EPS系統(tǒng)中業(yè)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(shù)有限公司，重慶 400065）

隨著網(wǎng)絡(luò)向全IP化的快速發(fā)展，由無線接口長期演進（LTE）和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)演進（SAE）兩個重要部分組成的演進分組系統(tǒng)（EPS）成為支持全面的分組系統(tǒng)之一。EPS系統(tǒng)中定義了分組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)（PDN）連接業(yè)務的概念，PDN連接業(yè)務是指EPS網(wǎng)絡(luò)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(yè)務數(shù)據(jù)流的傳輸。

在EPS系統(tǒng)中，服務質(zhì)量（QoS）的控制基本粒度是承載，即同一承載上的所有業(yè)務數(shù)據(jù)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(yè)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(yè)務數(shù)據(jù)流進行分類并分發(fā)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(yè)務流模板（TFT）如何將不同QoS需求的IP分組數(shù)據(jù)匹配發(fā)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(xiàn)方案。

1 TFT概述

1.1 EPS承載

EPS系統(tǒng)提供端到端QoS，其沿用了UMTS系統(tǒng)相似的QoS框架，即分層次、分區(qū)域的QoS體系結(jié)構(gòu)，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(yè)務。EPS承載業(yè)務架構(gòu)如圖1所示。

圖1 EPS承載業(yè)務架構(gòu)

在上行方向中，UE存儲一上行分組過濾器和一數(shù)據(jù)無線承載之間的映射關(guān)系去建立業(yè)務數(shù)據(jù)流和數(shù)據(jù)無線承載的綁定。在下行方向中，PDN網(wǎng)關(guān)存儲一下行PF和一S5/S8承載的映射關(guān)系去建立業(yè)務數(shù)據(jù)流和S5/S8的綁定。在上行和下行方向中，eNB存儲一數(shù)據(jù)無線承載和一S1承載之間的一一映射關(guān)系去建立數(shù)據(jù)無線承載和S1承載的綁定。在上行和下行方向中，服務網(wǎng)關(guān)存儲一S1承載和一S5/S8承載之間的一一映射關(guān)系去建立S1承載和S5/S8的綁定。

EPS系統(tǒng)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(guān)系如表1中所示。

表1 EPS承載關(guān)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(guān)系是通過TFT及其中的分組過濾器（PF）來實現(xiàn)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(yè)務數(shù)據(jù)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(yōu)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(yōu)先級取值范圍是0（優(yōu)先級最高）～255（優(yōu)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;

第8段里endless procession of women，endless一詞的使用給讀者留下深刻的印象，可以想象,他經(jīng)歷的女性的確不少。這些女性如同行軍般一個接一個出現(xiàn)在他生命里。

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

7）Flow Label（IPv6）。

其中“remote”代表外網(wǎng)實體，“l(fā)ocal”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(shù)和TFT，而每個TFT最多含有16個PF。PDN連接與EPS承載、TFT、PF關(guān)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(guān)系

EPS系統(tǒng)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(yōu)先級從高到低原則依次與PDU進行匹配。如果接收的PDP協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU）頭部參數(shù)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(yè)務需求的EPS承載的情況下，UE和網(wǎng)絡(luò)之間的IP分組數(shù)據(jù)通過TFT來區(qū)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(yōu)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(yōu)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(xiàn)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(jù)匹配成功的PF中對應EBI映射得出的。

3 匹配實現(xiàn)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(xié)議號等）進行比較來實現(xiàn)，IP分組包與PF匹配根據(jù)PF優(yōu)先級從高到低原則匹配。PF中存在的屬性值通過從網(wǎng)絡(luò)側(cè)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(jù)表2可知此bitmap可用8位無符號字符構(gòu)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(xiàn)流程圖。

表3 bitmap中各比特位含義

通過圖4的實現(xiàn)流程最終可實現(xiàn)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(xiàn)

4 小結(jié)

EPS系統(tǒng)中，用戶能夠建立多個承載，體驗不同業(yè)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(xiàn)方案，為了更快實現(xiàn)PF與IP分組包的匹配，對本文給出方案的優(yōu)化可作為下一研究目標。

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［6］查敦林，郭曉東，孫知信.LTE/SAE的QoS研究［J］.計算機技術(shù)與發(fā)展，2010，20（11）:250-252.

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