TD-LTE端到端QoS关键技术研究报告要点.pdf

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1、LTE 端到端 QoS关键技术研究报告 LTE 接入传输研究报告 第 2 页 修订历史记录 LTE 接入传输研究报告 第 3 页 目录 1文档介绍 5 1.1文档的编写目的. 5 1.2文档读者 . 5 1.3定义及缩略语. 5 1.4参考资料 . 5 2LTE 端到端 QoS概述 6 2.1LTE 端到端 QoS 的概念 . 6 2.2LTE 端到端 QoS 架构 6 3IP QoS体系架构 8 3.1QoS 服务模型 . 8 3.2QoS 参数 . 11 3.3端到端 QoS 的实现策略 15 4端到端 QoS 的关键技术 16 4.1流量分类与标记. 16 4.2流量监管与流量整形. 2

2、0 4.3拥塞管理 . 24 4.4拥塞避免 . 29 4.5接纳控制 . 31 4.6负载均衡 . 36 5LTE 端到端 QoS实现机制 42 5.1无线承载服务的QoS 解决方案 . 42 5.2核心网承载服务的QoS 解决方案 . 44 LTE 接入传输研究报告 第 5 页 1文档介绍 1.1文档的编写目的 本文档的主要目的是总体介绍LTE 系统中端到端QoS 关键技术，包括LTE 端到端 QoS 架 构、流量监管和流量整形、拥塞管理、拥塞避免、接纳控制和负载均衡等内容。此文档参考了 “移动关于TD LTE RAN的技术需求”。 1.2文档读者 此档的读者是eNB 和 SAE 相关开发

3、、设计人员，以及对上述内容感兴趣的人员。 1.3定义及缩略语 英文缩写英文全称 ATM Asynchronous Transfer Mode E-UTRAN Evolved UTRAN eNB Evolved NodeB FE Fast Ethernet GE Gigabit Ethernet EoS Ethernet over SDH POS Passive Optical Splitter PBT Provider Backbone Transport PBB-TE Provider Backbone Bridging-Traffic Engineering PDH Plesiochron

4、ous Digital Hierarchy SDH Synchronous Digital Hierarchy T-MPLS Transport MPLS 1.4参考资料 1 3GPP TS 23.401: “ Architecture model and concepts and GPRS Enhancements for E-UTRAN Access“. 2 3GPP TS36.410: “ Evolved Universal Terrestrial Access Network (S1 aspects and principles) ” . 3 3GPP TS 36.420: “ Evo

5、lved Universal Terrestrial Access Network (X2 aspects and principles)” . LTE 接入传输研究报告 第 6 页 4 城域网多业务传送理论与技术，余少华、陶智勇主编，人民邮电出版社 2LTE 端到端 QoS概述 2.1LTE 端到端 QoS的概念 网络体系结构的演变和宽带技术的发展，推动并加快了现有3G 网络向下一代无线通信网 络 LTE 的演进。随着网络规模的扩大、应用的逐步扩展，在LTE 将提供大量具有实时要求的 新兴业务，如VoIP 、视频会议、视频点播、交互游戏等，更要求通信网络能提供高效的端到端 的服务质量支持；同

6、时用户对网络服务质量（QoS，QualityofService ）的要求也越来越高。因此， 如何提供端到端的QoS 将是 LTE 的核心问题之一。 所谓端到端的QoS，就是指网络运营商保证用户的数据在整个网络的传送过程中（从源端 到目的端）得到所需要的QoS 服务。这实际体现的是一种网络能力，即在网络上，针对各种应 用的不同需求，为其提供不同的服务质量。 2.2LTE 端到端 QoS架构 LTE 的 QoS 体系结构采用分层的体系结构（如所示）来为业务提供端到端的QoS 保证， 其中在特定层上的承载服务都可以根据下层的承载服务来为用户提供相应的服务。 在从一个用户终端到另一个用户终端的路径中，

