Аннотация
До М., Якименко С.И. QoS в LTE (часть 2). Параметры LTE QoS (QCI, ARP, GBR, MBR and AMBR) Детально рассмотрены параметры QoS в сетях LTE и описано их предназначение.
В улучшенной пакетной коммутации (EPS) существует два типа виртуальных соединений, или потоков: по умолчанию и выделенный. В сети LTE качество обслуживания в потоках EPS контролируется с помощью таких параметров QoS:
Рисунок 1 – Параметры QoS для одного PDN-соединения
1. Тип выделенного ресурса: с гарантированной скоростью передачи данных (GBR) или с негарантированной скоростью передачи (Non-GBR)
2. Параметры QoS:
– QCI (QoS Class Identifier) – идентификатор класса качества обслуживания
– ARP (Allocation and Retention Priority) – приоритетность назначения и удержания каналов
– GBR (Minimum Guaranteed Bit Rate) – гарантированная скорость передачи
– MBR (Maximum Bit Rate) – максимальная скорость передачи
– APN-AMBR (Access Point Name Aggregate Maximum Bit Rate) – общая максимальная скорость передачи для одной точки доступа
– UE-AMBR (User Equipment Aggregate Maximum Bit Rate) – общая максимальная скорость передачи для одного пользовательского оборудования Для каждого виртуального соединения должны быть определены такие параметры, как идентификатор класса качества обслуживания (QCI) и приоритетность назначения и удержания каналов (ARP). Параметр QCI является очень важным, поскольку служит справочной информацией в определении уровня QoS для каждого сквозного канала EPS. В случае полосы пропускания (битрейта) GBR и MBR определяются только в потоках EPS с гарантированной скоростью передачи данных, тогда как AMBR (APN-AMBR и UE-AMBR) определяются только в потоках EPS с негарантированной скоростью. Ниже мы объясним по отдельности каждый из параметров QoS в LTE-сети.
Тип ресурса = GBR (с гарантированной скоростью передачи данных)
Наличие типа ресурса GBR в виртуальном соединении EPS означает, что пропускная способность канала связи гарантирована. Очевидно, GBR-тип потока EPS имеет связанную гарантированную скорость данных
(что будет объяснено ниже) как один из параметров QoS.
Только выделенный тип виртуальных соединений может быть GBR-потоком, а тип EPS по умолчанию им не может быть. Идентификатор QoS EPS-потока с гарантией скорости передачи данных может находиться в диапазоне от 1 до 4.
Тип ресурса = Non-GBR (с негарантированной скоростью передачи данных)
Для виртуального соединения EPS тип non-GBR означает выделение ресурсов по принципу «лучшее из возможного» (best effort), а пропускная способность соединения не гарантируется. Виртуальное соединение по умолчанию всегда является потоком с негарантированной скоростью передачи, в то время как выделенное виртуальное соединение может быть как потоком с гарантированной, так и с негарантированной скоростью передачи. Идентификатор QoS EPS-потока без гарантированной скоростью передачи данных может находиться в диапазоне от 5 до 9.
QCI (идентификатор класса QoS)
Параметр QCI, целое число от 1 до 9, указывает на 9 разных рабочих характеристик QoS каждого IP-пакета. Значение QCI являются стандартизированными для отдельных исходных характеристик QoS, и каждый QCI содержит такие стандартные рабочие характеристики (значения): тип ресурса (GBR или non-GBR), приоритет (от 1 до 9), суммарная задержка передачи пакетов (допустимая задержка при передаче пакетов колеблется в значениях от 50 до 300 мс), относительная величина неполученных пакетов (допустимое значение утраченных пакетов – от 10-2 до 10-6). Более конкретные значения ищите в Google по запросу "3GPP TS 23.203" и рассмотрите таблицу 6.1.7 в файле. Например, QCI 1 и 9 определяются следующим образом:
QCI = 1: тип ресурса – с гарантированной скоростью (GBR), приоритет – 2, суммарная задержка передачи пакетов – 100 мс, относительная величина неполученных пакетов – 10-2, пример сервиса – голосовой.
QCI = 9: тип ресурса – с гарантированной скоростью (GBR), приоритет – 9, суммарная задержка передачи пакетов – 300 мс, относительная величина неполученных пакетов – 10-6, пример сервиса – Интернет.
Качество обслуживания, гарантируемое для сквозного канала EPS или логического потока данных SDF, изменяется в зависимости от указанных значений QCI.
