1、為什么需要QoS？

不管是在有線網(wǎng)絡(luò)（以太網(wǎng)、IPTV之類等）和無線網(wǎng)絡(luò)（LTE、Wi-Fi等），都有QoS（Quality of Service，服務(wù)質(zhì)量）的概念。不同網(wǎng)絡(luò)的QoS遵循不同的協(xié)議規(guī)范（如IETF RFC，IEEE 802，3GPP等協(xié)議規(guī)范），但它們都是為了保證消費等級更高的用戶能夠享受更好的服務(wù)、或者是保證更高優(yōu)先級的業(yè)務(wù)。

由于LTE網(wǎng)絡(luò)是一張數(shù)據(jù)網(wǎng)，上面承載各種業(yè)務(wù)（如：上網(wǎng)瀏覽、語音、在線游戲等）。由于業(yè)務(wù)特性和需求的不同（例如：不同業(yè)務(wù)對于時延的敏感性、對于傳輸帶寬的要求不同等），所以需要LTE網(wǎng)絡(luò)能夠提供不同業(yè)務(wù)、不同用戶的QoS服務(wù)。

2、LTE網(wǎng)絡(luò)中的QoS

在LTE網(wǎng)絡(luò)中，核心網(wǎng)（EPS）、無線側(cè)（eNB）在QoS流程中分別扮演不同角色。總的來說，QoS相關(guān)的一些主動約束、設(shè)定，更多的是在核心網(wǎng)側(cè)進(jìn)行（例如用戶簽約速率的設(shè)置、用戶承載的業(yè)務(wù)優(yōu)先級等）；無線側(cè)更多的是在執(zhí)行核心網(wǎng)的策略：根據(jù)核心網(wǎng)發(fā)下來的QoS參數(shù)，對無線側(cè)資源進(jìn)行調(diào)度。

在UE附著（Attach）到LTE網(wǎng)絡(luò)的過程中，需要創(chuàng)建連接UE和P-GW的EPS承載（UE <-> eNB <-> S-GW <-> P-GW）。每個UE可以有多條承載，數(shù)量取決于其所用的業(yè)務(wù)（例如：瀏覽網(wǎng)頁、IPTV、語音等）以及運(yùn)營商對不同業(yè)務(wù)所采取的策略。如下圖所示：如果UE使用多項業(yè)務(wù)（例如訪問多個網(wǎng)站），從P-GW側(cè)來看，存在多個IP數(shù)據(jù)流（IP flow），P-GW需要將這些IP流映射到SDF（Service Data Flow，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流），然后經(jīng)過SDF級QoS處理再映射到承載，傳遞給UE。經(jīng)過P-GW映射之后，在LTE網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部進(jìn)行承載級的QoS處理。

3、QoS與承載的關(guān)系

3GPP 定義的EPS 承載業(yè)務(wù)分層架構(gòu)如下圖所示。

在EPS中，QoS控制的基本單元是承載。映射到同一個EPS承載的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流將得到同樣的QoS保障 (如調(diào)度策略、無線承載策略等)。如果想對兩個SDF (Service Data Flow，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流)提供不同的QoS，則這兩個SDF需要分別建立不同的EPS 承載。

1、承載的種類

LTE網(wǎng)絡(luò)中，EPS 承載可按照建立時間分為兩種類型：默認(rèn)承載（Default EPS Bearer）、專用承載（Dedicated EPS Bearer）。

從UE附著（Attach）網(wǎng)絡(luò)開始，必須建立一條承載，這就是“默認(rèn)承載”。默認(rèn)承載在UE附著網(wǎng)絡(luò)時就創(chuàng)建、并一直保持激活，直至UE從網(wǎng)絡(luò)去附著（Detach）（這也就是LTE為UE提供“永遠(yuǎn)在線”的IP連接）。

在默認(rèn)承載之后創(chuàng)建的承載都稱為“專用承載”。例如UE一開始連接網(wǎng)絡(luò)是為了上網(wǎng)，那么在UE Attach時，給它分配一條“默認(rèn)承載”，該承載可提供數(shù)據(jù)上網(wǎng)業(yè)務(wù)。如果之后UE要發(fā)起語音呼叫，通常語音業(yè)務(wù)有QoS要求，核心網(wǎng)將語音業(yè)務(wù)QoS定義為GBR（Guaranteed Bit Rate，保證速率）業(yè)務(wù)。那么原有的默認(rèn)承載（Qos類型為Non-GBR）將無法滿足語音呼叫的QoS要求，這時就需要創(chuàng)建一條新的承載（稱其為“專用承載”）。