7、业务必须通过网络的不同承载服务。端到 端服务是通过EPS 承载服务和外部承载服务共同来实现的，其中由运营商提供的EPS承载服务 为用户提供LTE 的 QoS 保证。EPS 承载服务是由无线接入承载服务和核心网承载服务两部分组 成。 LTE 接入传输研究报告 第 7 页 P-GWS-GWPeer Entity UEeNB EPS Bearer Radio BearerS1 Bearer End-to-end Service External Bearer RadioS5/S8 Internet S1 E-UTRANEPC Gi Radio Access Bearer CN Bearer LTE

8、中端到端QoS 的承载服务架构图 2.2.1端到端服务 在从一个用户终端到另一个用户终端的路径中，业务必须通过网络的不同承载服务。端到 端服务是通过EPS 承载服务和外部承载服务共同来实现的，其中由运营商提供的EPS承载服务 为用户提供LTE 业务的 QoS 保证。EPS承载服务是由无线接入承载服务和核心网承载服务两部 分组成。 2.2.2无线接入承载服务和核心网承载服务 无线接入承载服务在移动终端和核心网边界节点之间提供了可靠的信令和用户数据的传输 服务，并且保证协商好的EPS 承载服务的QoS 需求以及信令的缺省QoS 需求。无线接入承载 服务是基于无线接口的特征参数来提供，并通过无线承载

9、服务和S1承载服务来实现的。 LTE 的核心网承载服务通过核心网网关将LTE 核心网边界节点和接入网络连接起来，并通 过有效地控制和使用骨干网络来提供协商好的EPS 承载服务。 LTE核心网应该支持具有不同 QoS 需求的骨干网承载服务。 2.2.3无线承载服务和S1 承载服务 无线承载服务包括了无线接口传输的所有方面，使用LTE FDD 和 LTE TDD 两种模式。 S1 承载服务和无线承载服务共同提供在eNB 和 CN 之间的信息传输。S1 承载服务能够为具有 不同 QoS 需求的分组业务提供不同的承载服务。 LTE 接入传输研究报告 第 8 页 3IP QoS 体系架构 3.1QoS服

10、务模型 服务模型是指一组端到端的QoS 功能通常QoS 提供以下三种服务模型： Integrated Service (综合服务模型，简称InServ 服务模型 ) Differentiated Service ( 区分服务模型，简称DiffServ 服务模型 ) Multiple Protocol Label Switch (多协议标记交换，简称MPLS) 3.1.1InServ 服务模型 IntServ 将 ATM 中的 QoS 概念引入到IP 网络中， 象 ATM 一样， IntServ 是基于保留和控制 网络资源来实现QoS 的。 IntServ 通过可量化的QoS 参数定义了不同的业

11、务等级，如需要的带 宽数量、允许的延迟、抖动和丢包等。它是基于资源预留协议（RSVP）信令来传递通过网络的 某个特定业务流所需QoS 参数。网络节点为信令请求保留所需的资源，同时保持每个数据流的 状态信息。 这种服务模型在发送报文前需要向网络申请特定的服务。应用程序首先通知网络它自己的 流量参数和需要的特定服务质量请求，包括带宽、时延等应用程序。网络为这个应用程序的报 文预留了资源后发回确认信息，应用程序才开始发送报文。网络在收到应用程序的资源请求后， 执行资源分配检查，即基于应用程序的资源申请和网络现有的资源情况，判断是否为应用程序 分配资源。一旦网络确认为应用程序的报文分配了资源，则只要应

12、用程序的报文控制在流量参 数描述的范围内，网络将承诺满足应用程序的QoS 需求。而网络将为每个流（flow ，由两端的 IP 地址、端口号、协议号确定）维护一个状态并基于这个状态执行报文的分类、流量监管、排 队及其调度，来实现对应用程序的承诺。 IntServ 可以提供以下两种服务： 保证服务（ Guaranteed service）：它提供保证的带宽和时延限制来满足应用程序的要求如 VoIP 应用可以预留10M 带宽和要求不超过1 秒的时延。 负载控制服务（Controlled-Load service）：它保证即使在网络过载的情况下能对报文提供 近似于网络未过载类似的服务，即在网络拥塞的情

