LTE_中的QoS

LTE 中的QoS （1）

(2010-05-19 09:56:49)

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标签： 分类： LTECallProcessing

杂谈

EPS系统中，QoS控制的基本粒度是EPS承载(Bearer)，即相同承载上的所有数

据流将获得相同的QoS保障（如调度策略，缓冲队列管理，链路层配置等），不

同的QoS保障需要不同类型的EPS承载来提供。

在EPS系统中，PDN指的是外部的数据网络（相对于LTE运营商而言），例如

Internet，企业专用数据网等。APN（接入点名称）的值作为PDN网络的标识， PDN

GW位于EPC和PDN的边界。EPS Bearer存在于UE和PDN GW之间。通常情况下

（GTP Based S5/S8），EPS承载可以看作是UE与分组数据网网关(PDN-GW)之间

的逻辑电路，（对于基于PMIP的S5/S8接口，一般认为EPS Bearer存在与UE

与SGW之间）。EPS承载取代了UMTS网络中的分组数据协议上下文（PDP Context）。

根据QoS的不同， EPS Bear可以划分为两大类： GBR(Guranteed Bit Rate) 和

Non－GBR。所谓GBR，是指承载要求的比特速率被网络“永久”恒定的分配，即

使在网络资源紧张的情况下，相应的比特速率也能够保持。MBR(Maximum Bit Rate)

