EPS QOS 体系解读

EPS承载的用处
        与3G不同，EPS中只有数据（PS域）业务，用户与网络间必须先建立 EPS承载(Bearer) 之后，才能在承载之上使用各种数据业务（如IMS语音业务、上网业务、FTP、游戏。。。）。每种数据业务的业务流，称为一个业务数据流SDF，它可以用一个IP五元组来表示（IP包中的源、目的IP地址、源、目的端口、协议(如TCP、UDP等),IP地址可以支持模糊匹配） ，这个五元组即TFT过滤器。
    EPS完全支持IP协议，而IP是无连接的，为了让EPS数据包在EPS核心网（eNB、SGW、PGW）内进行QOS管理和控制，EEPS承载在移动网络内部动态建立了一条“半固定连接”或“逻辑电路”。EPS Bearer存在于UE和PDN GW之间，贯穿了整个移动网络。它完全取代了3GPP 为2G、3G定义了PDP Context概念。
    EPS承载是QoS控制的基本粒度， EPS承载可以视为一个或多个业务数据流SDF的逻辑聚合体（即：多个业务流可以使用一个承载，即 聚合在一个承载上），即相同承载上的所有数据流将获得相同的QoS保障或承载级别的转发处理，即：映射到相同EPS承载的SDF们必须具有相同的QCI和ARP，如：调度策略、缓冲队列管理策略、链路层RLC配置等。
        不同的QoS保障需要不同类型的EPS承载来提供。如果两个SDF需要不同的承载级QOS处理，则需要为每个SDF建立一个单独的EPS承载。

 

业务流与承载的对应关系
        EPS业务流模板（TFT：traffic flow template）。一个TFT会包括多个包过滤器（packet filter，也称 分组过滤器），其中分为 上行业务流模板（UL TFT） 与 下行业务流模板（DL TFT） ，UL TFT 是TFT中的上行包过滤器集合，DL TFT 是TFT中的下行包过滤器集合。
        过滤器的主要内容是一个IP五元组(源地址＼目的地址＼源端口＼目的端口＼IP之上的应用层协议号)。(注：过滤器中也可以加入 TOS 信息，过滤器中某些字段可以省略，比如可以控制不比较端口)
        TFT过滤器实际上是业务流的描述信息，TFT过滤器 在UE与PGW上使用，UE\PGW匹配业务流与过滤器的过程就是用 每条业务流 的五元组检查是否符合过滤器。
        PGW上，过滤器对 PGW 收到的下行IP数据包进行分类，PGW用以得到 各个业务流。UE上对于上行IP数据包也作此处理。

        每个专有EPS承载会关联到一个TFT。默认承载可以不关联TFT.
        在建立承载、更新承载的过程结束后，PGW得到每个承载的DL TFT，UE得到每个承载的UL TFT。
        可以通过设置某些业务流相关的包过滤器的优先次序值低于专有承载的包过滤器的优先次序值的方式，强制这些业务流在缺省承载上传输。
        对于PGW，如果业务流没有匹配上任何DL TFT过滤器，而此时默认承载又没有关联TFT，则这个业务流会映射到默认承载上。否则这个业务流的数据包会丢弃掉。UE对于上行业务流也作类似处理。

       UE使用UL TFT将上行方向的业务映射到一个EPS承载，可以让多个业务流（分别对应一个包过滤器）聚合到一个EPS承载上。
        PGW（ PCEF（GTP-based S5/S8）或者BBERF（PMIP-based S5/S8） ）使用DL TFT将下行方向业务映射到一个EPS承载。 PGW的这个功能属于 业务流绑定到承载 的功能。可以让多个业务流（分别对应一个包过滤器）聚合到一个EPS承载上。

        在UE与eNB之间，EPS承载的物理传输通道是 无线承载RB。EPS承载会一一映射到无线承载上.
        在PGW与SGW之间，EPS承载的下层传输通道是PGW与SGW之间的S5/S8接口（GTP隧道），称为S5/S8 Bearer( S5/S8承载 )。
        所以：
        -    UE创建业务流集合和上行无线承载之间的映射关系，并且保存上行包过滤器和无线承载之间的映射关系。
        -    P-GW创建业务流集合和下行S5/S8承载之间的映射关系，并且保存下行包过滤器和S5/S8承载之间的映射关系。
        -    eNodeB创建并保存无线承载和S1承载之间的一一映射关系：eNB与UE之间是无线承载。而eNB与SGW之间是S1承载(它用来传输　EPS承载　的数据)。
        -    S-GW创建并保存S1承载和S5/S8承载之间的一一映射关系：SGW与PGW之间是S5/S8承载。
        另外，还有一个E-RAB概念，它等于一个S1承载和一个对应的无线承载。

        总之，在整个EPS承载的路径上，UE与各网元有如下映射关系处理：
        UE处理：UL-TFT -> RB-ID 
        eNB处理：RB-ID <-> S1-TEID
        SGW处理：S1-TEID <-> S5/S8 TEID
        PGW处理：DL-TFT -> S5/S8 TEID

 

DSCP标记
   对于DiffServ体系，IPv4报文头部的ToS字段被用作DiffServ字段DSCP，每个DSCP值对应了一种PHB（表示一种数据转发行为，即数据包调度的策略）。
    QOS标记(或DSCP映射、DSCP标记）功能，就是把EPS承载的QOS映射到IP QOS上，使EPS核心网传输层节点(路由器、SGW\PGW)可以按 DiffServ 体系进行QOS控制。
PGW可以支持 承载级DSCP标记 功能（把QCI映射到DSCP头）。PGW也完全具有 业务级DSCP标记 功能（指按 用户的业务流 来置DSCP头，这意味着QOS控制的粒度细化到 业务流 ）。(PCC架构规定：基于SDF粒度的业务级别QoS控制 是可选操作 )
   SGW可以支持承载级DSCP标记，避免去做按TFT匹配业务流的工作。
   eNB对于上行与下行数据流，只是按无线RB与S1接口GTP隧道的映射进行透传，不解析其中的IP包。（eNB空口最上层是PDCP协议，直接映射到S1接口的GTP隧道上）。
   所以：eNB、SGW的QOS控制完全是按 EPS承载的粒度 来进行调度。而PGW不但支持承载级别的QOS调度，还可以支持业务流粒度的QOS调度。

图：EPS用户面协议栈

    为了保证用户数据包在移动核心网与互联网上都按照同样的QOS策略来进行转发，SGW、PGW不但要修改GTP下层IP头(外层IP头)的DSCP值，也要修改GTP上层（内层IP头）的DSCP值。
    以PGW为例，对于上行数据流，PGW从GTP隧道中取出数据包后，取出外层IP头的DSCP\TOS值，写入内层IP头。然后整个内层IP数据包发给互联网。对于下行数据流，PGW将QCI映射到外层与内层的IP头的DSCP\TOS值。