QOS与承载--2017-03-17 爱立信学院

litom2004

       VoLTE是4G网络承载语音业务的最优解决方案，它较流行的社交通讯语音体验而言，最大的优势在于用户可以享受具有服务质量保证的高清语音服务，因为4G网络可以对VoLTE提供端到端的QoS服务保证。那么4G网络支撑的QoS参数有哪些？EPS网络怎样支撑这些QoS，实现服务质量的保障呢？
对QoS的支撑是移动通信数据网络一贯的风格，在4G网络中对3G网络所用的QoS参数进行了的简化，但功能并未减少，其目的是为了实现较少的QoS参数组合，便于QoS策略控制的可操作性。
4G网络的QoS参数有6个，它们是：QCI(QoS Class Identifier)、ARP(Allocation/Retention Priority)、GBR(Guaranteed Bit Rate)、MBR(Maximum Bit Rate)、APN-AMBR(Access Point Name-Aggregated Maximum Bit Rate)和UE-AMBR(User Equipment-AggregatedMaximum Bit Rate)。6个参数构成了3种不同层次的描述级别：
承载级别的QoS参数是QCI、ARP、GBR和MBR，PDN(Packet Data Network)
连接级别的QoS参数是APN-AMBR，
UE级别的QoS参数是UE-AMBR。
QCI参数定义了9种标准业务类别，每种业务类别关联了标准业务的特征参数，包括资源类型、优先级别、包延迟预期和包丢失率。资源类型决定了业务通过系统之前是否需要预留资源，QCI取值为1到4的业务类型需要预留资源，资源类型为保障最小带宽的GBR资源类型；QCI为5到9的业务类型则不需要预留资源，资源类型则为Non-GBR类型。优先级别决定了EPS承载转发数据包时的先后顺序。在QCI对应的业务类别中还包含了最大的包延迟预期和最大的包丢失率，以此减少了QoS参数的数量。  
图一：QCI参数定义
ARP参数包括三部分：优先级、PCI(Pre-emption CapabilityIndication)和PVI(Pre-emption VulnerabilityIndication)。其主要目的在于当分配或者修改资源时决定是否被EPS网络接受，仅在信令过程中予以考虑。优先级别数值从1到15，数值越低则优先级越高。在资源缺乏时，PCI定义了具有较高优先级的资源申请，是否可以清除已建资源的能力；PVI定义了具有较低优先级的已建资源是否可以被清除释放的能力。
上述QCI和ARP两个参数是所有承载都具有的QoS参数，既可以由HSS提供，也可以来自PCRF的策略定义。
如果资源类型是GBR，此时的承载还需要GBR和MBR两个参数。这两个参数无法来自HSS的定义，只能来自PCRF提供的QoS策略信息中。
GBR参数定义了网络为承载预留的最小带宽，保障了对时延敏感业务的最低时延；MBR参数定义了承载希望达到的最大带宽，数据包通过承载时会受到最大带宽的限制。
如果资源类型是Non-GBR，此时需要用到APN-AMBR和UE-AMBR。APN-AMBR参数可以来自HSS的签约数据，也可以来自PCRF的策略限制。UE-AMBR只能来自HSS的签约定义。
APN-AMBR定义了一个APN下或者使用同一个APN的所有PDN连接下的所有Non-GBR类型承载累加使用的带宽总和，任何一个Non-GBR的承载在其他Non-GBR承载没有使用时可以独享APN-AMBR。APN-AMBR是保存在HSS(HomeSubscriber Server)上APN的签约数据之一，附着过程中下载到MME(Mobility Management Entity)上，PDN连接激活后可以收到PCRF(Policy and ChargingRules Function)下发的该参数，从而覆盖了HSS收到的值。该参数上、下行方向的带宽限制是由PGW(PDN Gateway)来实行，该参数上行方向的带宽限制可以选择由UE实行。
UE-AMBR定义了一个UE建立的所有APN连接中所有Non-GBR类型承载累加使用的带宽总和。UE-AMBR是保存在HSS上UE的签约数据之一，附着过程中下载到MME上，MME通过计算所有已建APN的所有APN-AMBR总和，比较其与签约UE-AMBR选择一个较小的授权值，然后下发给eNodeB，最终由eNodeB实行上、下行方向的带宽限制。
图二：授权UE-AMBR的计算公式
上述6个参数怎样支撑VoLTE中使用的承载资源呢？
使用VoLTE终端拨打电话前需要在4G网络中预先建立APN名为IMS(IPMultimedia Subsystem)的PDN连接，建立的缺省承载需要用到的QoS参数由PCRF下发的是：QCI必须为5，ARP中优先级的值由运营商统筹安排，例如为6。缺省承载建好后，QCI和ARP两个参数会通知给PGW、SGW、MME和eNodeB，VoLTE终端今后发起的所有SIP(SessionInitiation Protocol)信令流程就使用该资源。
图三：IMS APN的缺省承载和专用承载
VoLTE呼叫发起过程中，P-CSCF(Proxy-Call SessionControl Function)获得了语音建立的媒体流信息后，向PCRF发起AAR(Authentication Authorization Request)消息建立Rx会话请求。PCRF收到后，确认是VoLTE业务的语音媒体流类型后，提取其中的媒体成分，结合PCRF预定义的QCI和ARP信息，生成策略消息下发给PGW。PGW从策略中获得媒体流的描述信息作为建立专用承载需要的上下行TFT(TrafficFlow Template)，专用承载的QoS由PCRF预定义的QCI为1(对于语音)，ARP中优先级的取值例如7；GBR和MBR取值一样，来自媒体成分中的带宽要求。PGW用这些参数发起专用承载的建立，专用承载用于未来的语音话路。
图四：专用承载的参数由来
不论是IMS的缺省承载传送SIP信令，还是专用承载传送语音，端到端路径上的eNodeB，SGW和PGW会严格按照QCI参数保障信令及时送达，严格按照QCI、MBR和GBR参数保障语音最大时延满足通话最低要求。