参数定义了GBR Bear在资源充足的条件下，能够达到的速率上限。MBR的值有

可能大于或等于GBR的值。相反的，Non－GBR指的是在网络拥挤的情况下，业

务（或者承载）需要承受降低速率的要求，由于Non－GBR承载不需要占用固定

的网络资源，因而可以长时间地建立。而GBR承载一般只是在需要时才建立。

EPS系统中，为了提高用户体验，减小业务建立的时延，真正实现用户的“永远

在线”，引入了默认承载（Default Bearer）的概念，即在用户开机，进行网络

附着的同时，为该用户建立一个固定数据速率的默认承载，保证其基本的业务需

求，默认承载是一种Non－GBR承载。一般来说，每个PDN连接都对应着一个

Default Bearer和一个IP Address，只有在UE和PDN都支持IPV4，IPV6双协

议栈，一个PDN连接才有可能对应两个Default Bearer和IP Address，UE在此

PDN连接的有效期内将会一直保持此Default Bearer（IP 地址有可能变化吗？）。

如果UE存在与多个PDN的连接，那么UE可以有多个Default EPS Bear和IP

地址。默认承载的QoS参数可以来自于从归属用户服务器(HSS)中获取的签约数

据，也可以通过PCRF交互或者基于本地配置来改变这些值。

为了给相同IP地址的UE提供具有不同QoS保障的业务，如视频通话，移动电视

等，需要在UE和PDN 之间建立一个或多个Dedicated EPS Bear。连接到相同

PDN的其他EPS承载称为专有承载，运营商可以根据PCRF（Policy And Charging

Resource Function）定义的策略，将不同的数据流映射到相应的Dedicated EPS

Bear上，并且对不同的EPS Bear采用不同的QoS机制。专有承载可以是GBR承

载，也可以是Non－GBR承载。专有承载的创建或修改只能由网络侧来发起，并

且承载QoS参数值总是由分组核心网来分配。

一个EPSBearer要经过不同的网元和接口，如下图所示。包括：PGW到SGW之间

的S5/S8接口，SGW到eNodeB之间的S1接口和eNodeB到UE之间的Uu接口。

EPS Bearer在每个接口上会映射到不同的底层承载，每个网络节点负责维护底

层承载的标识以及相互之间的绑定关系。

From 3GPP 23.401 4.7.2.2 The EPS bearer with GTP-based S5/S8

如上图所示，eNodeB通过创建无线承载与S1承载之间的绑定，实现无线承载与

S1承载之间的一一映射；S-GW通过创建S1承载与S5/S8承载之间的绑定，实现

S1承载与S5/S8承载之间的一一映射。最终，EPS承载数据通过无线承载、S1

承载以及S5/S8承载的级联，实现了UE与PDN之间连接业务的支持。

用户的IP数据包需要映射到不同的EPS Bearer，以获得相应的QoS保障。这样

的映射关系是通过TFT（Traffic Flow Template）和其中的Packet Filters来

实现的。TFT是映射到相应EPS Bearer的所有PacketFilter 的集合，Packet

Filter表示将用户的一种业务数据流（SDF，Service DataFlow）映射到相应的

EPS Bearer上，Packet Filter通常包括源/目的IP 地址，源/目的IP端口号，

协议号等内容。专有的EPS Bearer必须有与之相应的TFT。相反的，缺省的EPS

Bear通常并不配置特定的TFT，或者说，配置的是通配TFT，这样所有不能映射

到专有EPS Bearer的IP数据包会被映射到缺省的EPS Bearer上。在专有的EPS

Bearer被释放的情况下，原来映射到专有EPS Bearer上的数据包也会被重新路

由到相应的缺省EPS Bearer上。TFT分为上行和下行两个方向，其中，上行的

TFT在UE侧对上行的数据包进行过滤和映射。下行的TFT在PDN侧对下行的数

据包进行过滤和映射。

在接入网中，空口上承载的QoS是由eNodeB来控制的， 每个承载都有相应的

QoS参数QCI（QoS Class Identifier）和ARP （Allocation And Retention

Priority）。

QCI同时应用于GBR和Non-GBR承载。一个QCI是一个值，包含优先级，包延迟，

以及可接受的误包率等指标，每个QCI都与一个优先级相关联，优先级1是最高

的优先级别。承载QCI的值决定了其在eNodeB的处理策略。例如，对于误包率

要求比较严格的Bearer，ENodeB一般通过配置RLC成AM模式来提高空口传输的

准确率。标准中（23。203）定义了九种不同的QCI的值，在接口上传输的是QCI

的值而不是其对应的QoS属性。通过对QCI的标准化，可以规范不同的厂家对于

相应的QoS业务的理解和处理，方便在多厂商互连环境和漫游环境中不同设备／

系统间的互连互通。

Table 6.1.7: Standardized QCI characteristics

QCI Resource Priority Packet Packet Example Services

Type Delay Error

Budget Loss

(NOTE 1)

Rate

(NOTE 2)

2 100 ms 10

-2

Conversational Voice

3)

4 150 ms 10

-3

Conversational Video

3) GBR (Live Streaming)

3 50 ms 10

-3

Real Time Gaming

3)

5 300 ms 10

-6

Non-Conversational Video

3) (Buffered Streaming)

1 100 ms 10

-6

IMS Signalling

3)

Video (Buffered

4) 6 300 ms 10

-6

Streaming)

TCP-based (e.g., www,

e-mail, chat, ftp, p2p

file sharing, progressive

video, etc.)

Non-GBR Voice,

-3

3) 7 100 ms 10 Video (Live Streaming)

Interactive Gaming

5) 8 Video (Buffered

-6

300 ms 10 Streaming)

TCP-based (e.g., www,

e-mail, chat, ftp, p2p

file

9 sharing, progressive

6) video, etc.)

