本文部分內(nèi)容引自（深入淺出4G網(wǎng)絡(luò)——LTE/EPC）
QoS 概念
- QoS（Quality of Service）忱屑，即服務(wù)質(zhì)量颠毙，指使用戶在吞吐率魔招、延遲抖動(dòng)、延遲嵌溢、丟包率等方面獲得預(yù)期服務(wù)水平所采取的一系列技術(shù)的集合眯牧。
- 通俗講，就是對不同業(yè)務(wù)需求赖草，提供不同質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)学少。
基于QoS的角度，將人們使用的豐富多彩的APP抽象為4種類型
- 對延遲和丟包都敏感的業(yè)務(wù)——會話類業(yè)務(wù)（Conversational Class）：
- 語音業(yè)務(wù)
- 在線游戲
玩王者榮耀時(shí)候你一個(gè)大招丟過去秧骑，卡了一下版确，結(jié)果自己已經(jīng)掛了是什么情況？
- 對延遲敏感乎折、丟包率不敏感的業(yè)務(wù)——流類業(yè)務(wù)（Streaming Class）：
- 在線視頻
有點(diǎn)失真可以忍受绒疗，不卡就行。
- 對丟包率敏感骂澄、延遲不太敏感的業(yè)務(wù)——交互類（Interactive Class）：
- 即時(shí)通信
晚到一秒問題不大~
- 對丟包率敏感吓蘑、延遲特別不敏感的業(yè)務(wù)——背景類（Background Class）：
- P2P 下載
- FTP 傳輸
掛在那下載，干別的去坟冲，誰知道什么時(shí)候下完磨镶。
QoS 關(guān)鍵參數(shù)
用公路來形容EPS網(wǎng)絡(luò)QoS控制：
- 有沒有路可以走？（承載建立和搶占）
- 公路限速是多少健提？路面平整度如何琳猫？（數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)的優(yōu)先級、延遲私痹、丟包率）
- 公路有幾條車道脐嫂？（帶寬）
這三點(diǎn)分別對應(yīng)QoS的3個(gè)關(guān)鍵參數(shù)：ARP（能不能占）统刮、QCI（占得質(zhì)量如何）、MBR/GBR（占多少）账千。
ARP
ARP（Allocation and Retention Priority网沾，分配保留優(yōu)先級），用來標(biāo)識業(yè)務(wù)獲取承載的能力蕊爵，即該承載能否建立和保持（搶占和被搶占）的優(yōu)先級。
ARP包含三個(gè)參數(shù)：
- 優(yōu)先級桦山，Priority Level：創(chuàng)建承載而無可用資源時(shí)攒射，搶占其他已建立承載，以及承載建立后被其他新建承載搶占的優(yōu)先級恒水。（取值1-15会放，1最高）
- 搶占能力，Pre-emption Capability：創(chuàng)建或修改承載而資源不足時(shí)钉凌，能否搶占低優(yōu)先級承載咧最。（取值0或1）
-
被搶占能力，Pre-emption Vulnerability：資源不足時(shí)御雕，該承載能否被其他更高優(yōu)先級的新建或修改承載所搶占矢沿。（取值0或1）
圖1 InitialContextSetupReq.消息中ARP值
同時(shí)包含QCI參數(shù)，默認(rèn)承載QCI=6酸纲，ARP Pri=6捣鲸。
QCI
QCI（QoS Classification Identifier，QoS分類標(biāo)識）闽坡，占用一個(gè)字節(jié)栽惶，取值范圍0-255。
在R8版本中規(guī)定了1~9的標(biāo)準(zhǔn)QCI值疾嗅，分別對應(yīng)不同的QoS質(zhì)量要求外厂。
| QCI | 資源類型 | 優(yōu)先級 | 延遲 | 丟包率 | 服務(wù)示例 |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | GBR | 2 | 100ms | 10^-2 | Conversational Voice |
| 2 | GBR | 4 | 150ms | 10^-3 | Conversational Voice (Live Streaming) |
