1、為什么需要QoS？

不管是在有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)（以太網(wǎng)、IPTV之類(lèi)等）和無(wú)線(xiàn)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(fèi)等級(jí)更高的用戶(hù)能夠享受更好的服務(wù)、或者是保證更高優(yōu)先級(jí)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(yǔ)音、在線(xiàn)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(duì)于時(shí)延的敏感性、對(duì)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(hù)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(wú)線(xiàn)側(cè)（eNB）在QoS流程中分別扮演不同角色�？偟膩�(lái)說(shuō)，QoS相關(guān)的一些主動(dòng)約束、設(shè)定，更多的是在核心網(wǎng)側(cè)進(jìn)行（例如用戶(hù)簽約速率的設(shè)置、用戶(hù)承載的業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)等）；無(wú)線(xiàn)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(lái)的QoS參數(shù)，對(duì)無(wú)線(xiàn)側(cè)資源進(jìn)行調(diào)度。

在UE附著（Attach）到LTE網(wǎng)絡(luò)的過(guò)程中，需要?jiǎng)?chuàng)建連接UE和P-GW的EPS承載（UE <-> eNB <-> S-GW <-> P-GW）。每個(gè)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(yè)、IPTV、語(yǔ)音等）以及運(yùn)營(yíng)商對(duì)不同業(yè)務(wù)所采取的策略。如下圖所示：如果UE使用多項(xiàng)業(yè)務(wù)（例如訪(fǎng)問(wèn)多個(gè)網(wǎng)站），從P-GW側(cè)來(lái)看，存在多個(gè)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(guò)SDF級(jí)QoS處理再映射到承載，傳遞給UE。經(jīng)過(guò)P-GW映射之后，在LTE網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部進(jìn)行承載級(jí)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(gè)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(wú)線(xiàn)承載策略等)。如果想對(duì)兩個(gè)SDF (Service Data Flow，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流)提供不同的QoS，則這兩個(gè)SDF需要分別建立不同的EPS 承載。

1、承載的種類(lèi)

LTE網(wǎng)絡(luò)中，EPS 承載可按照建立時(shí)間分為兩種類(lèi)型：默認(rèn)承載（Default EPS Bearer）、專(zhuān)用承載（Dedicated EPS Bearer）。

從UE附著（Attach）網(wǎng)絡(luò)開(kāi)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(shí)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(xiàn)”的IP連接）。

在默認(rèn)承載之后創(chuàng)建的承載都稱(chēng)為“專(zhuān)用承載”。例如UE一開(kāi)始連接網(wǎng)絡(luò)是為了上網(wǎng)，那么在UE Attach時(shí)，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(yǔ)音呼叫，通常語(yǔ)音業(yè)務(wù)有QoS要求，核心網(wǎng)將語(yǔ)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(lèi)型為Non-GBR）將無(wú)法滿(mǎn)足語(yǔ)音呼叫的QoS要求，這時(shí)就需要?jiǎng)?chuàng)建一條新的承載（稱(chēng)其為“專(zhuān)用承載”）。

2、承載相關(guān)的參數(shù)

默認(rèn)承載的QoS類(lèi)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(huà)說(shuō)“不保證質(zhì)量”）的傳輸。

專(zhuān)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(guò)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(jí)別QoS參數(shù)，例如QCI= 9，ARP（Allocation Retention Priority，分配保留優(yōu)先級(jí)）=1。

1、QCI的劃分

QCI（QoS Class Identifier，QoS等級(jí)標(biāo)識(shí)）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(shí)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(gè)QCI的優(yōu)先級(jí)為（1~9）、分組時(shí)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(zhuān)用承載再來(lái)看QCI優(yōu)先級(jí)。

對(duì)于默認(rèn)承載，它只支持Non-GBR類(lèi)型的業(yè)務(wù)，QCI優(yōu)先級(jí)為5~9，支持從信令到語(yǔ)音、視頻、游戲、文件傳輸?shù)鹊取?/p>

而對(duì)于專(zhuān)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(duì)于GBR業(yè)務(wù)的專(zhuān)用承載，QCI優(yōu)先級(jí)為1~4，用于支持語(yǔ)音、在線(xiàn)視頻通話(huà)、實(shí)時(shí)游戲、觀看視頻。對(duì)于Non-GBR業(yè)務(wù)的專(zhuān)用承載，QCI優(yōu)先級(jí)為5~9，功能和Non-GBR業(yè)務(wù)的默認(rèn)承載類(lèi)似。

不過(guò)需要注意，QCI5僅用來(lái)傳VoLTE的信令。比如在VoLTE語(yǔ)音或視頻通話(huà)時(shí)，會(huì)建立一條QCI=5的默認(rèn)承載傳信令，同時(shí)建立一條QCI=1或QCI=2的專(zhuān)用承載傳數(shù)據(jù)。

ARP（Allocation and Retention Priority，分配和保留優(yōu)先級(jí)）：當(dāng)LTE網(wǎng)絡(luò)中資源不足且有新的EPS承載需要建立時(shí)，LTE網(wǎng)元（如P-GW、S-GW或eNB）將會(huì)根據(jù)ARP來(lái)決定是否刪除已有承載來(lái)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(jí)承載、建立新的高優(yōu)先級(jí)承載）。

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

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