13、况下保证某些应用程序的报文低时延和高通 过。 这种通过预定网络资源来实现QoS 的方法，在实现时有许多问题，首先，网络中的每个节 点要花费大量时间来处理请求的保留资源，因此每个QoS 协商过程都要有比较大的延迟；其次， IntServ 模式需要在路由器中保留每个业务流的信息状态，当业务流的数量增大后，就需要设备 有很强的处理能力，而且也限制了网络的扩展能力：最后 IntServ 模式需要数据源确切地知道多 LTE 接入传输研究报告 第 9 页 少带宽要保留，这对处理IP 网中的突发业务是不可能的，在这种情况下，要么浪费资源，要么 牺牲 QoS。 3.1.2DiffServ 服务模型 DiffS

14、erv 是为了解决IntServ 没有解决的可扩展性和可实现的问题而提出的。 和 IntServ 与 ATM 利用端到端的信令和状态转发判定机制所不同的是，DiffServ 不使用信 令来处理流汇聚， 而是通过在每个IP 包头中加入路由器能很快地检查的标识来实现的。DiffServ 根据业务等级需要分别标识每个IP 包。这比以前的QoS 机制更有效地利用带宽，因为它不需 要预先保留带宽。 DiffServ 利用的是IPv4 包头中的ToS 域， 8比特的 ToS 域被重命名为DS 域（ Diferentiated Service），它由两部分组成：6 比特的编码点DSCP 和 2 个未用比特C

15、U。DSCP 承载着业务需 要的信息。 DSCP 和每一跳行为（PHB）相对应，和模糊的ToS 值相比， DiffServ 的 PHB 分级 更容易实现。 DiffServ 工作组已经定义了几个标准的PHB：尽力而为（ Best Effort ）、快速转发 （Expedited Forwarding ）和确保转发（ Assured Forwarding ），其中“ Best Effort ”充分考虑到了 向后兼容性的问题。 因为 DiffServ 模式工作在第三层，因此具有QoS 请求可以在端到端实现的优点，DSCP 是 利用原有 TOS 域，所以能读IP 头和 DS 字节的网络设备都可识别D

16、iffServQoS 。 DiffSevr 模式可使所有具有相同PHB 的包聚成同一个流，从而更有效地在Internet 上传送。 将业务流分成标准的业务等级，DiffSevr 每一跳 QoS 模式使得路由器很容易管理不同等级的业 务。由于具有相似优先级的包可以聚合到有限的可管理的业务流内，DiffSevr很容易扩展到较 大的网络环境，而且由于QoS 实现是基于每一跳的，因此它能更有效地利用带宽，在不知道确 切需求的情况下不再保留带宽。 总之， DiffServ提供了易于被核心路由器管理的、标准的和很高扩展性的业务分类模型， 它的简单性、灵活性和有效性使端到端的IP QoS 易于实现。 3.1

17、.3IntServ 与 DiffServ 的综合使用 IntServ 与 DiffServ 技术各有长处和局限。例如， IntSevr 使主机能够请求端到端数据路径上 的每个流程和可计量资源，并能够获得关于这些请求可接受性的反馈；而DiffServ 使大型网络 具有可缩放性。 为了支持端到端的QoS，可考虑将IntServ 和 DiffServ 看作互相补充的技术，互 相协同，共同实现端到端的QoS 提供机制，最终达到使网络既能提供高质量服务，又能实现网 络本身的可扩展性。 基于 IntServ 与 DiffServ 技术的混合构架已获得了广泛认可。它假定了一个模型，其周围的 LTE 接入传输

18、研究报告 第 10 页 子网络是 RSVP 和 IntServ，这些子网络由DiffServ 网络（如IP 骨干网）互连。在这个模型中， DiffServ 网络的可缩放性扩展到了IntServ/RSVP 网络。 标准的IntServ/RSVP 处理应用于IntServ/RSVP 的周围网络内。RSVP 信令可准确地通过 DiffServ 网络，在IntServ/RSVP 网络和 DiffServ 网络间边界上的设备对RSVP 信令进行处理， 并在 DifServ 网络内提供基于资源有效性的许可控制。RSVP 在 Diffserv 域的处理可以有多种可 选择的方式例如一种方式为RSVP 对 Di