| 3 | GBR | 3 | 50ms | 10^-6 | Conversational Voice (Live Streaming) |
| 4 | GBR | 5 | 300ms | 10^-6 | Non-Conversational Video (Buffered Streaming) |
| 5 | Non-GBR | 1 | 100ms | 10^-6 | IMS Signaling |
| 6 | Non-GBR | 6 | 300ms | 10^-3 | Video (Buffer Streaming), TCP based (e.g. www. e-mail, chat, ftp, p2p file sharing, progressive video, etc.) |
| 7 | Non-GBR | 7 | 100ms | 10^-6 | Voice, Video (Live Streaming), Interactive Gaming |
| 8/9 | Non-GBR | 8/9 | 300ms | 10^-6 | Video (Buffer Streaming), TCP based (e.g. www. e-mail, chat, ftp, p2p file sharing, progressive video, etc.) |
表1 QCI量化定義（TS 23.203 6.1.7.2）
中國聯(lián)通QCI參數(shù)
- 默認(rèn)承載：6
- VoLTE IMS信令默認(rèn)承載：5
- VoLTE語音承載：1
- VoLTE視頻承載：2
- QCI 1~4 是GBR（Guarantee Bit Rate，保證帶寬）業(yè)務(wù)代承。這種業(yè)務(wù)一般需要 持續(xù)等帶寬傳送汁蝶，如視頻或語音類業(yè)務(wù)。
- QCI 5~9 是Non-GBR（非保證帶寬）業(yè)務(wù)论悴。這種業(yè)務(wù)一般符合“突發(fā)”傳送的帶寬模型（瀏覽網(wǎng)頁）穿仪，或用戶對帶寬是否均勻并不關(guān)心（FTP下載）。雖然不保證帶寬意荤，但可能對時(shí)延要求非常高啊片，如QCI=5的IMS信令消息，用于VoLTE語音通話的控制玖像，對時(shí)延非常敏感紫谷。
QCI的作用
EPC核心網(wǎng)不必像2/3G那樣把所有的QoS參數(shù)全部傳給無線側(cè)網(wǎng)元齐饮，而只需要將QCI傳遞給無線側(cè)。且基于QCI笤昨，各網(wǎng)元可以按相同標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行QoS控制祖驱。
QCI是LTE網(wǎng)絡(luò)執(zhí)行QoS轉(zhuǎn)發(fā)質(zhì)量控制的主線索。
GBR/MBR
- 保證比特率 GBR（Guarantee Bit Rate）：為承載提供保證的帶寬瞒窒，無論適用與否捺僻，帶寬不變。
- 最大比特率 MBR（Maximum Bit Rate）：為承載能夠提供的最大帶寬崇裁，但無法確保匕坯。
除此之外還有兩個(gè)聚合最大比特率（AMBR，Aggregate Maximum Bit Rate）參數(shù)： - APN-AMBR：一個(gè)用戶的同一APN的PDN連接中所有的Non-GBR承載聚合（可共享的）最大比特率拔稳。
-UE-AMBR：一個(gè)UE終端所創(chuàng)建的所有Non-GBR承載的聚合最大比特率葛峻。
端到端QoS實(shí)現(xiàn)
QCI作為LTE網(wǎng)絡(luò)QoS的標(biāo)識，只存在于LTE網(wǎng)元（eNB巴比、MME术奖、SAEGW）中，而對于其它層級的設(shè)備（數(shù)通路由器等）轻绞，是無法理解QCI的采记。
為了使它們能夠保持一致的QoS控制，需要從數(shù)據(jù)包中獲取到其能識別的QoS信息政勃，才能保障整個(gè)端到端通路上統(tǒng)一的QoS策略挺庞。
這就需要將QCI映射到不同層級設(shè)備的相應(yīng)QoS控制參數(shù)上，如IP層的DSCP稼病、MPLS層的EXP选侨、二層的VLAN優(yōu)先級等。
