華為：HQoS確保基站永不掉線

華為運(yùn)營(yíng)商IP設(shè)計(jì)部系統(tǒng)工程師 陳大鵬

華為路由器產(chǎn)品系統(tǒng)工程師 暢文俊

LTE業(yè)務(wù)場(chǎng)景

LTE作為新一代寬帶無(wú)線移動(dòng)通信的領(lǐng)軍技術(shù)，具備更高的數(shù)據(jù)傳輸率、 更靈活的頻譜帶寬配置、更小的系統(tǒng)時(shí)延、 更低的運(yùn)營(yíng)成本、 更多樣化的業(yè)務(wù)、以及無(wú)縫移動(dòng)性等特點(diǎn)。

在LTE階段，單基站/單載扇的峰值速率預(yù)計(jì)達(dá)到3G基站的10倍以上，而且峰值速率是均值速率的4-6倍。和比較3G相比，更容易發(fā)生擁塞，如果不部署QoS，信令、語(yǔ)音等高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)得不到保證，造成業(yè)務(wù)中斷。

本文重點(diǎn)關(guān)注eNodeB和aGW之間移動(dòng)承載網(wǎng)絡(luò)相關(guān)QoS技術(shù)應(yīng)用。華為移動(dòng)承載方案采用ATN系列設(shè)備和CX系列設(shè)備構(gòu)建的無(wú)線接入網(wǎng)，具備優(yōu)秀FMC承載能力和簡(jiǎn)單靈活的組網(wǎng)形式。從CSG到RSG之間采用層次化的設(shè)計(jì)，適合規(guī)模較大的網(wǎng)絡(luò)承載。組網(wǎng)示意圖如下所示：

IP/MPLS QoS簡(jiǎn)介

1、QoS模型

IP服務(wù)模型，是指一組端到端的QoS功能，通常QoS提供以下三種服務(wù)模型：

Best-Effort service（盡力而為服務(wù)模型）

Integrated service（綜合服務(wù)模型，簡(jiǎn)稱Intserv）

Differentiated service（區(qū)分服務(wù)模型，簡(jiǎn)稱Diffserv） 

DiffServ模型，可以滿足用戶不同的QoS需求。與Integrated Service不同，它不需要信令，即在一個(gè)業(yè)務(wù)發(fā)出報(bào)文前，不需要通知路由器。對(duì)Differentiated Service，網(wǎng)絡(luò)不需要為每個(gè)流維護(hù)軟狀態(tài)，它根據(jù)每個(gè)報(bào)文指定的QoS標(biāo)記（著色結(jié)果），來(lái)提供特定的服務(wù)。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)擁塞時(shí)，根據(jù)不同的服務(wù)等級(jí)要求，有差別地進(jìn)行流量控制和轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)解決擁塞。采用相對(duì)優(yōu)先權(quán)機(jī)制，有區(qū)別地控制不同信息流的分組聚類和轉(zhuǎn)發(fā)行為，從而在保證服務(wù)質(zhì)量和解決擁塞之間取得一個(gè)良好的折衷。

2、HQoS

傳統(tǒng)的QoS采用一級(jí)調(diào)度，單個(gè)端口只能區(qū)分業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)，無(wú)法區(qū)分用戶。只要屬于同一優(yōu)先級(jí)的流量，使用同一個(gè)端口隊(duì)列，不同用戶的流量彼此之間競(jìng)爭(zhēng)同一個(gè)隊(duì)列資源，無(wú)法對(duì)端口上單個(gè)用戶的單個(gè)流量進(jìn)行區(qū)分服務(wù)。

HQoS即層次化QoS（Hierarchical Quality of Service），是一種通過(guò)多級(jí)隊(duì)列調(diào)度機(jī)制，解決Diffserv模型下多用戶多業(yè)務(wù)帶寬保證的技術(shù)。

HQoS采用多級(jí)調(diào)度的方式，可以精細(xì)區(qū)分不同用戶和不同業(yè)務(wù)的流量，提供區(qū)分的帶寬管理。為了實(shí)現(xiàn)分層調(diào)度，HQoS采用樹狀結(jié)構(gòu)的層次化調(diào)度模型，HQoS層次化調(diào)度中，可以只有一層中間節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)三層調(diào)度結(jié)構(gòu)；也可以有多層中間節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)多層調(diào)度結(jié)構(gòu)。