1

(NOTE

2

(NOTE

3

(NOTE

4

(NOTE

5

(NOTE

6

(NOTE

7

(NOTE

8

(NOTE

9

(NOTE

ARP是分配和保留优先级(Allocation and Retention Priority)。 ARP

同时应用于GBR和Non-GBR承载，主要应用于接入控制，在资源受限的条件下，

决定是否接受相应的Bearer建立请求。另外，eNode B可以使用ARP决定在新

的承载建立时，已经已经存在承载的抢占优先级。一个承载的 ARP仅在承载建

立之前对承载的建立产生影响。承载建立之后QoS特性，应由QCI、GBR、MBR

等参数来决定。

为了尽可能提高系统的带宽利用率，EPS系统引入了汇聚的概念，并定义了AMBR

（Aggregated Maximum Bit Rate）参数。AMBR可以被运营商用来限制签约用户

的总速率，它不是针对某一个Bearer，而是针对一组Non－GBR的Bearer。当其

他EPS承载不传送任何业务时，这些Non-GBR承载中的每一个承载都能够潜在地

利用整个AMBR。AMBR参数限制了共享这一AMBR的所有承载能所能提供的总速率。

3GPP定义了两种不同的AMBR参数：UE-AMBR和(APN)-AMBR。UE－AMBR定义了每

个签约用户的AMBR。 APN-AMBR是针对APN的参数，它定义了同一个APN中的所

有EPSBearer提供的累计比特速率上限。AMBR对于上行和下行承载可以定义不

同的数值。

EPS 专有承载建立流程

(2010-05-26 07:54:22)

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标签： 分类： LTECallProcessing

杂谈

与缺省的EPS承载不同，专有EPS承载的建立，是为了满足用户特定QoS的需求。EPS专

有承载建立之前，必须存在相应的缺省EPS承载。

EPS专有承载的建立，可以由网络侧来发起，也可以由终端侧来发起。在网络侧发起的专有

承载建立过程中，专有承载建立的信令流程由网络侧发起，不要求UE上的应用层了解EPS

承载层QoS的具体信息，UE上的应用层可以通过应用层的信令与网络协商QoS的相关信

息，如SIP/SDP, RTSP等，但这种应用层的QoS协商并不包含承载层QoS的内容。在UE

侧发起的EPS专有承载的建立中（也称为承载资源分配过程），UE上的应用层直接向网络

侧提出承载层QoS（包括QCI， GBR等）的申请，如果网络侧接受UE的请求，就会与

UE进一步信令交互，建立专有的EPS Bearer。

在网络侧发起的EPS专有承载的建立过程中，触发网络侧建立专有承载的条件可以是来自

网络的应用层信令，也可以是来自UE的应用层信令。例如，UE发起基于IMS的VoIP呼

叫或者UE需要接收基于IMS的VoIP呼叫。

下图是在基于GTP的S5接口下，网络侧发起的EPS专有承载的建立流程。

首先，PCRF根据UE应用层所需要的QoS信息，生成相应的QoS准则，通过基于Diameter

的RAR（Re－Authentication Request）命令发送给PGW。

PGW根据相应的QoS准则来配置EPS Bearer的QoS，并发送Create Bearer Request 消息给

SGW， SGW将相应的消息转发给MME， SGW与MME之间的信息示例如下：

GPRS Tunneling Protocol V2

Create Bearer Request

Flags: 72

010. .... = Version: 2

.... 1... = T: 1

Message Type: Create Bearer Request (95)

Message Length: 743

Tunnel Endpoint Identifier: 3300033 (MME的GTP －C的TEID 值)

Sequence Number: 0

Spare: 256

Linked EPS Bearer ID (LBI) :

IE Type: EPS Bearer ID (EBI) (73)

IE Length: 1

000. .... = CR flag: 0

.... 0000 = Instance: 0

.... 0101 = EPS Bearer ID (EBI): 5

Bearer Context : [Grouped IE]

IE Type: Bearer Context (93)

IE Length: 69

000. .... = CR flag: 0

.... 0000 = Instance: 0

EPS Bearer ID (EBI) :

IE Type: EPS Bearer ID (EBI) (73)

IE Length: 1

000. .... = CR flag: 0

.... 0000 = Instance: 0

.... 0000 = EPS Bearer ID (EBI): 0 （EBI是由MME分配的，由于此时并没有分配，

所以设置为零）

Fully Qualified Tunnel Endpoint Identifier (F-TEID) :

IE Type: Fully Qualified Tunnel Endpoint Identifier (F-TEID) (87)