- eNB根據(jù)用戶QCI標(biāo)注上行DSCP然走。
- MME設(shè)置信令消息的DSCP援制。
- SAEGW對GTPU和GTPC分別設(shè)置優(yōu)先級，實(shí)現(xiàn)更詳細(xì)的DSCP分類芍瑞。
UE晨仑、MME、HSS拆檬、PCRF等網(wǎng)元分別提出QoS參數(shù)洪己，在QoS策略協(xié)商一致并建立承載后，在承載轉(zhuǎn)發(fā)的底層設(shè)備中竟贯，會將頂層QoS參數(shù)（QCI答捕、ARP、MBR屑那、GBR等）轉(zhuǎn)換為底層能夠識別的相應(yīng)參數(shù)拱镐，然后封裝包并發(fā)送艘款。這就保障了在承載通路各個(gè)環(huán)節(jié)都能使QoS策略保持一致。
| QCI | IP DSCP | MPLS EXP | VLAN優(yōu)先級 | PTN QoS | 業(yè)務(wù) |
|---|---|---|---|---|---|
| 56 | 7 | 7 | CS7 | 協(xié)議報(bào)文 | |
| 48 | 6 | 6 | CS6 | 協(xié)議報(bào)文 | |
| 5 | 46 | 5 | 5 | EF | IMS信令 |
| 1 | 32 | 4 | 4 | AF4 | VoLTE語音 |
| 6 | 24 | 3 | 3 | AF3 | 分組數(shù)據(jù) |
| 2沃琅、3哗咆、4 | 16 | 2 | 2 | AF2 | VoLTE視頻、O&M等 |
表2 不同業(yè)務(wù)的QoS映射關(guān)系
業(yè)務(wù)和承載
QoS三要素（QCI益眉、ARP晌柬、GBR/MBR）最終都會與承載相關(guān)聯(lián)，并最終關(guān)聯(lián)到業(yè)務(wù)郭脂，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的QoS控制年碘。
幾個(gè)概念：
- PDN連接（PDN Connection）：由誰發(fā)起訪問，最終訪問誰的一個(gè)組合朱庆，終端的IP地址確定由誰發(fā)起訪問，APN確定最終訪問誰（詳見TS 23.401 3.1）闷祥。
- EPS承載（EPS Bearer）：同一個(gè)承載使用相同的QoS策略娱颊，在一個(gè)PDN連接中如果有不同的QoS需求，就需要建立多個(gè)EPS承載（詳見TS 23.401 4.7.2.1）凯砍。
- 默認(rèn)承載（Default Bearer）：在創(chuàng)建PDN連接時(shí)首先建立的承載箱硕，與PDN連接共存亡（詳見TS 23.401 3.1）。默認(rèn)承載是Non-GBR承載悟衩，中國聯(lián)通的默認(rèn)承載QCI取值為6剧罩。
-
專有承載（Dedicated Bearer）：默認(rèn)承載無法滿足業(yè)務(wù)QoS需求時(shí)，需創(chuàng)建專有承載座泳，它可以是GBR惠昔，也可以是Non-GBR，它可由網(wǎng)絡(luò)或終端側(cè)發(fā)起（Create Bearer Request）挑势。
承載由Bearer ID標(biāo)識镇防，對應(yīng)于2/3G網(wǎng)絡(luò)中的NSAPI/RAB ID。
圖3 不同承載QoS控制
- APN和UE IP地址決定了PDN連接
- 一個(gè)PDN連接中的Non-GBR承載（包括默認(rèn)承載）的聚合最大帶寬由APN-AMBR決定
- 所有PDN連接中的Non-GBR承載（包括各PDN連接的默認(rèn)承載）的聚合最大帶寬由UE-AMBR決定
TFT
TFT（Traffic Flow Template潮饱，業(yè)務(wù)流模板）是業(yè)務(wù)和承載間關(guān)聯(lián)的紐帶来氧。UE上由上行TFT做上行業(yè)務(wù)流到承載的映射，PGW上由下行TFT做下行業(yè)務(wù)流到承載的映射（詳見TS 23.401 4.7.2.1）香拉。
