LTE的QoS機制學習總結(jié)

1、LTE/SAE的QoS機制具備更高的數(shù)據(jù)傳輸率、 更靈活的頻譜帶寬配置、更小的系統(tǒng)時延、 更低的運營成本、 更多樣化的業(yè)務、以及無縫移動性是運營商對下一代移動網(wǎng)絡(luò)的必然要求。根據(jù) 3GPP R8 版本確定的長期演進( LTE)與系統(tǒng)架構(gòu)演進( SAE) 兩大標準所構(gòu)建的LTE/ SAE 系統(tǒng),通過基于全 IP的分組核心網(wǎng), 扁平化的網(wǎng)絡(luò)層次架構(gòu), 并支持多種接入技術(shù)靈活接入的特點滿足了以上的要求。同時, 提供具有嚴格服務質(zhì)量( QoS)保證的數(shù)據(jù)、語音、 圖像、 視頻等多媒體業(yè)務, 和支持跨不同接入網(wǎng)絡(luò)的端到端QoS 保證, 成為 LTE/ SAE 系統(tǒng)的研究重點之一。保證服務質(zhì)量的目的是向用

2、戶提供滿意的服務,不同類型的業(yè)務對服務質(zhì)量的要求有所不同, 傳統(tǒng)的衡量服務質(zhì)量的參數(shù)包括端到端延遲、 抖動、 分組丟失率、 網(wǎng)絡(luò)吞吐率和數(shù)據(jù)傳輸可靠性等。由于LTE/ SAE 系統(tǒng)在接入網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上的優(yōu)化,接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)更加扁平化, 即把通用移動通信系統(tǒng)( UMT S)的無線網(wǎng)絡(luò)控制器( RNC) 和基站( Node B)兩個節(jié)點, 簡化到只有演進型基站( eNode B)一個節(jié)點,從而演進系統(tǒng)的 QoS 結(jié)構(gòu)相比 UMT S 的QoS 進行了簡化, 但也做了不少增強和改進。比如由于希望更好地實現(xiàn)用戶的“永遠在線”體驗, 故引入了默認承載概念; 為了取消 UMTS 系統(tǒng)復雜的QoS 協(xié)商機制, 放棄

3、了專用信道概念, 采用共享信道和配備靈活的動態(tài)調(diào)度機制。下文將通過介紹 LTE/ SAE 的承載業(yè)務架構(gòu), 分析承載級QoS的參數(shù)和屬性, 然后將其與 2G和3G 的QoS 比較, 進一步說明 LTE/ SAE 給用戶帶來的體驗的提高。1、 LTE/SAE的QoS機制1.1 SAE承載業(yè)務架構(gòu)，由于 LTE/ SAE 系統(tǒng)需要提供的是端到端 QoS,所以沿用了 UMTS 系統(tǒng)相似的QoS框架分層次、分區(qū)域的QoS體系結(jié)構(gòu)，即上層的QoS要求分解為下層的QoS要求分解為下層的QoS屬性, 下層為上層提供承載業(yè)務。SAE 的QoS 承載業(yè)務架構(gòu)如下圖所示。圖中端到端的承載業(yè)務可以沿著端到端的路徑劃

4、分成不同的網(wǎng)絡(luò)段業(yè)務。端到端承載業(yè)務可以分解成兩部分: SAE 承載業(yè)務與外部承載業(yè)務。其中, 外部承載業(yè)務用于連接 UMT S 核心網(wǎng)和位于外部網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間的業(yè)務承載。SAE 承載業(yè)務則可以分為 SAE無線承載業(yè)務與 SAE 接入承載業(yè)務兩部分。SAE 無線承載業(yè)務根據(jù)必需的QoS, 在eNodeB與 UE 之間傳輸承載業(yè)務數(shù)據(jù), 將無線承載鏈接到對應的承載業(yè)務;SAE 接入承載業(yè)務根據(jù)必需的QoS, 在AGW 和 eNodeB 之間傳輸承載業(yè)務數(shù)據(jù), 向 eNode B 提供端到端承載的聚合 QoS描述, 同時將接入承載鏈接到對應的承載業(yè)務。SAE 的QoS 控制的基本粒度是承載, 即相同

5、承載上的所有流量將獲得相同的 QoS 保障, 不同類型的承載提供不同的 QoS 保障。SAE 還提出了一些新的承載類型概念, 比如默認承載、 專用承載、GBR 承載和Non- GBR承載等。1)默認承載: 一種滿足默認 QoS 的數(shù)據(jù)和信令的用戶承載。默認承載可以簡單理解為一種提供盡力而為 IP 連接的承載, 給用戶設(shè)備( UE) 提供 永遠在線!的 IP連接。默認承載的 QoS參數(shù)可以來自于從歸屬用戶服務器( HSS)中獲取的簽約數(shù)據(jù), 也可以通過策略計費規(guī)則功能( PCRF)交互或者基于本地配置。2)專用承載: 對某些特定業(yè)務所使用的 SAE 承載。一般情況下專用SAE 承載的 QoS 比

