先进技术
LTE的QoS简介
日 期:2014-07-24   来源:市场及产品部

 

      为了满足用户不断增强的移动宽带需求,3GPP于2004年启动了长期演进(LTE)与系统架构演进(SAE)的研究。LTE的服务质量(QoS)机制相应地做了许多改进和增强,比如通过简化承载业务架构,引入默认承载,QoS分类标识(QCI)等概念,最终实现了业务数据速率的提高以及用户体验的提升。本文详细介绍了LTE系统中,业务承载的端到端架构,相关的QoS参数及其属性,通过对本文的学习,能了解现阶段LTE的QoS机制,对于公司相关LTE产品的研发具有一定的指导意义。

      

      一.QOS架构
      在LTE系统中,承载被定义用于在UE和外部PDN之间进行数据业务和信令的传输,包括业务承载和信令承载。在LTE中,QoS管理的最小颗粒度为EPS承载,EPS承载用于端到端的业务传输及相关QoS保障,其业务架构如图所示:


      对于一个端到端业务,数据从UE传输到达外部业务服务器,所涉及到的承载可以分为EPS承载与PDN承载。EPS承载起于UE,终止于P-GW,而外部业务承载则起于P-GW,连接外部数据网络。其中,EPS承载是LTE系统所管理,属于LTE/SAE管理的范围。
      EPS承载可以分为E-RAB承载和S5/S8承载。E-RAB承载和EPS业务承载是一一对应的关系,每一个EPS承载都对应一个E-RAB承载,起始于用户终端,终止于S-GW;S5/S8承载则起始于S-GW,终止于P-GW,对应的接口为S5/S8接口。
      E-RAB为用户提供从核心网到UE的数据连接能力,由S1-U承载和数据无线承载串联。无线承载起始于用户终端,终止于eNB,对应的接口为LTE-Uu空口,用于将数据由UE发送到eNB;S1承载起始于eNB,终止于S-GW,对应的接口为S1口,将数据从eNB传输到S-GW。
      从图中可以得知,业务数据从用户终端传输到达P-GW,经P-GW到达外部业务服务器,其所涉及的承载包括无线承载,S1承载以及S5/S8承载,包括的接口有Uu空口,S1口以及S5/S8口。其中,eNB创建并保存无线承载和S1承载之间的一一映射关系,而S-GW创建并保存S1承载与S5/S8承载之间的一一映射关系。

     

       二.QOS参数
      LTE中定义了一系列的承载级QoS参数来描述一个LTE的业务承载:QCI(QoS Class Identifier),ARP(),GBR()以及MBR()。
      1.QoS分类标识(QCI)
      一个QCI特性可由承载类型、优先级、分组延迟预算、分组丢失率等组成,如下表所示。它代表了LTE系统为某个SDF(Service Data Flow)提供的QoS特性。每个SDF仅与一个且仅有一个QCI关联,如果多个SDF具有相同的QCI和ARP值,则它们可以作为单独的业务集合来处理。QCI 特性一般由运营商根据实际需求预配置在eNB上。

      a).承载类型: 决定是否需要在整个承载生存时间内固定分配与承载相关的资源, 即GBR承载还是Non-GBR承载。一个业务的承载类型是由运营商的策略决定的, 当有足够的容量时, 实时业务和非实时业务都可由GBR承载进行传输。
      b).优先级:每个QCI都与一个优先级相关联, 优先级数越小表示优先级别越高。
      c).分组延迟预算(PDB):定义了链路层SDU在接入节点和UE之间的链路中的逗留时间。链路层中可包括排队管理功能,对于某一特定的QCI特性,PDB对于上行和下行的取值是相同的。采用PDB 的目的是为了支持对调度和链路层功能进行配置。
      d).分组丢失率(PLR):定义了由发送方链路层ARQ协议处理的SDU没有成功到达相应的接收方的比率。因此,PLR是一个非拥塞情况下的分组丢失情况。这个参数允许适当的链路层协议配置。对于某一特定的QCI 特性,PLR 对于上行和下行的取值是相同的。
      2.分配和保留优先级(ARP)
      ARP可同时应用于GBR和Non-GBR承载。ARP的主要目的是能够决定是否接受请求的承载建立/修改,或者在资源受限时拒绝上述请求。eNB在资源受限时,可以使用ARP决定丢弃哪个或哪些已经建立的业务承载。一个承载的ARP仅在承载建立成功之前对承载的建立产生影响。承载建立之后再需要对承载的特性进行改变时,应该由QCI、GBR、MBR和AMBR等参数决定。
      3.保证比特速率(GBR)
      GBR仅应用于GBR承载,提供给GBR承载保证的比特速率,GBR承载的业务包括语音、流媒体、实时游戏等。
      4.最大比特速率(MBR)
      MBR仅应用于GBR承载,它为业务设置数据传输速率的限制。如果发现业务的数据传输速率超过MBR时,网络将通过业务量整形算法来限制速率。MBR的值一般大于或等于GBR的值。
      5.聚合最大比特速率(AMBR)
      AMBR仅应用于Non-GBR承载,同一个UE的多个业务承载可以共享同一个AMBR,即一组业务承载中的每个承载可以使用全部的AMBR资源,例如当其他承载没有任何业务流时,有业务流的那个承载可以使用全部的AMBR定义的全部带宽。如果超出了AMBR限制,网络可能在上行链路和下行链路使用业务流量调节算法。

     

      三.总结
      本文详细介绍了LTE系统中QoS机制,包括业务承载架构,相关QoS参数及其属性。LTE的QoS机制与2G,3G的QoS机制有很大的不同,LTE支持全IP 网络,QoS更加简单,包括更少的属性域和预定义的标签,所以减少了可能的组合数量;通过保持不同制造商对相同类型服务的网络应用的一致性,实现用户跨网络的无缝移动的体验;通过预定义的默认承载,缩短了业务建立的时延,实现用户的永远在线的体验;通过采用QCI和预定义的承载类型(GBR或Non-GBR),确定了不同类型的业务的QoS具体需求, 提供给用户高速且流畅的体验。
      通过对LTE的QoS机制的详细了解,可以将其用于公司无线通信相关产品的研发,包括LTE网络上端到端业务的质量保障,基于LTE的移动OTT业务的质量保障等。




 

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