LTE 中的QoS （1）

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    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。