19、ffserv域透明， RSVP 在 Intserv 域边界路由器终结， Diffserv 域对 Intserv 域采用静态资源提供方式；一种方式为Diffserv 域参与RSVP 协议处理， Diffserv 域对 Intserv 域采用动态资源提供方式。前一种互通方式实现相对简单，可能造成 Diffserv 域资源的浪费，后一种互通方式实现相对复杂，可以优化Diffserv 域资源的使用。 除此以外， 还需要解决Intserv 支持的业务与Diffserv 支持的 PHB 之间的映射问题。映射标 准为两者支持的应用是否相同或相近。为了说明这个问题，我们首先回顾一下Intserv 支持的业 务

20、。 它支持的业务包括保证服务（Guaranteed Service） 、 负载控制服务 （Controlled-Load Service ） 。 前者可以为用户应用提供严格的端到端时延及带宽保证，适用于实时应用；后者在网络负荷较 重的情况下为用户应用提供与网络轻负荷情况下相近似的性能，不能保证端到端的时延。 Diffserv 提供的 PHB 包括 EF（Expedited Forwarding ，加速转发）、AF（Assured Forwarding， 确保转发）。 EF 用于支持低丢失率、低时延、确保带宽的应用；AF 可以保证在应用向网络发 送的业务流量没有超过约定值的情况下，该应用的报文丢

21、失概率非常低，AF 有 4 类，每一类可 以设置 3 个不同的丢弃优先级。 从上面的叙述易于获得Diffserv 与 Intserv 之间的映射关系： 将 Intserv 中的保证服务映射为Diffserv 中的 EF 将 Intserv 中的负载控制服务映射为Diffserv 中的 AF 3.1.4MPLS MPLS 能够将不同的业务分类传送，主要是因为实行了流量工程（TE），流量工程可以用 来帮助实现QoS，但它的根本目的并不是我们前面讨论的IP QoS，QoS 是解决业务分类、优先 级和管理的问题，而流量工程解决的是流路径判定和控制的问题。 MPLS 流量工程通过给每个数据包增加一个标签

22、，使得数据包经过网络时通过指定的路径 寻路。在传统的路由中，IP 包是按照最短路径经过一个网络的，与之相反的是，在MPLS 中 IP 流可以配置成预先指定的显式路径经过网络，从而可以将业务流避开拥塞的路径。因此MPLS 可以更好地平衡网络负载和更有效进行IP 寻路， 而且防止了网络设备在超负荷工作，从而使得 网络的响应时间最小，吞吐量达到最大。 与 ATM 和 IntServ 一样， MPLS 也采用信令机制，如通过RSVP 来保留资源和建立穿过网 LTE 接入传输研究报告 第 11 页 络的路径。但是MPLS 并不受RSVP 的扩展性有限所限制，因为它不象IntServ 那样用RSVP 信令

23、为每个独立的流分别建立，而是用RSVP 为汇聚的业务流建立一个穿过整个网络的通道， 而且 MPLS 引入了 IETF 批准的 RSVP 扩展部分（ RFC2205 和 RFC2209），减少了发送的更新 消息数目和需要处理的协议。 MPLS 提供了前所未有的对通过IP 网的业务流控制能力，但是它也只是IP QoS 解决方案 的一部分。经过流量工程后的数据一旦流出MPLS 网络后，仍然需要其它的QoS 机制。 3.2QoS参数 根据参数所面向对象的不同，QoS 参数可以分为面向业务的QoS 参数（如传输速率、 BLERIB ER 和用户 /业务优先级等）和面向系统的QoS 参数（如容量、掉话率和

24、接入率等）。 虽然这两组参数所面向对象的不同，但两者不是完全独立的，而是相互关联、相互影响的。当 用户业务的QoS 需求较高时， 则用户业务要求较高的传输速率，较严格的BLER/BER 要求和较 高的业务优先级，而系统为了满足较高的QoS 需求，就必须为用户分配相对较多的无线资源， 使得系统能够同时接纳的用户数较少（即系统容量的降低），尤其在业务量较大时，只能接纳 较少的用户，拒绝大多数用户，致使系统接入率的降低。另外，可能随着系统环境的恶化，系 统在满足业务尤其是具有较高QoS 需求的能力降低，从而导致系统掉话率的提高。 3.2.1面向业务的QoS 参数 面向业务的QoS 参数是业务对系统承