6、默認 QoS 的要求高。專用承載在 UE 關(guān)聯(lián)上行( UL )業(yè)務流模板( TFT ) , 在PDN GW關(guān)聯(lián)一個 DL( 下行) T FT, T FT 中包含業(yè)務數(shù)據(jù)流的過濾器, 而這些過濾器只能匹配某些準則的分組, 專用承載的QoS 參數(shù)總是由分組核心網(wǎng)分配。3) GBR承載: 與保證比特速率( GBR)承載相關(guān)的專用網(wǎng)絡(luò)資源, 在承載建立或修改過程中通過例如eNode B 的接納控制等功能永久分配給某個承載, 這個承載在比特速率上要求能夠保證不變。4) Non- GBR承載: 與 GBR 承載相反, 網(wǎng)絡(luò)資源不能永久分配給某個承載,即不能保證該承載的比特速率不變, 就是 Non- GBR

7、承載。專用承載可以是GBR承載或Non- GBR 承載, 而默認承載應該是 Non- GBR 承載。一個承載維護的是一個服務數(shù)據(jù)流( SDF )的集合體, 對應相同承載級別 QoS 的多個 SDF的集合, 每個SDF是由 IP的5元組(源 IP地址、 目的 IP 地址、 源端口號、 目的端口號、IP 層以上協(xié)議 ID)描述, 以此來識別終端和應用或服務。所以 SDF 可以用來連接到Web、 流媒體服務器或郵箱服務器。1.2 SAE QoS參數(shù)與屬性1. 2. 1 QoS 參數(shù)一個 SAE 的承載關(guān)聯(lián)到下列承載級 QoS 參數(shù)。( 1) QoS 分類標識( QCI)。QCI 可同時應用于 GBR

8、和 Non- GBR 承載。一個 QCI是一個值, 用于指定訪問節(jié)點內(nèi)定義的控制承載級分組轉(zhuǎn)發(fā)方式(如調(diào)度權(quán)重、 接納門限、 隊列管理門限、 鏈路層協(xié)議配置等) , 這些都可以有運營商預先設(shè)置到接入網(wǎng)節(jié)點(比如eNode B) 中。在接口上使用QCI 而不是傳輸一組 QoS 參數(shù)主要是為了減少接口上的控制信令數(shù)據(jù)傳輸量, 并且在多廠商互聯(lián)和漫游環(huán)境下使用不同設(shè)備或系統(tǒng)間的互連互通更加容易。( 2)分配和保留優(yōu)先級( ARP)。ARP 可同時應用于 GBR 和 Non - GBR 承載。ARP的主要目的是能夠決定是否接受請求的承載建立/修改(尤其對于 GBR承載的無線容量是否有效) ,或者在資源

9、受限時拒絕上述請求。另外, eNode B 可以使用 ARP 決定資源受限時,哪個承載可以丟棄。一個承載的 ARP僅在承載建立成功之前對承載的建立產(chǎn)生影響。承載建立之后再需要對承載的特性進行改變時, 應該由QCI、 GBR、 MBR和AMBR等參數(shù)決定。( 3)保證比特速率( GBR)。GBR僅應用于 GBR承載, 提供給 GBR承載保證的比特速率, GBR承載的業(yè)務包括語音、 流媒體、 實時游戲等。( 4)最大比特速率( MBR)。MBR僅應用于 GBR 承載, 它為業(yè)務設(shè)置數(shù)據(jù)傳輸速率的限制。如果發(fā)現(xiàn)業(yè)務的數(shù)據(jù)傳輸速率超過MBR時, 網(wǎng)絡(luò)將通過業(yè)務量整形算法來限制速率。MBR的值一般大于或

10、等于 GBR 的值。( 5)聚合最大比特速率( AMBR)。AMBR僅應用于 Non- GBR 承載, 同一個 UE 的多個SAE 承載可以共享同一個AMBR, 即一組SAE承載中的每個承載可以使用全部的 AMBR 資源, 例如當其他SAE 承載沒有任何業(yè)務流時, 有業(yè)務流的那個承載可以使用全部的 AMBR定義的全部帶寬。如果超出了 AMBR限制, 網(wǎng)絡(luò)可能在上行鏈路和下行鏈路使用業(yè)務流量調(diào)節(jié)算法,就像 MBR的調(diào)節(jié)算法一樣。1. 2. 2 標準 QCI 屬性一個 QCI 特性可由承載類型、 優(yōu)先級、 分組延遲預算、 分組丟失率等組成, 它代表了 SAE 系統(tǒng)為某個SDF 提供的QoS 特性。