2、承載相關(guān)的參數(shù)

默認(rèn)承載的QoS類型是Non-GBR（Non-Guaranteed Bit Rate，非保證速率），意思是該承載只提供“盡力而為”（換句話說“不保證質(zhì)量”）的傳輸。

專用承載可以是GBR、也可以是Non-GBR。

其中，默認(rèn)承載是由核心網(wǎng)通過S1口的Initial Context Setup Request消息通知eNB進(jìn)行建立的，如下圖所示。

從圖中可以看到，在Initial Context Setup Request信令中有我們關(guān)心的一些內(nèi)容：

“eRABToBeSetupList”中的ERAB ID和ERAB級別QoS參數(shù)，例如QCI= 9，ARP（Allocation Retention Priority，分配保留優(yōu)先級）=1。

1、QCI的劃分

QCI（QoS Class Identifier，QoS等級標(biāo)識）用于衡量提供給SDF（服務(wù)數(shù)據(jù)流）的包的轉(zhuǎn)發(fā)行為（如丟包率，包的分組時延預(yù)算）。3GPP 23.203協(xié)議6.1.7.2小節(jié)給出了LTE系統(tǒng)9種標(biāo)準(zhǔn)QCI的特性，如下表所示。

從表中可以看到QCI 1 ~ 4是GBR業(yè)務(wù)，QCI 5 ~ 9是Non-GBR業(yè)務(wù)。表中還給出了各個QCI的優(yōu)先級為（1~9）、分組時延預(yù)算（Packet Delay Budget，PDB）為（50ms ~ 300ms） 、誤丟包率（Packet Error Loss Rate）為（10--2  ~  10-6）。

2、QCI與承載的關(guān)系

結(jié)合上一期提到的默認(rèn)承載與專用承載再來看QCI優(yōu)先級。

對于默認(rèn)承載，它只支持Non-GBR類型的業(yè)務(wù)，QCI優(yōu)先級為5~9，支持從信令到語音、視頻、游戲、文件傳輸?shù)鹊取?/p>

而對于專用承載，它既可以支持GBR業(yè)務(wù)，又可以支持Non-GBR業(yè)務(wù)。對于GBR業(yè)務(wù)的專用承載，QCI優(yōu)先級為1~4，用于支持語音、在線視頻通話、實時游戲、觀看視頻。對于Non-GBR業(yè)務(wù)的專用承載，QCI優(yōu)先級為5~9，功能和Non-GBR業(yè)務(wù)的默認(rèn)承載類似。

不過需要注意，QCI5僅用來傳VoLTE的信令。比如在VoLTE語音或視頻通話時，會建立一條QCI=5的默認(rèn)承載傳信令，同時建立一條QCI=1或QCI=2的專用承載傳數(shù)據(jù)。

ARP（Allocation and Retention Priority，分配和保留優(yōu)先級）：當(dāng)LTE網(wǎng)絡(luò)中資源不足且有新的EPS承載需要建立時，LTE網(wǎng)元（如P-GW、S-GW或eNB）將會根據(jù)ARP來決定是否刪除已有承載來建立新的承載或者是拒絕建立新的承載（例如：刪除已有低優(yōu)先級承載、建立新的高優(yōu)先級承載）。

協(xié)議規(guī)定ARP有15個等級，取值為1~15，1為最高優(yōu)先級。

ARP僅在決定是否創(chuàng)建新的EPS承載時需要考慮。一旦新的EPS承載已經(jīng)建立、數(shù)據(jù)已經(jīng)開始在該承載上傳輸，這時ARP將不再起作用、網(wǎng)元此時也不再管ARP的值。ARP的一個典型應(yīng)用就是“緊急VoIP電話”，例如110。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)資源不足時，如果有一個新的緊急VoIP呼叫（110）進(jìn)來，此時將會刪除一個已存在的EPS承載，去建立新的緊急VoIP呼叫。