25、载服务质量的要求，即对系统资源的需求。在请求一 个端到端的业务时， 系统根据业务的具体QoS 需求建立相应的EPS 承载服务来满足业务的QoS 需求。 LTE 的业务级别的QoS 参数包括： QCI，ARP，GBR 和 MBR 。 3.2.1.1 Traffic Class（业务类） 3GPP 根据业务的不同QoS 需求，将业务分为四类：Conversational（会话类）、Streaming （流类）、 Interactive（交互类）和Background （后台类）。这四种业务类的主要不同之处是 对时延的敏感程度：会话类对时延最敏感而后台类对时延最不敏感。其中会话类和流类主要用 于实时

26、业务，但随着面向用户的各种业务特别是数据业务的引入，上述两种业务类也可用于对 时延要求比较高的数据业务中，如Interactive Games（交互式游戏）等。交互类和后台类主要用 于传统的Internet 应用中，比如网页浏览、电子邮件和Telnet 等。此四类业务的QoS 特征如表 所示。 表 3-1 四类业务的QoS 特征 业务类会话类业务流类业务交互类业务后台类业务 LTE 接入传输研究报告 第 12 页 基本特征 保证信息流实体 之间的时间相关 性； 严格的低延迟 要求 保证信息流实体之 间的时间相关性； 单向的连续业务流 请求响应模式； 有 效 负 载 内 容 的完整性 目的地在某

27、一段 时间内并不期望 接收数据；有效 负载内容的完整 性 应用举例语音业务视频流业务网页浏览文件下载 从上表可知，四类业务的QoS 需求都各不相同，除此之外，各类业务对资源的使用优先 级各不相同。当资源有限不能同时满足几个业务时，就可以根据业务类对所请求分配资源的业 务进行优先级排列，以使有限的资源能够首先满足优先级别高的业务请求。根据各类业务的基 本特征，可以认为四类业务的优先级排列为：会话类业务、流类业务、交互类业务和后台类业 务，其中会话类业务优先级别最高，而后台类业务优先级别最低。 3.2.1.2QoS Class Identifier (QCI ，QoS 等级标识 ) LTE 中引入

28、的一个重要概念是服务流(Service Flow) ， 每个 SDF 和而且仅和一个QCI 相关联。 与相同 IP-CAN 会话对应的多个SDF，如果具有相同的QCI 和 ARP 值，可以作为一个单独的业 务集合来处理，成为DF 集合。 QCI 是一个标量，指一个特定接入点的参数的参考，用来代表 控制承载级别的包传输处理的接入点参数（例如调度负担，接入门限，队列管理门限，链路层 协议配置等），它应该已经在运营生拥有的节点中（例如eNodeB）中预定义。 QCI 参数包含以 下四个子参数： Resource Type (GBR or Non-GBR) Priority Packet Delay

29、Budget Packet Error Loss Rate 表 3-2 标准 QCI 值和标准特性的一对一的对应关系 LTE 接入传输研究报告 第 13 页 QCI Resource Type Priority Packet Delay Budget (NOTE 1) Packet Error Loss Rate (NOTE 2) Example Services 1 (NOTE 3) 2 100 m s 10 -2 Conversational Voice 2 (NOTE 3) GBR 4 150 m s 10 -3 Conversational Video (Live Streaming)

30、 3 (NOTE 3) 5 300 m s 10 -6 Non-Conversational Video (Buffered Streaming) 4 (NOTE 3) 3 50 ms 10 -3 Real Time Gaming 5 (NOTE 3) 1 100 m s 10 -6 IMS Signalling 6 (NOTE 3) 7 100 ms 10 -3 Voice, Video (Live Streaming) Interactive Gaming 7 (NOTE 4) Non-GB R 6 Video (Buffered Streaming) 8 (NOTE 5) 8 300 m

31、 s 10 -6 TCP-based (e.g., www, e-mail, chat, ftp, p2p file sharing, progressive video, etc.) 9 (NOTE 6) 9 3.2.1.3Allocation/Retention prioriyt （分配 /保持优先级） 这个参数表示相对于其它无线接入承载而言，本无线接入承载分配和保持的相对重要性。 Allocation/Retention Priority 参数是一个签约参数而不是由用户来协商的参数。此参数主要用于 接纳控制和资源分配过程中。此参数包含四个子参数：Priority Level （优先级）、

