1、LTE的QoS機制具備更高的數據傳輸率、 更靈活的頻譜帶寬配置、更小的系統時延、 更低的運營成本、 更多樣化的業務、以及無縫移動性是運營商對下一代移動網絡的必然要求。根據 3GPP R8 版本確定的長期演進( LTE)與系統架構演進( SAE) 兩大標準所構建的LTE/ SAE 系統,通過基于全 IP的分組核心網, 扁平化的網絡層次架構, 并支持多種接入技術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量( QoS)保證的數據、語音、 圖像、 視頻等多媒體業務, 和支持跨不同接入網絡的端到端QoS 保證, 成為 LTE/ SAE 系統的研究重點之一。保證服務質量的目的是向用戶提供滿

2、意的服務,不同類型的業務對服務質量的要求有所不同, 傳統的衡量服務質量的參數包括端到端延遲、 抖動、 分組丟失率、 網絡吞吐率和數據傳輸可靠性等。由于LTE/ SAE 系統在接入網絡結構上的優化,接入網結構更加扁平化, 即把通用移動通信系統( UMT S)的無線網絡控制器( RNC) 和基站( Node B)兩個節點, 簡化到只有演進型基站( eNode B)一個節點,從而演進系統的 QoS 結構相比 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 系統復雜的QoS 協商機制, 放棄了專用信

3、道概念, 采用共享信道和配備靈活的動態調度機制。下面將通過介紹 LTE/ SAE 的承載業務架構, 分析承載級QoS的參數和屬性, 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承載業務架構，由于 LTE/ SAE 系統需要提供的是端到端 QoS,所以沿用了 UMTS 系統相似的QoS框架分層次、分區域的QoS體系結構，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務。SAE 的QoS 承載業務架構如下圖所示。 圖中端到端的承載業務可以沿著端到端的路徑劃分成

4、不同的網絡段業務。端到端承載業務可以分解成兩部分: SAE 承載業務與外部承載業務。其中, 外部承載業務用于連接 UMT S 核心網和位于外部網絡節點之間的業務承載。SAE 承載業務則可以分為 SAE無線承載業務與 SAE 接入承載業務兩部分。SAE 無線承載業務根據必需的QoS, 在eNodeB與 UE 之間傳輸承載業務數據, 將無線承載鏈接到對應的承載業務;SAE 接入承載業務根據必需的QoS, 在AGW 和 eNodeB 之間傳輸承載業務數據, 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務。SAE 的QoS 控制的基本粒度是承載, 即相同承載

5、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 的數據和信令的用戶承載。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, 給用戶設備( UE) 提供 永遠在線!的 IP連接。默認承載的 QoS參數可以來自于從歸屬用戶服務器( HSS)中獲取的簽約數據, 也可以通過策略計費規則功能( PCRF)交互或者基于本地配置。2)專用承載: 對某些特定業務所使用的 SAE 承載。一般情況下專用SAE 承載的 QoS 比默認

6、 QoS 的要求高。專用承載在 UE 關聯上行( UL )業務流模板( TFT ) , 在PDN GW關聯一個 DL( 下行) T FT, T FT 中包含業務數據流的過濾器, 而這些過濾器只能匹配某些準則的分組, 專用承載的QoS 參數總是由分組核心網分配。3) GBR承載: 與保證比特速率( GBR)承載相關的專用網絡資源, 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, 網絡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承

7、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據流( 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參數與屬性1. 2. 1 QoS 參數一個 SAE 的承載關聯到下列承載級 QoS 參數。( 1) QoS 分類標識( QCI)。QCI 可同時應用于 GBR和

8、 Non- GBR 承載。一個 QCI是一個值, 用于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) , 這些都可以有運營商預先設置到接入網節點(比如eNode B) 中。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, 并且在多廠商互聯和漫游環境下使用不同設備或系統間的互連互通更加容易。( 2)分配和保留優先級( 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) ,或者在資源受

9、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, 它為業務設置數據傳輸速率的限制。如果發現業務的數據傳輸速率超過MBR時, 網絡將通過業務量整形算法來限制速率。MBR的值一般大于或等

10、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 承載沒有任何業務流時, 有業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, 網絡可能在上行鏈路和下行鏈路使用業務流量調節算法,就像 MBR的調節算法一樣。1. 2. 2 標準 QCI 屬性一個 QCI 特性可由承載類型、 優先級、 分組延遲預算、 分組丟失率等組成, 它代表了 SAE 系統為某個SDF 提供的QoS 特性。每

11、個SDF僅與一個QCI 關聯,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務集合來處理, 這就是 SDF 集合。QCI 特性一般由運營商根據實際需求預配置在 eNodeB 上,下表給出了SAE 系統定義的標準QCI 屬性。( 1)承載類型: 決定是否需要在整個承載生存時間內固定分配與承載相關的資源,也就是決定是GBR承載還是 Non- GBR承載。對于一個業務的承載類型是由運營商的策略決定, 當有足夠的容量時, 實時業務和非實時業務都可由 Non- GBR承載進行傳輸。( 2)優先級: 用來區分相同或不同 UE 的 SDF 集合。每個 QCI 都與一個優先級相

12、關聯, 優先級數越小表示優先級別越高。( 3)分組延遲預算( PDB) : 定義了鏈路層 SDU 在接入節點和 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度和鏈路層功能進行配置。( 4) 分組丟失率( PLR) : 定義了由發送方鏈路層ARQ 協議處理的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。這個參數允許適當的鏈路層協議配置。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/ SA

13、E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 部分的分組數據協議( PDP)服務質量屬性; R99 PDP 屬性是指 3G- UMT S 和 2G- GPRS 在 3GPP 標準 Release99 的PDP服務質量屬性。下表描述了不同版本標準的服務質量屬性。從上表可以看出, 3GPP的服務質量(

14、 QoS)是如何從2G發展到 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務的服務質量,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 無線接口技術的限制, GPRS只能提供盡力而為的服務質量, 這種業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 參數進一步細化的同時, 也增加了一些新參數, 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的所有電路和分組交換服務類型來說,網絡

15、的資源分配機制和調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 版本按業務流對時延的敏感程度不同定義了 4種 QoS 的業務類型: 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。發展到R8 版本的LTE/SAE, 舍棄了電路交換,支持全IP網絡, 服務質量( 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量; 通過保持不同制造商對相同類型服務的網絡應用的一致性, 實現用戶跨網絡的無縫移動的體驗; 通過預定義的默認承載, 縮短了業務建立的時延, 實現用戶的 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務的 QoS 具體需求, 提供給用戶高速且流暢的體驗。 總結LTE/SAE 系統是移動網絡向全 IP 網絡發展的重要一步, 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, 發展成LTE/ SAE 的承載業務架構, 提出了默認承載、 專用承載、 GBR 承載和 Non