TFT在建立承載時(shí)創(chuàng)建啦扬，專有承載必須關(guān)聯(lián)TFT，默認(rèn)承載擁有默認(rèn)的TFT凫碌，當(dāng)業(yè)務(wù)沒有可供映射的專有承載TFT時(shí)扑毡，映射到默認(rèn)承載的默認(rèn)TFT。
TFT與包過濾器（Packet Filter）結(jié)合盛险，來實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的識別和分流僚楞。
包過濾器類似IP五元組勤晚，但除了協(xié)議、源/目的地址/端口外還額外定義了一些屬性信息泉褐。在創(chuàng)建專有承載和TFT時(shí)赐写，發(fā)起方會同時(shí)攜帶Packet Filter信息，其它網(wǎng)元節(jié)點(diǎn)就會同時(shí)創(chuàng)建該P(yáng)acket Filter并與此TFT相關(guān)聯(lián)膜赃，即實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)到承載的映射挺邀。
一個(gè)TFT可以關(guān)聯(lián)多個(gè)Packet Filter，在承載的生命周期里跳座，網(wǎng)絡(luò)側(cè)和終端還可以新增端铛、修改（Replace）、刪除Packet Filter來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)流和承載的重新關(guān)聯(lián)疲眷、刪除等操作禾蚕。
- 一個(gè)UE可以建立一個(gè)或多個(gè)PDN連接（3gnet、3gwap等不同APN）
- 一個(gè)PDN連接由APN和IP地址決定几颜，可以包含一個(gè)或多個(gè)EPS承載（默認(rèn)承載x1倍试、專有承載xN）
- 一個(gè)EPS承載由BearerID、QoS參數(shù)等控制蛋哭，對應(yīng)于一個(gè)TFT
- 一個(gè)TFT可以包含一個(gè)或多個(gè)包過濾器县习，由TFT+包過濾器的組合映射到不同業(yè)務(wù)
QoS的決策
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網(wǎng)絡(luò)側(cè)協(xié)商——互相妥協(xié)：在2/3G的GPRS網(wǎng)絡(luò)中，業(yè)務(wù)的最終QoS由協(xié)商產(chǎn)生谆趾。
- 終端發(fā)起業(yè)務(wù)時(shí)（激活PDP上下文）時(shí)會攜帶請求的QoS躁愿；
- HLR中有用戶簽約的QoS，并將其下發(fā)到SGSN中沪蓬；
- SGSN/GGSN中可以設(shè)置全局QoS攘已；
- 最終QoS由這幾個(gè)QoS中的最小值決定（木桶效應(yīng)）。
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網(wǎng)絡(luò)側(cè)控制——獨(dú)斷決定：4G EPS網(wǎng)絡(luò)中怜跑，網(wǎng)絡(luò)將QoS決策權(quán)力回收样勃，完全由網(wǎng)絡(luò)側(cè)來決定QoS。
- 在建立默認(rèn)承載時(shí)UE不再提出QoS性芬，而是由HSS中用戶簽約的默認(rèn)承載ARP峡眶、QCI、APN-AMBR來建立會話和承載植锉。當(dāng)存在PCRF的QoS控制時(shí)辫樱，PCRF中關(guān)于該終端的QoS優(yōu)先級要高于HSS簽約QoS，PGW會用PCRF的QoS覆蓋HSS的QoS來建立會話和承載俊庇。
- 專有承載的QoS完全由PCRF中的簽約QoS（GBR）決定狮暑。
- PCRF是QoS的最權(quán)威提供方鸡挠。
- 網(wǎng)絡(luò)側(cè)控制+MME限制——一票否決：在漫游場景下，QoS由終端歸屬地PCRF來完全控制搬男，若歸屬地PCRF建立了占用大量帶寬資源的GBR類型的專有承載時(shí)拣展，可能會耗光本PLMN的資源，使本地用戶無資源可用缔逛。此時(shí)對“非信任”QoS決策者（非本網(wǎng)PCRF）所分配的QoS需加以限制备埃，此時(shí)可在MME上對部分漫游用戶配置QoS上限來加以管控。