32、Pre-emption Capability （抢占能力）、Pre-emption Vulnerability （抢占抵抗力）和Queuing Allowed （允许排 队）。 Priority Level （优先级） 这个参数表示业务请求的优先级。参数Priority Level和参数 Preemption Indicator 可以用于 判断业务请求是否应该无条件和立即执行。此参数的取值范围为1-3：1 为最高级， 3 为最低级。 Pre-emption Capability （抢占能力） 这个参数表示本RAB 对其它RAB 的抢占能力。分为shall not preemption 和 ma

33、y trigger preemption 两类，即不能启动抢占行为和可以启动抢占行为。在一般情况下，优先级相对比较 高的会话类和流类业务具有抢占能力，在系统当前有效资源不足的情况下，可对己分配给优先 级较低的交互类和后台类业务的无线资源进行抢占操作，从而满足优先级较高的业务的服务质 量要求。 LTE 接入传输研究报告 第 14 页 Pre-emption Vulnerability （被抢抵抗力） 这个参数表示本RAB 对其它 RAB 的抢占的抵抗能力。 分为 not pre-emptable 和 pre-emptable 两类，即能被抢占和不能被抢占。在一般情况下，优先级相对较低的交互类和后

34、台类业务所占 据的资源可以被抢占。这样就可以在系统当前有效资源不足的情况下，为了满足优先级较高的 会话类和流类业务的服务要求，系统将牺牲优先级较低的交互类和后台类业务的服务质量，释 放其所占据的无线资源，以分配给优先级高的业务。 Queuing Allowed （允许排队） 这个参数表示业务请求是否可以放入资源分配队列中。分为queuing not allowed 和 queuing allowed 两类，即不允许进入队列和允许进入队列。当同时有多个业务请求建立时，无线资源管 理将根据业务的优先级别，对优先级别最高的业务请求先进行接纳判决，其它业务请求将根据 其优先级别进行排队等候。 3.2.

35、1.4Guaranteed Bit Rate （保证比特率） GBR 表示期望GBR 承载提供的比特速率。MBR 对期望 GBR 承载提供的比特速率进行限 制，（如，超出的业务量可以通过速率整形功能丢弃）。 3.2.1.5Maximum Bit Rate （最大比特率） 这个参数指出了在一段时间内，LTE 通过无线接口传送的最大比特数量或者到达LTE 的业 务接入点（ SAP）的最大比特数量。此参数值为用户或者应用所能够接受或者提供的传输速率 的上限。 3.2.1.6Aggregate Maximum Bit Rate （最大总比特速率） AMBR 分为 APN-AMBR (对应于每一个APN

36、) 和 UE-AMBR (对应于每一个UE)，是一个 签约参数，存储在HSS 中，用于指示每一承载组的流量比特速率。APN-AMBR是指通过相同 APN 的所有Non-GBR 承载和所有PDN 连接的比特总量(超出的业务量可以通过流量整形丢 弃)。UE-AMBR是指通过 UE 的所有 Non-GBR 承载(超出的业务量可以通过流量整形丢弃)。 3.2.2面向系统的QoS 参数 系统性能的优劣可以通过系统的容量、业务的接纳成功率和业务的掉话率等指标来衡量。 也就是系统满足系统内所有用户服务质量的综合体现。整个系统性能的好坏直接影响到业务 QoS 需求的满足情况即系统为用户提供服务并令用户满意的程

37、度。 LTE 接入传输研究报告 第 15 页 3.2.2.1系统的容量 系统无线资源包括频率、时隙，码字和功率，并且这些无线资源都是有限的。系统由于会 受到来自外界以及系统内部的干扰，从而导致系统有限的无线资源不能够得到完全充分的使用， 最终导致系统容量的降低。 LTE 系统通过采用相应的无线资源管理技术，最大限度地降低干扰对系统的影响，使系统 有限的无线资源尽可能得到充分的使用，从而使系统容量达到最大化。 3.2.2.2业务的接纳成功率 业务的接纳成功率是指：在某一段足够长的统计时间内，系统成功接纳的业务请求数在业 务请求总数中所占的比例。系统根据业务的QoS 需求，即对无线资源的需求，判断

