所有EPSBearer提供的累计比特速率上限。AMBR对于上行和下行承载可以定义不同的数值。

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