EPS系統中業務流模板研究

佘廣橋，段紅光，李 暾

（1.重慶郵電大學通信學院，重慶400065;2.重慶重郵信科通信技術有限公司，重慶 400065）

隨著網絡向全IP化的快速發展，由無線接口長期演進（LTE）和系統結構演進（SAE）兩個重要部分組成的演進分組系統（EPS）成為支持全面的分組系統之一。EPS系統中定義了分組數據網絡（PDN）連接業務的概念，PDN連接業務是指EPS網絡提供在UE與PLMN的外部PDN之間的IP連接，可支持一個或者多個業務數據流的傳輸。

在EPS系統中，服務質量（QoS）的控制基本粒度是承載，即同一承載上的所有業務數據流將獲得同樣的QoS保障，不同承載類型提供不同的QoS保障。一個EPS承載可看作UE與PDN_GW之間的邏輯電路，業務流模板（TFT）中的每個分組包過濾器（PF）對應一個EPS承載。通過與承載對應的PF，將PDN下的業務數據流進行分類并分發到不同的EPS承載上傳輸。

下文將通過介紹TFT基本概念，分析上行方向的業務流模板（TFT）如何將不同QoS需求的IP分組數據匹配發送到相應的EPS承載上，然后給出一種PF與IP分組包之間的匹配實現方案。

1 TFT概述

1.1 EPS承載

EPS系統提供端到端QoS，其沿用了UMTS系統相似的QoS框架，即分層次、分區域的QoS體系結構，上層的QoS要求分解為下層的QoS屬性，下層為上層提供承載業務。EPS承載業務架構如圖1所示。

圖1 EPS承載業務架構

在上行方向中，UE存儲一上行分組過濾器和一數據無線承載之間的映射關系去建立業務數據流和數據無線承載的綁定。在下行方向中，PDN網關存儲一下行PF和一S5/S8承載的映射關系去建立業務數據流和S5/S8的綁定。在上行和下行方向中，eNB存儲一數據無線承載和一S1承載之間的一一映射關系去建立數據無線承載和S1承載的綁定。在上行和下行方向中，服務網關存儲一S1承載和一S5/S8承載之間的一一映射關系去建立S1承載和S5/S8的綁定。

EPS系統中有以下承載類型概念:默認承載、專用承載、保證比特速率（GBR）承載和Non-GBR承載，其關系如表1中所示。

表1 EPS承載關系

1.2 TFT概念

用戶的IP包需要映射到不同的EPS承載，以獲取相應的QoS保障，這樣的映射關系是通過TFT及其中的分組過濾器（PF）來實現的。TFT是相應EPS承載上所有PF的集合，PF表示將用戶的一種用戶業務數據流（SDF）映射到相應EPS承載上。

一個TFT由一個或多個下行分組過濾器或是0個及多個上行分組過濾器組成。其中每個PF通過惟一分組過濾器標識符（PF ID）來識別，同時含有一優先級索引（EPI），該EPI的取值在使用相同 IP地址和APN的所有EPS承載的同一方向（上行或下行方向）下是惟一的，優先級取值范圍是0（優先級最高）～255（優先級最低）。

因此，每個合法的上行或下行PF都包含:在給定TFT中的惟一PF ID、在同一IP地址和APN的同一方向（上行或下行）的所有PF中的惟一EPI以及至少一個下列屬性:

1）Remote Address and Subnet Mask;

2）Protocol Number（IPv4）/Next Header（IPv6）;

3）Local Port Range;

4）Remote Port Range;

5）IPSec Security Parameter Index（SPI）.IPSec;

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6）Type of Service（TOS）（IPv4）/Traffic class（IPv6）and Mask;

7）Flow Label（IPv6）。

其中“remote”代表外網實體，“local”代表 MS。以上屬性中，有些屬性是可與其他屬性共存的，而有些屬性是不能與一些特定屬性共存的。如表2中列出了PF有效屬性組合，其中標記“X”的屬性可以共存在同一PF中。通過EPS承載索引（EBI）可將所有PF與EPS承載相互映射，每個EPS承載有對應的EBI參數和TFT，而每個TFT最多含有16個PF。PDN連接與EPS承載、TFT、PF關系如圖2所示。

表2 有效PF屬性組合

圖2 PDN連接與EPS承載、TFT、PF關系

EPS系統中，PDN連接可能存在多個專用承載（含有多個PF），PF匹配按PF優先級從高到低原則依次與PDU進行匹配。如果接收的PDP協議數據單元（PDU）頭部參數與某PF中有效屬性組合的屬性值全匹配，則PDU與PF匹配成功，同時PDU可在本PF映射的無線承載上傳輸。

2 TFT使用

在使用相同的IP地址和接入點名稱（APN），同時存在2個或以上的基于不同QoS業務需求的EPS承載的情況下，UE和網絡之間的IP分組數據通過TFT來區分在哪個EPS承載上進行傳輸。

TFT模板主要完成以下功能:

1）完成接收到的所有IP分組包與PF匹配，直至匹配成功;

2）將匹配成功的IP分組包與EPS承載進行綁定及傳輸。

以下描述上行方向IP分組包與PF綁定過程，參考圖3。

1）首先選用優先級最高的PF進行匹配，若匹配成功，則將IP分組包與相應的承載進行綁定;

2）若匹配失敗，則選擇具有低一級優先級的PF進行匹配，直到綁定成功或所有PF都匹配完成為止;

3）若默認承載上沒有分配TFT，所有PF匹配未成功的IP分組包將與默認承載綁定傳輸，否則丟棄本IP分組包。

圖3 IP分組包與PF匹配過程

從以上所述可知，PF與IP分組包的匹配過程主要是實現IP分組包分類到正確無線承載傳送，送往何種無線承載是根據匹配成功的PF中對應EBI映射得出的。

3 匹配實現流程

TFT中分組過濾器PF與IP分組包的匹配，利用各個PF中存在的屬性值與IP分組包包頭信息（如源端口、目的端口、協議號等）進行比較來實現，IP分組包與PF匹配根據PF優先級從高到低原則匹配。PF中存在的屬性值通過從網絡側獲取，然后保存到UE中用于之后的IP包匹配比較。利用bitmap表示PF中各屬性的有效性，根據表2可知此bitmap可用8位無符號字符構造:某比特對應某匹配屬性，當某比特位為1時表示此屬性有效，需要匹配比較，反之無效，不匹配比較，只使用前7比特位。表3表示bitmap中比特位對應PF屬性，其中bitmap中最低比特位對應第1比特位。圖4為PF與IP分組包匹配實現流程圖。

表3 bitmap中各比特位含義

通過圖4的實現流程最終可實現各個上行IP分組包在正確的無線承載進行傳送。

圖4 PF與IP分組包匹配實現

4 小結

EPS系統中，用戶能夠建立多個承載，體驗不同業務需求，如果沒有很好地及時地將IP分組包與PF匹配成功傳輸，會影響用戶體驗。本文通過對TFT模板的研究，對于上行方向PF與IP分組包之間的匹配給出一種基本的匹配實現方案，為了更快實現PF與IP分組包的匹配，對本文給出方案的優化可作為下一研究目標。

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