38、系统当前资 源是否可以满足业务的需求，若能够满足，则接纳：若不能满足，则拒绝。业务的接纳成功率 是与系统当前的有效容量是紧密相关的，反映了系统特别在业务量比较大的情况时的服务性能。 3.2.2.3业务的掉话率 业务的掉话率是指：在某一段足够长的统计时间内，由于系统自身的原因或者其它原因而 导致非正常停止的业务在系统成功接纳的业务中所占的比例。在业务执行的过程中，当系统判 决发现不能满足业务的QoS 需求即导致业务质量恶化时，将终止当前业务的服务。业务的掉话 率与系统的抗千扰能力是紧密相关的，反映了系统特别在传播环境比较差的情况时的服务性能。 3.3端到端 QoS的实现策略 端到端 QoS 的实

39、现应该从三个层面考虑： 首先是网络实体层，要求每个网络实体都要支持QoS，其关键技术包括报文分类、流 量整形、流量监管、拥塞管理、拥塞避免等； 其次是信令控制层，协调端到端之间的所有网络节点为报文提供QoS 信令技术； 最后是网络管理层，实施 QoS 策略和管理功能，例如生成对应的QoS 策略、 按照 QoS 策略收费、对网络资源进行宏观上的调配和管理、对QoS 的实施过程进行监控等。 每个网络实体需要提供如下功能： 报文分类对不同类别的报文提供不同的处理 队列管理和调度来满足不同应用要求的不同服务质量 流量监管和流量整形限制和调整报文输出的速度 接入控制来确定是否允许用户信息流使用网络资源

40、LTE 接入传输研究报告 第 16 页 4端到端 QoS的关键技术 在 TD-LTE 系统中，各 eNodeB 和 A-GW 设备均支持QoS 是实现端到端的QoS 的一个基本 要求， eNodeB 和 A-GW 对 QoS 的支持是通过结合各种QOS 特性技术来实现的。eNodeB 对转 发报文进行QoS 保障的处理，发生在报文从设备的一个接口进入，到从另一个接口出去的整个 过程中。从技术上，这个过程按照处理顺序分为流分类和标记、流量监管与流量整形、拥塞管 理、拥塞避免等部分。图4-1 是整体的QOS 操作模型。 图 4-1 整体的 QOS操作模型 4.1流量分类与标记 流量分类 (Traf

41、fic Classification) 是将数据报文划分为多个优先级或多个服务类，如使用IP 报文头的 ToS (Type of service ，服务类型 ) 字段的前三位(即 IP 优先级 ) 来标记报文， 可以将报 文最多分成8 类；若使用DSCP(Differentiated Services Code Point ，区分服务编码点，ToS 域的 前 6 位) 则最多可分成64 类。 在报文分类后就可以将其它的QoS 特性应用到不同的分类实现基 于类的拥塞管理、流量整形等。 网络管理者可以设置报文分类的策略，这个策略除可以包括IP 报文的IP 优先级或DSCP 值、 MPLS 报文的

42、EXP 域值、 802.1p 的 CoS 值等带内信令，还可以包括输入接口、源地址、目 的地址、 MAC地址、 IP 协议或应用程序的端口号等。分类的结果是没有范围限制的，它可以 是一个由五元组(源地址、源端口号、协议号码、目的地址、目的端口号)确定的流这样狭小的 范围，也可以是到某某网段的所有报文。 通常于网络边界处对报文进行分类时，同时标记IP 优先级或DSCP ，这样在网络的内部就 可以简单的使用IP 优先级或DSCP 作为分类的标准。而队列技术如WFQ、 CBWFQ 就可以使 用这个优先级来对报文进行不同的处理。下游downstream 网络可以选择接收上游upstream 网 络的分

