LTE QCI分類 QoS


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QCI (QoS Class Identifier)同時應用於GBR和Non-GBR承載。一個QCI是一個值,用於指定訪問節點內定義的控制承載級分組轉發方式(如調度權重、接納門限、隊列管理門限、鏈路層協議配置等),這些都由運營商預先配置到接入網節點中。 
QCI是EPS承載最重要的QoS參數之一,它是一個數量等級,代表了EPS應該為這個SDF提供的QoS特性,每個SDF都與且僅與一個QCI相關聯。

根據QoS的不同, EPS Bear可以划分為兩大類: GBR(Guranteed Bit Rate) 和 Non-GBR。所謂GBR,是指承載要求的比特速率被網絡“永久”恆定的分配,即使在網絡資源緊張的情況下,相應的比特速率也能夠保持。MBR(Maximum Bit Rate)參數定義了GBR Bear在資源充足的條件下,能夠達到的速率上限。MBR的值有可能大於或等於GBR的值。相反的,Non-GBR指的是在網絡擁擠的情況下,業務(或者承載)需要承受降低速率的要求,由於Non-GBR承載不需要占用固定的網絡資源,因而可以長時間地建立。而GBR承載一般只是在需要時才建立。

在接口上使用QCI而不是傳輸一組QoS參數主要是為了減少接口上的控制信令數據傳輸量,並且在多廠商互連環境和漫游環境中使得不同設備/系統間的互連互通更加容易,由此,需要規定一定數量的處理行為

 

GBR:
 QCI=1: Example Services: Conversational voicemscbsc 
 QCI=2: Conversational Video (Live streaming)
 QCI=3: Real Time Gaming
 QCI=4: Non-conversational voice (buffered streaming)
Non-GBR:
 QCI=5: IMS signaling
 QCI=6: Video (buffered streaming), TCP-based (e.g. www, email, chat, ftp, p2p file sharing, progressive video,etc)
 QCI=7: Voice, Video (live streaming), interactive gaming
 QCI=8: Video (buffered streaming), TCP-based (e.g. www, email, chat, ftp, p2p file sharing, progressive video,etc)
 QCI=9: Video (buffered streaming), TCP-based (e.g. www, email, chat, ftp, p2p file sharing, progressive video,etc)

 

EPS系統中,QoS控制的基本粒度是EPS承載(Bearer),即相同承載上的所有數據流將獲得相同的QoS保障(如調度策略,緩沖隊列管理,鏈路層配置等),不同的QoS保障需要不同類型的EPS承載來提供。

在EPS系統中,PDN指的是外部的數據網絡(相對於LTE運營商而言),例如Internet,企業專用數據網等。APN(接入點名稱)的值作為PDN網絡的標識, PDN GW位於EPC和PDN的邊界。EPS Bearer存在於UE和PDN GW之間。通常情況下(GTP Based S5/S8),EPS承載可以看作是UE與分組數據網網關(PDN-GW)之間的邏輯電路,(對於基於PMIP的S5/S8接口,一般認為EPS Bearer存在與UE與SGW之間)。EPS承載取代了UMTS網絡中的分組數據協議上下文(PDP Context)。

根據QoS的不同, EPS Bear可以划分為兩大類: GBR(Guranteed Bit Rate) 和 Non-GBR。所謂GBR,是指承載要求的比特速率被網絡“永久”恆定的分配,即使在網絡資源緊張的情況下,相應的比特速率也能夠保持。MBR(Maximum Bit Rate)參數定義了GBR Bear在資源充足的條件下,能夠達到的速率上限。MBR的值有可能大於或等於GBR的值。相反的,Non-GBR指的是在網絡擁擠的情況下,業務(或者承載)需要承受降低速率的要求,由於Non-GBR承載不需要占用固定的網絡資源,因而可以長時間地建立。而GBR承載一般只是在需要時才建立。

EPS系統中,為了提高用戶體驗,減小業務建立的時延,真正實現用戶的“永遠在線”,引入了默認承載(Default Bearer)的概念,即在用戶開機,進行網絡附着的同時,為該用戶建立一個固定數據速率的默認承載,保證其基本的業務需求,默認承載是一種Non-GBR承載。一般來說,每個PDN連接都對應着一個Default Bearer和一個IP Address,只有在UE和PDN都支持IPV4,IPV6雙協議棧,一個PDN連接才有可能對應兩個Default Bearer和IP Address,UE在此PDN連接的有效期內將會一直保持此Default Bearer(IP 地址有可能變化嗎?)。如果UE存在與多個PDN的連接,那么UE可以有多個Default EPS Bear和IP地址。默認承載的QoS參數可以來自於從歸屬用戶服務器(HSS)中獲取的簽約數據,也可以通過PCRF交互或者基於本地配置來改變這些值。