IE Length: 9

000. .... = CR flag: 0

.... 0000 = Instance: 0

1... .... = V4 (True-IPV4 address field Exists,False-Doesn't Exist in F-TEID): True

.0.. .... = V6 (True-IPV6 address field Exists,False-Doesn't Exist in F-TEID): False

...0 0001 = Interface Type: S1-U SGW GTP-U interface (1)

TEID/GRE Key: 34

F-TEID IPv4: 30.0.2.1 (30.0.2.1)

Fully Qualified Tunnel Endpoint Identifier (F-TEID) :

IE Type: Fully Qualified Tunnel Endpoint Identifier (F-TEID) (87)

IE Length: 9

000. .... = CR flag: 0

.... 0001 = Instance: 1

1... .... = V4 (True-IPV4 address field Exists,False-Doesn't Exist in F-TEID): True

.0.. .... = V6 (True-IPV6 address field Exists,False-Doesn't Exist in F-TEID): False

...0 0101 = Interface Type: S5/S8 PGW GTP-U interface (5)

TEID/GRE Key: 34

F-TEID IPv4: 20.0.0.1 (20.0.0.1)

EPS Bearer Level Traffic Flow Template (Bearer TFT) :

IE Type: EPS Bearer Level Traffic Flow Template (Bearer TFT) (84)

IE Length: 8

000. .... = CR flag: 0

.... 0000 = Instance: 0

001. .... = Operation Code: Create New TFT (1)

.... 0001 = Number of Packet Filters: 1

...0 .... = Ebit: False

Packet Filter 1

.... 0000 = Packet Filter Identifier: 0

..11 .... = Direction: bidirectional (3) (上行和下行双向的Filter)

Evaluation Precedence: 0

Length of Packet Filter: 3

Component Type: Single remote port type (80)

Single remote port type: 80

Bearer Level Quality of Service (Bearer QoS) :

IE Type: Bearer Level Quality of Service (Bearer QoS) (80)

IE Length: 22

000. .... = CR flag: 0

.... 0000 = Instance: 0

.... ...1 = PVI (Pre-emption Vulnerability): True

..00 00.. = PL (Priority Level): 0

.0.. .... = PCI (Pre-emption Capability): False （PVI，PL，以及是ARP的属性，具体内

容参见3GPP 23.401）

Label (QCI): 9

Maximum Bit Rate For Uplink: 65535000

Maximum Bit Rate For Downlink: 65535000

Guaranteed Bit Rate For Uplink: 65535000

Guaranteed Bit Rate For Downlink: 65535000

MME为每个EPS Bearer分配相应的EBI （EPS Bearer ID），构造相应的 Activate Dedicated

EPS Bear消息，将其作为NAS PDU，包含在发送到eNodeB的Bear Setup Request 消息中。

eNodeB将EPS Bearer的QoS映射到空口上的QoS，然后通过向UE发送

RRCConnectionReconfiguration消息来建立相应的DRB，并对DRB进行PDCP层，逻辑层，

以及RLC层等进行配置。在消息中还作为NAS PDU传输来自MME的Activate Dedicated

EPS Bear。在NAS PDU中，LBI （Linked EPS Bear ID）给出了与Dedicated EPS Bearer对

应的Default EPS Bear的标识， TFT表示应用到UE的上行TFT，其中的Precedence指出了

Packet Filter的优先级，数值越低，表示优先级越高。UE在发送上行数据包的时候，按照

Packet Filter的优先级对数据包进行匹配，如果匹配成功， UE就会在相应的EPS Bearer

（Radio Bearer）上发送数据，否则的话， UE会在缺省的EPS Bearer上发送数据。

+-Rrc

| -Dcch [Union]

| +-message_

| -c1 [Union]

| -rrcConnectionReconfiguration [Union]

| +-rrc_TransactionIdentifier=0 [INTEGER]