3、MPLS QoS

在MPLS網(wǎng)絡(luò)中，路由器不會(huì)檢查IP報(bào)文頭的內(nèi)容，因此無(wú)法通過(guò)ToS或DSCP字段來(lái)進(jìn)行流量分類。一般目前網(wǎng)絡(luò)上提供最多4種類型的服務(wù)，E-LSP就可以滿足了。

DiffServ體系結(jié)構(gòu)允許DS域內(nèi)的中間節(jié)點(diǎn)檢查并修改IP Preference、DSCP或Exp值，統(tǒng)稱COS（Class of Service）值，這會(huì)導(dǎo)致報(bào)文的COS值在IP網(wǎng)絡(luò)和MPLS網(wǎng)絡(luò)傳輸過(guò)程中都可能發(fā)生變化。

因此，在報(bào)文進(jìn)入MPLS網(wǎng)絡(luò)或從MPLS網(wǎng)絡(luò)離開進(jìn)入IP網(wǎng)絡(luò)時(shí)，運(yùn)營(yíng)商需要在MPLS邊緣路由器對(duì)COS（Class of Service）處理做出選擇：是否信任IP/MPLS報(bào)文已經(jīng)攜帶的COS信息。RFC3270中定義了三種COS處理模式：Uniform、Pipe和Short Pipe。

LTE QoS應(yīng)用

LTE無(wú)線層通過(guò)信令控制、資源預(yù)留等可端到端實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)層QoS控制，但隨著承載網(wǎng)的IP化，網(wǎng)絡(luò)擁塞、丟包、抖動(dòng)、延時(shí)等質(zhì)量問(wèn)題將影響到LTE業(yè)務(wù)層的QoS質(zhì)量。無(wú)擁塞的IP承載網(wǎng)是不存在的，關(guān)鍵是發(fā)生擁塞之后，如何保障業(yè)務(wù)質(zhì)量。

LTE基站承載QoS有兩個(gè)關(guān)鍵需求：一個(gè)是保障高等級(jí)的業(yè)務(wù)優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)，這是傳統(tǒng)Differ-Serv的概念，另一個(gè)是保障在發(fā)生擁塞時(shí)重要基站業(yè)務(wù)可用（如災(zāi)難或者重大事件發(fā)生時(shí)，政府機(jī)關(guān)、醫(yī)院、學(xué)校等重要區(qū)域的基站）。這就要求承載網(wǎng)能夠支持分層QoS（H-QoS）處理能力，能針對(duì)不同基站和不同業(yè)務(wù)執(zhí)行層次化的隊(duì)列調(diào)度能力，確保重要基站永不掉線。

eNodeB接口板傳輸?shù)臄?shù)據(jù)類型有以下四種：S1/X2接口業(yè)務(wù)（分為控制面和用戶面）、O&M業(yè)務(wù)、IP時(shí)鐘業(yè)務(wù)、共傳輸業(yè)務(wù)（即過(guò)路數(shù)據(jù)流）。

eNodeB分類業(yè)務(wù)的QoS需求：

用戶面業(yè)務(wù)：

實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)：

QCI（QoS Class Identifier）類型為1～5的業(yè)務(wù)。實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)要求嚴(yán)格保證帶寬，QCI類型為1～4的業(yè)務(wù)要求保證GBR（Guaranteed Bit Rate），QCI類型為5的業(yè)務(wù)要求保證min_GBR。實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)不允許丟包，也不能大量緩存數(shù)據(jù)導(dǎo)致時(shí)延增加，否則會(huì)嚴(yán)重影響業(yè)務(wù)質(zhì)量。

非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)：

QCI類型為6～9的業(yè)務(wù)。非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)沒(méi)有GBR要求，帶寬不足時(shí)可以降低業(yè)務(wù)的吞吐率、進(jìn)行數(shù)據(jù)緩存，但是為了給非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)提供基本的業(yè)務(wù)質(zhì)量保證，也會(huì)為非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)預(yù)留min_GBR。

控制面業(yè)務(wù)：

流量比較小，并且和各種網(wǎng)絡(luò)KPI（Key Performance Indicator）指標(biāo)關(guān)系密切。因此需要優(yōu)先保證其傳輸，防止丟包。

