分組傳送網(wǎng)承載LTE業(yè)務(wù)的QoS保障方案研究

摘 要：結(jié)合LTE網(wǎng)絡(luò)和分組傳送網(wǎng)的QoS保障機(jī)制，對(duì)LTE業(yè)務(wù)QoS參數(shù)在分組網(wǎng)中傳送的映射過(guò)程進(jìn)行分析，并針對(duì)LTE業(yè)務(wù)的QoS保障需求，提出了適用于承載LTE業(yè)務(wù)的分組傳送網(wǎng)QoS映射方案，實(shí)現(xiàn)對(duì)LTE精品業(yè)務(wù)的有效保障，符合目前運(yùn)營(yíng)商的建網(wǎng)思路。

關(guān)鍵詞：QoS；LTE；分組傳送網(wǎng)

中圖分類號(hào)：TN929.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-7712 （2015） 02-0000-01

隨著國(guó)內(nèi)4G牌照的發(fā)放，各運(yùn)營(yíng)商LTE業(yè)務(wù)逐步開(kāi)始規(guī)模化商用，我國(guó)已正式進(jìn)入4G時(shí)代。LTE業(yè)務(wù)應(yīng)用較3G時(shí)代類型更加豐富多樣，對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求更大，對(duì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)延、抖動(dòng)等的要求更加嚴(yán)格[1]。同時(shí)，隨著LTE用戶的不斷增加，移動(dòng)網(wǎng)流量將出現(xiàn)快速增長(zhǎng)，為承載網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)巨大的流量壓力，需要其承載網(wǎng)絡(luò)具備強(qiáng)大的QoS調(diào)度、數(shù)據(jù)高速處理與轉(zhuǎn)發(fā)能力。

因此，作為L(zhǎng)TE業(yè)務(wù)承載網(wǎng)絡(luò)的分組傳送網(wǎng)，如何適應(yīng)LTE業(yè)務(wù)的新特點(diǎn)，滿足各種LTE應(yīng)用差異化的承載要求，實(shí)現(xiàn)對(duì)LTE業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量有效保障，是亟需研究的內(nèi)容。

一、QoS保障機(jī)制分析

（一）LTE網(wǎng)絡(luò)QoS機(jī)制

3GPP規(guī)定了LTE網(wǎng)絡(luò)的QoS架構(gòu)[2]，該架構(gòu)定義了在LTE手機(jī)終端與LTE核心網(wǎng)之間實(shí)現(xiàn)QoS控制的過(guò)程。LTE核心網(wǎng)EPS（Evolved Packet System，演進(jìn)分組系統(tǒng)）系統(tǒng)中，進(jìn)行QoS控制的基本粒度是EPS承載[3]。EPS承載是在LTE網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部動(dòng)態(tài)建立的一條邏輯電路，存在于UE和PGW之間，貫穿了整個(gè)LTE網(wǎng)絡(luò)。

承載級(jí)的QoS參數(shù)包括QCI、ARP、GBR、MBR、以及AMBR。其中在網(wǎng)絡(luò)中傳遞QoS指標(biāo)的關(guān)鍵參數(shù)為QCI，它是一個(gè)數(shù)量等級(jí)，每個(gè)值代表了一個(gè)其它參數(shù)特定取值的組合，如轉(zhuǎn)發(fā)優(yōu)先級(jí)、時(shí)延和丟包率等指標(biāo)值的大小。

（二）分組傳送網(wǎng)QoS機(jī)制

分組傳送網(wǎng)采用的QoS實(shí)現(xiàn)機(jī)制是由IETF提出的DiffServ服務(wù)模型，該模型由網(wǎng)絡(luò)邊緣設(shè)備根據(jù)一定規(guī)則對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行分類，并在IP或MPLS報(bào)頭中添加相應(yīng)的優(yōu)先級(jí)標(biāo)識(shí)，網(wǎng)絡(luò)中的其它設(shè)備根據(jù)數(shù)據(jù)包中不同的優(yōu)先級(jí)標(biāo)識(shí)采用不同的轉(zhuǎn)發(fā)策略，以保證相應(yīng)的QoS需求，在網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)包的端到端的QoS保障。

分組傳送網(wǎng)中在采用802.1P和MPLS EXP值標(biāo)識(shí)業(yè)務(wù)的優(yōu)先級(jí)，取值范圍均為0-7，7為最高，0為最低。根據(jù)QoS等級(jí)劃分的標(biāo)準(zhǔn)，網(wǎng)絡(luò)控制信息和路由器協(xié)議信息的優(yōu)先級(jí)最高，高質(zhì)量數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)次之，中質(zhì)量數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)第三，一般質(zhì)量數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)第四，低質(zhì)量數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)第五，無(wú)質(zhì)量要求業(yè)務(wù)不作保障。

二、端到端的QoS保障方案

實(shí)現(xiàn)對(duì)LTE業(yè)務(wù)的端到端QoS保障，需要在數(shù)據(jù)包傳送經(jīng)過(guò)的所有網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)對(duì)LTE業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)的逐級(jí)區(qū)分和傳送。具有QoS需求的LTE業(yè)務(wù)流穿越承載網(wǎng)絡(luò)到達(dá)LTE核心網(wǎng)的主要過(guò)程如下：