| +-criticalExtensions

| -c1 [Union]

| -rrcConnectionReconfiguration_r8 [Union]

| +-measConfig=omit

| +-mobilityControlInfo=omit

| +-dedicatedInfoNASList=omit

| +-radioResourceConfigDedicated

| | +-srb_ToAddModList=omit

| | +-drb_ToAddModList [RecordOf]

| | | [0]

| | | +-eps_BearerIdentity=6 [INTEGER]

| | | +-drb_Identity=2 [INTEGER]

| | | +-pdcp_Config

| | | | +-discardTimer=infinity_ [ENUM]

| | | | +-rlc_AM

| | | | | +-statusReportRequired=true [BOOLEAN]

| | | | +-rlc_UM=omit

| | | | +-headerCompression

| | | | -notUsed [Union]=NULL

| | | +-rlc_Config

| | | | -am [Union]

| | | | +-ul_AM_RLC

| | | | | +-t_PollRetransmit=ms80 [ENUM]

| | | | | +-pollPDU=p128 [ENUM]

| | | | | +-pollByte=kB125 [ENUM]

| | | | | +-maxRetxThreshold=t4 [ENUM]

| | | | +-dl_AM_RLC

| | | | +-t_Reordering=ms80 [ENUM]

| | | | +-t_StatusProhibit=ms60 [ENUM]

| | | +-logicalChannelIdentity=4 [INTEGER]

| | | +-logicalChannelConfig

| | | +-ul_SpecificParameters

| | | +-priority=13 [INTEGER]

| | | +-prioritisedBitRate=infinity_ [ENUM]

| | | +-bucketSizeDuration=ms100 [ENUM]

| | | +-logicalChannelGroup=2 [INTEGER]

| | +-drb_ToReleaseList=omit

| | +-mac_MainConfig=omit

| | +-sps_Config=omit

| | +-physicalConfigDedicated=omit

| +-securityConfigHO=omit

| +-nonCriticalExtension=omit

+-Nas [RecordOf]

[0]

+-SecurityProtection

| +-Status='0010'B [BITSTRING]

+-Pdu

+-Msg

| -aCTIVATE_DEDICATED_EPS_BEARER_CONTEXT_REQUEST [Union]

| +-epsBearerId='6'H [HEXSTRING]

| +-protocolDiscriminator='0010'B [BITSTRING]

| +-procedureTransactionIdentifier='00'O [OCTETSTRING]

| +-messageType='11000101'B [BITSTRING]

| +-spareHalfOctet='0'H [HEXSTRING]

| +-linkedEpsBearerId

| | +-idValue='0101'B [BITSTRING]

| +-epsQos

| | +-iei=omit

| | +-iel='09'O [OCTETSTRING]

| | +-qci='00000100'B [BITSTRING]

| | +-maxBitRateUl='01101000'B [BITSTRING]

| | +-maxBitRateDl='01101000'B [BITSTRING]

| | +-guaranteedBitRateUl='01001000'B [BITSTRING]

| | +-guaranteedBitRateDl='01001000'B [BITSTRING]

| | +-maxBitRateUlExt='00000000'B [BITSTRING]

| | +-maxBitRateDlExt='00000000'B [BITSTRING]

| | +-guaranteedBitRateUlExt='00000000'B [BITSTRING]

| | +-guaranteedBitRateDlExt='00000000'B [BITSTRING]

| +-tft

| | +-iei=omit

| | +-iel='23'O [OCTETSTRING]

| | +-tftOperationCode='001'B [BITSTRING] 表示创建TFT

| | +-eBit='0'B [BITSTRING]

| | +-noOfPktFilter='0010'B [BITSTRING]

| | +-packetFilterList [RecordOf]

| | | [0]

| | | | +-iei='10'O [OCTETSTRING] 其中可以表示Filter的方向。

| | | | +-precendence='00000000'B [BITSTRING]