為了給相同IP地址的UE提供具有不同QoS保障的業務,如視頻通話,移動電視等,需要在UE和PDN 之間建立一個或多個Dedicated EPS Bear。連接到相同PDN的其他EPS承載稱為專有承載,運營商可以根據PCRF(Policy And Charging Resource Function)定義的策略,將不同的數據流映射到相應的Dedicated EPS Bear上,並且對不同的EPS Bear采用不同的QoS機制。專有承載可以是GBR承載,也可以是Non-GBR承載。專有承載的創建或修改只能由網絡側來發起,並且承載QoS參數值總是由分組核心網來分配。

一個EPSBearer要經過不同的網元和接口,如下圖所示。包括:PGW到SGW之間的S5/S8接口,SGW到eNodeB之間的S1接口和eNodeB到UE之間的Uu接口。EPS Bearer在每個接口上會映射到不同的底層承載,每個網絡節點負責維護底層承載的標識以及相互之間的綁定關系。

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

 

 

如上圖所示,eNodeB通過創建無線承載與S1承載之間的綁定,實現無線承載與S1承載之間的一一映射;S-GW通過創建S1承載與S5/S8承載之間的綁定,實現S1承載與S5/S8承載之間的一一映射。最終,EPS承載數據通過無線承載、S1承載以及S5/S8承載的級聯,實現了UE與PDN之間連接業務的支持。

用戶的IP數據包需要映射到不同的EPS Bearer,以獲得相應的QoS保障。這樣的映射關系是通過TFT(Traffic Flow Template)和其中的Packet Filters來實現的。TFT是映射到相應EPS Bearer的所有PacketFilter 的集合,Packet Filter表示將用戶的一種業務數據流(SDF,Service DataFlow)映射到相應的EPS Bearer上,Packet Filter通常包括源/目的IP 地址,源/目的IP端口號,協議號等內容。專有的EPS Bearer必須有與之相應的TFT。相反的,缺省的EPS Bear通常並不配置特定的TFT,或者說,配置的是通配TFT,這樣所有不能映射到專有EPS Bearer的IP數據包會被映射到缺省的EPS Bearer上。在專有的EPS Bearer被釋放的情況下,原來映射到專有EPS Bearer上的數據包也會被重新路由到相應的缺省EPS Bearer上。TFT分為上行和下行兩個方向,其中,上行的TFT在UE側對上行的數據包進行過濾和映射。下行的TFT在PDN側對下行的數據包進行過濾和映射。

 

在接入網中,空口上承載的QoS是由eNodeB來控制的, 每個承載都有相應的QoS參數QCI(QoS Class Identifier)和ARP (Allocation And Retention Priority)。

 

QCI同時應用於GBR和Non-GBR承載。一個QCI是一個值,包含優先級,包延遲,以及可接受的誤包率等指標,每個QCI都與一個優先級相關聯,優先級1是最高的優先級別。承載QCI的值決定了其在eNodeB的處理策略。例如,對於誤包率要求比較嚴格的Bearer,ENodeB一般通過配置RLC成AM模式來提高空口傳輸的准確率。標准中(23。203)定義了九種不同的QCI的值,在接口上傳輸的是QCI的值而不是其對應的QoS屬性。通過對QCI的標准化,可以規范不同的廠家對於相應的QoS業務的理解和處理,方便在多廠商互連環境和漫游環境中不同設備/系統間的互連互通。

 

 

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是分配和保留優先級(Allocation and Retention Priority)。 ARP同時應用於GBR和Non-GBR承載,主要應用於接入控制,在資源受限的條件下,決定是否接受相應的Bearer建立請求。另外,eNode B可以使用ARP決定在新的承載建立時,已經已經存在承載的搶占優先級。一個承載的 ARP僅在承載建立之前對承載的建立產生影響。承載建立之后QoS特性,應由QCI、GBR、MBR等參數來決定。

 

為了盡可能提高系統的帶寬利用率,EPS系統引入了匯聚的概念,並定義了AMBR(Aggregated Maximum Bit Rate)參數。AMBR可以被運營商用來限制簽約用戶的總速率,它不是針對某一個Bearer,而是針對一組Non-GBR的Bearer。當其他EPS承載不傳送任何業務時,這些Non-GBR承載中的每一個承載都能夠潛在地利用整個AMBR。AMBR參數限制了共享這一AMBR的所有承載能所能提供的總速率。

 

3GPP定義了兩種不同的AMBR參數:UE-AMBR和(APN)-AMBR。UE-AMBR定義了每個簽約用戶的AMBR。 APN-AMBR是針對APN的參數,它定義了同一個APN中的所有EPSBearer提供的累計比特速率上限。AMBR對於上行和下行承載可以定義不同的數值。


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