（1）LTE終端根據(jù)與無(wú)線側(cè)QoS協(xié)商結(jié)果，在發(fā)送具有特定QoS需求的數(shù)據(jù)時(shí)，采用相應(yīng)QCI參數(shù)的EPS承載，發(fā)送至eNodeB。

（2）數(shù)據(jù)到達(dá)eNodeB后，由eNodeB將各EPS承載的QCI值映射為DSCP/802.1P優(yōu)先級(jí)后，發(fā)送至分組傳送網(wǎng)的接入層設(shè)備。

（3）分組傳送網(wǎng)接入層設(shè)備將收到數(shù)據(jù)包的DSCP/802.1P優(yōu)先級(jí)映射為MPLS EXP優(yōu)先級(jí)，后發(fā)送給匯聚層以上設(shè)備。

（4）數(shù)據(jù)包在分組傳送網(wǎng)、IP承載網(wǎng)中傳送時(shí)保持該EXP標(biāo)記進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。

（5）數(shù)據(jù)包到達(dá)LTE核心網(wǎng)前還原為DSCP優(yōu)先級(jí)，并發(fā)送給SGW設(shè)備。

QoS標(biāo)記在無(wú)線接入網(wǎng)、分組傳送網(wǎng)、IP承載網(wǎng)、LTE核心網(wǎng)中逐級(jí)映射，各網(wǎng)絡(luò)設(shè)備根據(jù)QoS優(yōu)先級(jí)標(biāo)記采用預(yù)先制定的相應(yīng)的轉(zhuǎn)發(fā)策略，對(duì)高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)LTE業(yè)務(wù)的端到端QoS的保障。

三、QoS參數(shù)映射方案

通過(guò)上述分析可以發(fā)現(xiàn)，數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中傳送時(shí)，其QoS參數(shù)在不同的網(wǎng)絡(luò)層面使用不同的指標(biāo)表示。在EPS承載層面使用QCI表示該承載上所傳送數(shù)據(jù)的優(yōu)先級(jí)、時(shí)延、抖動(dòng)和丟包率特性，在IP傳輸層面上使用DSCP表示數(shù)據(jù)的優(yōu)先級(jí)、時(shí)延、抖動(dòng)和丟包率特性，在MPLS傳輸層面上使用MPLS EXP表示數(shù)據(jù)的優(yōu)先級(jí)、時(shí)延、抖動(dòng)和丟包率特性，在以太網(wǎng)二層傳輸層面上使用802.1P表示優(yōu)先級(jí)、時(shí)延、抖動(dòng)和丟包率特性。為了在網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的端到端的QoS保障，需要制定以上各層面的QoS參數(shù)之間相互映射的方案，確保數(shù)據(jù)在各網(wǎng)絡(luò)中傳送時(shí)服務(wù)質(zhì)量的有效保障。

根據(jù)LTE系統(tǒng)各業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的QoS需求，以及分組傳送網(wǎng)目前采用的業(yè)務(wù)等級(jí)QoS劃分標(biāo)準(zhǔn)，各種LTE業(yè)務(wù)的優(yōu)先級(jí)在分組傳送網(wǎng)中的映射方案為：

（1）IMS信令優(yōu)先級(jí)最高，設(shè)置為6。

（2）交互式語(yǔ)音通話、視頻通話、實(shí)時(shí)在線游戲、高品質(zhì)視頻業(yè)務(wù)，優(yōu)先級(jí)第二，設(shè)置為5。

（3）非實(shí)時(shí)視頻業(yè)務(wù)，語(yǔ)音、視頻直播、交互式游戲等業(yè)務(wù)，優(yōu)先級(jí)稍低，設(shè)置為3。

（4）一般互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)不作保障。

四、結(jié)束語(yǔ)

目前，運(yùn)營(yíng)商的建網(wǎng)思路已由擴(kuò)容網(wǎng)絡(luò)帶寬，以大帶寬、低負(fù)荷的網(wǎng)絡(luò)保障業(yè)務(wù)質(zhì)量的粗放型管理模式，逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榱髁拷?jīng)營(yíng)，部署差異化QoS策略保障重點(diǎn)業(yè)務(wù)的精細(xì)化管理模式。LTE業(yè)務(wù)高帶寬、低時(shí)延的特性，對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬以及轉(zhuǎn)發(fā)性能提出了較高要求，運(yùn)營(yíng)商采用擴(kuò)容網(wǎng)絡(luò)帶寬保障LTE業(yè)務(wù)的建網(wǎng)方式將面臨巨大的投資壓力，已不符合目前網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)思路。因此，通過(guò)在網(wǎng)絡(luò)中部署LTE業(yè)務(wù)QoS保障方案，實(shí)現(xiàn)對(duì)LTE精品業(yè)務(wù)的有效保障，將成為運(yùn)營(yíng)商建設(shè)優(yōu)質(zhì)LTE承載網(wǎng)絡(luò)所采用的主要方式。

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