OM業(yè)務(wù)：

OM MML（Man-Machine Language）業(yè)務(wù)為OM操作維護(hù)類業(yè)務(wù)，流量較小，要求優(yōu)先發(fā)送；

OM FTP（File Transfer Protocol）業(yè)務(wù)為OM上傳/下載業(yè)務(wù)，流量波動(dòng)較大，要求優(yōu)先級(jí)低于其他業(yè)務(wù)，但要保證最小帶寬。

IP時(shí)鐘業(yè)務(wù)：

包括控制報(bào)文和時(shí)鐘報(bào)文，流量較小，均要求優(yōu)先發(fā)送、保證帶寬。

共傳輸場(chǎng)景下的過(guò)路數(shù)據(jù)流：

此業(yè)務(wù)eNodeB無(wú)需額外處理，與本基站其他數(shù)據(jù)的處理方式相同，即根據(jù)其攜帶的DSCP進(jìn)行差分服務(wù)調(diào)度。

eNB 業(yè)務(wù)流優(yōu)先級(jí)對(duì)照表：

如下圖所示，華為QoS解決方案可以在CSG/RSG節(jié)點(diǎn)，對(duì)于基站業(yè)務(wù)，基于IP DSCP進(jìn)行標(biāo)識(shí)，重置EXP值，IP QoS在基站到BSC/EPC之間的承載網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)透?jìng)鳌?/P>

IP承載網(wǎng)能夠支持分層QoS（H-QoS）處理能力，能針對(duì)不同基站和不同業(yè)務(wù)執(zhí)行層次化的隊(duì)列調(diào)度能力，確保重要基站永不掉線，在發(fā)生擁塞時(shí)，保證重要基站業(yè)務(wù)可用。

在數(shù)據(jù)流量占主導(dǎo)地位的LTE網(wǎng)絡(luò)中，基站的小區(qū)峰值吞吐量發(fā)生在閑時(shí)，即小區(qū)只有一個(gè)用戶的輕載情況下，可以達(dá)到150Mbps；而在忙時(shí)，更多用戶有流量需求時(shí)，小區(qū)的吞吐量顯著降低，在20MHz 2×2 LTE情況下，小區(qū)吞吐量大概在20Mbps左右�；�站的小區(qū)峰值吞吐量是繁忙時(shí)間平均流量的4-6倍。下行流量和上行流量的比例一般是2：1，對(duì)于下行流量更容易發(fā)生擁塞。

峰值吞吐量更容易出現(xiàn)在承載網(wǎng)絡(luò)的“最后一公里”，核心網(wǎng)絡(luò)，由于匯聚了更多的基站，主要是平均吞吐量為主。

一般中、大規(guī)模的IP承載網(wǎng)，采用分層部署，分為接入層和和匯聚層，如下圖所示。華為QoS解決方案，在匯聚層網(wǎng)絡(luò)，在RSG設(shè)備上，主要通過(guò)帶寬規(guī)劃，預(yù)留一定的帶寬，擁塞時(shí)，可以通過(guò)端口調(diào)度，保證高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)正常轉(zhuǎn)發(fā)，無(wú)丟包、低時(shí)延。在接入網(wǎng)絡(luò)，由于峰值吞吐量發(fā)生的可能性更大，建議在ASG設(shè)備的下行，部署基于TE/PW/L3VPN的HQoS調(diào)度，對(duì)于每個(gè)基站，配置CIR、PIR，CIR以內(nèi)的流量，提供保證帶寬，即使發(fā)生擁塞，也可以保證每基站的保證帶寬，超出CIR但低于PIR的流量可在網(wǎng)絡(luò)擁塞時(shí)限制轉(zhuǎn)發(fā)。對(duì)于政府機(jī)關(guān)、災(zāi)難現(xiàn)場(chǎng)、醫(yī)院等重要基站，可以增加對(duì)應(yīng)TE/PW/L3VPN的CIR帶寬，提供差異化服務(wù)。

總結(jié)

成熟、實(shí)用、靈活、容易部署的華為QoS解決方案正是為了滿足運(yùn)營(yíng)商提高現(xiàn)網(wǎng)盈利能力，以及建設(shè)LTE IP承載網(wǎng)的需求而提出的。未來(lái)，華為的QoS解決方案將會(huì)服務(wù)于更多運(yùn)營(yíng)商，為用戶提供更加流暢和精細(xì)的QoS保證。