| | | | +-iel='0E'O [OCTETSTRING] IPV4 remote Address type (具体内容参见

10.5.162/3GPP 24.008)

| | | | +-contents='10C0A80101FFFFFFFF5079B83011'O [OCTETSTRING]

| | | [1]

| | | +-iei='20'O [OCTETSTRING]

| | | +-precendence='00000001'B [BITSTRING]

| | | +-iel='0E'O [OCTETSTRING]

| | | +-contents='10C0A80101FFFFFFFF50EE483011'O [OCTETSTRING]

| | +-parameterList=omit

| +-transactionIdentifier=omit

| +-negotiatedQos=omit

| +-negotiatedLlcSapi=omit

| +-radioPriority=omit

| +-packetFlowIdentifier=omit

| +-protocolConfigurationOptions=omit

+-PiggybackedPduList=omit

UE存贮得到的相应QoS信息， 并作相应的处理， 然后向eNodeB回应

RRCConnectionReconfiguration Complete消息。eNodeB接收到UE的回应后， 回复给MME

Bear Setup Response消息。

UE NAS层同时会构造Activate Dedicated EPS Bearer Context Complete消息，并将其作为

NAS PDU通过UL Info Transfer发送给eNodeB， eNodeB将此NAS PDU 透传给MME。

MME接收到后，生成 Create Bearer Response 消息， 发送给SGW和PGW。

GPRS Tunneling Protocol V2

Create Bearer Response

Flags: 72

010. .... = Version: 2

.... 1... = T: 1

Message Type: Create Bearer Response (96)

Message Length: 424

Tunnel Endpoint Identifier: 1

Sequence Number: 0

Spare: 256

Cause :

IE Type: Cause (2)

IE Length: 2

000. .... = CR flag: 0

.... 0000 = Instance: 0

Cause: Request accepted (16)

.... ...0 = Cause Source (CS: True-Error originated by remote node, False-Error originated by

Node sending the Message): False

Bearer Context : [Grouped IE]

IE Type: Bearer Context (93)

IE Length: 37

000. .... = CR flag: 0

.... 0000 = Instance: 0

Cause :

IE Type: Cause (2)

IE Length: 2

000. .... = CR flag: 0

.... 0000 = Instance: 0

Cause: Request accepted (16)

.... ...0 = Cause Source (CS: True-Error originated by remote node, False-Error originated

by Node sending the Message): False

EPS Bearer ID (EBI) :

IE Type: EPS Bearer ID (EBI) (73)

IE Length: 1

000. .... = CR flag: 0

.... 0000 = Instance: 0

.... 0110 = EPS Bearer ID (EBI): 6

Fully Qualified Tunnel Endpoint Identifier (F-TEID) :

IE Type: Fully Qualified Tunnel Endpoint Identifier (F-TEID) (87)

IE Length: 9

000. .... = CR flag: 0

.... 0000 = Instance: 0

1... .... = V4 (True-IPV4 address field Exists,False-Doesn't Exist in F-TEID): True

.0.. .... = V6 (True-IPV6 address field Exists,False-Doesn't Exist in F-TEID): False

...0 0000 = Interface Type: S1-U eNodeB GTP-U interface (0)

TEID/GRE Key: 34

F-TEID IPv4: 30.0.0.1 (30.0.0.1)

Fully Qualified Tunnel Endpoint Identifier (F-TEID) :

IE Type: Fully Qualified Tunnel Endpoint Identifier (F-TEID) (87)

IE Length: 9

000. .... = CR flag: 0

.... 0001 = Instance: 1

1... .... = V4 (True-IPV4 address field Exists,False-Doesn't Exist in F-TEID): True

.0.. .... = V6 (True-IPV6 address field Exists,False-Doesn't Exist in F-TEID): False

...0 0001 = Interface Type: S1-U SGW GTP-U interface (1)

TEID/GRE Key: 34

F-TEID IPv4: 30.0.2.1 (30.0.2.1)