11、每個SDF僅與一個QCI 關(guān)聯(lián),如果多個 SDF 具有相同的 QCI 和 ARP 值, 則它們可以作為單獨的業(yè)務集合來處理, 這就是 SDF 集合。QCI 特性一般由運營商根據(jù)實際需求預配置在 eNodeB 上,下表給出了SAE 系統(tǒng)定義的標準QCI 屬性。( 1)承載類型: 決定是否需要在整個承載生存時間內(nèi)固定分配與承載相關(guān)的資源,也就是決定是GBR承載還是 Non- GBR承載。對于一個業(yè)務的承載類型是由運營商的策略決定, 當有足夠的容量時, 實時業(yè)務和非實時業(yè)務都可由 Non- GBR承載進行傳輸。( 2)優(yōu)先級: 用來區(qū)分相同或不同 UE 的 SDF 集合。每個 QCI 都與一個優(yōu)先級

12、相關(guān)聯(lián), 優(yōu)先級數(shù)越小表示優(yōu)先級別越高。( 3)分組延遲預算( PDB) : 定義了鏈路層 SDU 在接入節(jié)點和 UE 之間的鏈路中的逗留時間。鏈路層中可包括排隊管理功能, 對于某一特定的 QCI 特性, PDB對于上行和下行的取值是相同的。采用 PDB 的目的是為了支持對調(diào)度和鏈路層功能進行配置。( 4) 分組丟失率( PLR) : 定義了由發(fā)送方鏈路層ARQ 協(xié)議處理的SDU 沒有成功到達相應的接收方的比率。因此, PLR是一個非擁塞情況下的分組丟失情況。這個參數(shù)允許適當?shù)逆溌穼訁f(xié)議配置。對于某一特定的 QCI 特性, PLR對于上行和下行的取值是相同的。2 、2G、 3G和 LTE/ S

13、AE的 QoS比較LTE/ SAE 承載等價于2G- GPRS 和 3G- UMT S標準中使用的“PDP上下文”，所以在與 2G和 3G的比較中, 重點比較 2G 對應的 R97/ 98 PDP 屬性和 3G 對應的 R99 PDP 屬性。其中 R97/ 98 PDP 屬性是指3GPP標準Release 1997和 1998的 2G- GPRS 部分的分組數(shù)據(jù)協(xié)議( PDP)服務質(zhì)量屬性; R99 PDP 屬性是指 3G- UMT S 和 2G- GPRS 在 3GPP 標準 Release99 的PDP服務質(zhì)量屬性。下表描述了不同版本標準的服務質(zhì)量屬性。從上表可以看出, 3GPP的服務質(zhì)量

14、( QoS)是如何從2G發(fā)展到 3G最后演進到LTE/ SAE 的過程。在2G- GPRS 的 R97/ 98 版本中, 語音是基于電路交換的, 電路連接建立后即可保證業(yè)務的服務質(zhì)量,所以語音的QoS保證比較簡單; 而 GPRS 采用的是分組交換方式, 由于 GSM 無線接口技術(shù)的限制, GPRS只能提供盡力而為的服務質(zhì)量, 這種業(yè)務對傳輸時延和傳輸速率是沒有任何保證的。3G- UMT S 的 R99 版本, 在對 R97/ R98 版本的QoS 參數(shù)進一步細化的同時, 也增加了一些新參數(shù), 比如前面提到的傳輸時延和傳輸速率, 其目的是: 對已有的和將要出現(xiàn)的所有電路和分組交換服務類型來說,網(wǎng)

15、絡(luò)的資源分配機制和調(diào)度算法要盡可能靈活。這一層面的靈活性和在UTRAN 中專用傳輸信道定義的所有可能選項是一致的。同時 R99 版本按業(yè)務流對時延的敏感程度不同定義了 4種 QoS 的業(yè)務類型: 會話類、 流類、 交互類和后臺類, 每種類型都有相對應的QoS 具體屬性和應用舉例。發(fā)展到R8 版本的LTE/SAE, 舍棄了電路交換,支持全IP網(wǎng)絡(luò), 服務質(zhì)量( QoS)的表示相比 R99 版本更加簡單。由于包括更少的屬性域和預定義的標簽, 所以減少了可能的組合數(shù)量; 通過保持不同制造商對相同類型服務的網(wǎng)絡(luò)應用的一致性, 實現(xiàn)用戶跨網(wǎng)絡(luò)的無縫移動的體驗; 通過預定義的默認承載, 縮短了業(yè)務建立的時延, 實現(xiàn)用戶的 永遠在線!的體驗; 通過采用QCI 和預定義的承載類型( GBR或 Non- GBR) , 確定了不同類型的業(yè)務的 QoS 具體需求, 提供給用戶高速且流暢的體驗。總結(jié)LTE/SAE 系統(tǒng)是移動網(wǎng)絡(luò)向全 IP 網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的重要一步, 為了滿足其需求, LTE/ SAE 的 QoS 做了諸多的改進, 引入了許多新的概念: 比如簡化了 UMTS 的承載架構(gòu), 發(fā)展成LTE/ SAE 的承載業(yè)務架構(gòu), 提出了默認承載、 專用承載、 GBR 承載和 No