Параметр QCI, хотя это целое число, представляет собой специфические узловые параметры, которые предоставляют детали насчет того, как узел LTE управляет пересылкой пакетов (например, параметрами взвешенного планирования, входными порогами, порогами очереди, конфигурацией протокола канального уровня и т.д.)
Операторы сети имеют предварительно настроенные узлы LTE, чтобы регулировать пересылкой пакетов согласно значению QCI.
Определяя заранее рабочие характеристики каждого значения QCI и стандартизируя их, операторы сети могут гарантировать, что такой же минимальный уровень QoS, который требуется стандартами LTE, предоставляется различным службам/приложениям. Эти службы и приложения используются в сети LTE, которая состоит из различных узлов от многочисленных поставщиков.
Значение QCI по всей вероятности используются в основном eNB (базовыми станциями сети стандарта LTE) для контроля приоритета пакетов, переданных через радиоканалы. Это связано с тем, что на практике для сервисного шлюза пакетной передачи данных (S-GW) или сетевого шлюза (P-GW) в проводном канале связи нелегко одновременно обрабатывать и пересылать пакеты на основе характеристик QCI. Как вы знаете, маршрутизаторы Cisco или Juniper не заботятся про задержку и уровень ошибок и потерь, когда они обрабатывают качество обслуживания пакетов. Эти маршрутизаторы только решают, какой пакет отправить первым с помощью планирования (WFQ, DWRR, SPQ и т.д.), исходя из приоритета пакетов (802.1p/DSCP/MPLS EXP).
QCI (идентификатор класса QoS)
Когда сеть LTE с недостаточными ресурсами требует создания нового потока EPS, объект LTE (например, P-GW, S-GW или eNB) решает на основании ARP (целое число от 1 до 15, где 1 – наивысший уровень приоритета), стоит ли:
– удалить существующий сквозной канал EPS и создать новый (например, удаляя поток EPS с низким приоритетом ARP для создания нового с высоким приоритетом ARP); или
– отказаться от создания нового.
Таким образом, ARP рассматривается только при принятии решения, нужно ли создавать новый сквозной канал EPS или нет. После создания нового канала и передачи через него пакетов ARP не влияет на приоритет полученного пакета и, таким образом, сетевой узел/объект пересылает пакеты независимо от их значений ARP. Одним из наиболее типичных примеров использования ARP является экстренный вызов VoIP (передача голоса по IP). Таким образом, существующий поток EPS может быть удален, если новый поток является необходимым для экстренного VoIP-вызова 119 (911 в США, 112 в ЕС и др.)
GBR (UL/DL)
Этот параметр используется для виртуального соединения типа GBR и определяет ширину полосы пропускания (скорость передачи данных в битах), гарантированную LTE-сетью. Он не используется для non-GBR потока с негарантированной полосой пропускания (UL для трафика восходящей линии связи и DL для нисходящей линии связи).
MBR (UL/DL)
MBR используется для потока типа GBR и определяет максимальную битовую скорость передачи данных, которая разрешена в LTE-сети. Любые пакеты, которые поступают в сквозной канал, отбрасываются после того как указанная скорость MBR становится превышенной.
Прочитав предыдущий пункт, вы могли удивиться, почему поток non-GBR не имеет ограничения пропускной способности? В случае потоков non-GBR ограниченной является общая пропускная способность всех EPS-потоков с негарантированной скоростью в одной сети пакетных данных (PDN), а не индивидуальная пропускная способность каждого из потоков. И это ограничение контролируется параметром APN-AMBR (UL/DL). Из приведенного выше рисунка видно, что существует два виртуальных соединения EPS типа non-GBR, и их максимальные полосы пропускания определяются APN-AMBR (UL/DL). Этот параметр применяется в оборудовании пользователя (для трафика восходящей линии связи) и P-GW (для восходящей и нисходящей линий связи).
UE-AMBR (UL/DL)
На рисунке выше APN-AMBR и UE-AMBR выглядят одинаково. Но, пожалуйста, посмотрите на рисунок ниже.
Пользовательское оборудование может быть подключено к более чем одной PDN, (например, PDN №1 для Интернета, PDN №2 для VoIP с использованием подсистемы IMS и т.д.), и оно имеет один уникальный IP-адрес для каждого из всех своих PDN-соединений. На рисунке UE-AMBR (UL/DL) указывает на максимальную пропускную способность, разрешенную для всех non-GBR потоков EPS, связанных с UE, независимо от того, сколько PDN-соединений UE имеет. Другие сети пакетных данных соединены через другие P-GW. Этот параметр используется только в оборудовании пользователя eNB.
Рисунок 2 – Параметры QoS для двух PDN-соединений