43、类结果，也可以按照自己的分类标准对数据流量重新进行分类。 LTE 接入传输研究报告 第 17 页 4.1.1DSCP 标记 DiffServ 区分服务是在IP 层上对不同业务类别提供不同QoS 保障的技术，DiffServ 技术重 新定义了IP 头上的 TOS 域，将其改称为DS 域，其优先级的比特数为6 个比特， 这 6 个比特称 为区分服务码点（DSCP, Differentiated Services Code Point ），可以提供64 个优先级别。每一个 DSCP 都有一种转发处理行为PHB(Per-Hop Behavior ，也称逐跳行为）与之对应，一种PHB 也 可对应多个DS

44、CP。网络设备实体通过查看DSCP 值，并根据每一类的特定逐跳行为（PHB） 来调度包的转发。 IETF 工作组按照优先级别从高到低的顺序将DSCP 总共分成了类别选择器CS （CS6、 CS7） 、 加速转发EF 、保证转发AF 和尽力而为BE 四大类，其中 AF 可以再分为四类，这样可以对 应 8 类优先级： CS（class selector）PHB 是从 IP TOS 字段演变而来，共8 类；CS6 和 CS7 可用于承载 管理控制类业务，如LTE 中的 IMS 信令（ IMS Signaling ）业务。 EF（Expedited Forwarding ）PHB 方式，适用于低时延、

45、低丢失、低抖动、确保带宽的 优先业务，可用于承载LTE 中实时游戏（Real Time Gaming ）、视频会议等业务。 AF（Assured Forwarding ）PHB 分为四类，每个AF 类又分为三个丢弃优先级，可以对 相应业务进行等级细分： AF4 用来承载直播视频业务，直播的实时性很强，需要连续性和大吞吐量的保证。 AF3 可以用来承载缓存流媒体业务（Buffered Streaming ），这类业务丢包率非常低， 时延中等，抖动较高。 AF2 可以用来承载VOD 的流量，相对于直播，VOD 要求时时性不是很强，允许有 延迟或者缓冲。 AF1 可以用来承载交互类业务，如交互游戏等

46、业务。 BE （Best effort ） PHB 是 CS 中特殊一类， 没有任何保证， 最不重要的业务是INTERNET 业务，可以放在BE 模型来传输。 DS 标记域定义为IPv4 头部的 TOS（Type of Service）字节或IPv6 头部的流类型（Traffic Class）字节，如图4-2 所示。其中DSCP（6bit）即为区分服务标记，CU（2bit）在 DiffServ 体 系中没有使用，IETF 已将它定义为ECN（ Explicit Congestion Notification ，显式拥塞指示）使 用。对于不支持CU 域的网络设备，当决定所收到的报文的PHB 时，

47、将忽略CU 的值；对于不 支持该域的主机，在发送数据包的时候，将该域的值置零。下行节点则通过识别这个字段，获 取信息来处理到达输入端口的数据包，并将它们正确地转发给下一跳的设备。 图 4-3 所示为 IP 数据报结构， 其中 Type of Service 域即为区分服务（DS）域，8 bit。图 4-4 LTE 接入传输研究报告 第 18 页 所示为 DS 域的结构，由差分服务码点DSCP 和 CU（2 bit，当前预留， bit 67 都置 0）两部分 组成。其中DSCP 由 PRECEDENCE （3bit）、 D、 T 和 R 共 6bit 组成。 VersionIHLTotal Le

48、ngth Identification Flags Fragement offset Time to liveProtocolHeader Checksum Source Address Destination Address OptionsPadding 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 0 1 23 Type of Service 图 4-3 IP 数据报 PrecedenceDTR00 DSCPCU DSCP ：Differentiated Services Codepoint CU：Curre

49、ntly unused 图 4-4 DS 域的组成 DSCP 值的前 3 个 Bit 是传输优先级 ,后 3 个 Bit 是丢弃优先级； Bit 02 为 PRECEDENCE ，代表优先顺序位（即传输优先级），路由器可以使用它优 先处理通过路由器队列的通信，这里数值越大，传输优先级别越高； Bit3 为 D，代表延迟， 0-正常延迟， 1-低延迟； Bit4 为 T，代表吞吐量，0-正常吞吐量，1-高吞吐量； Bit5 为 R，代表可靠性，0-正常可靠性，1-高可靠性； 路由器可以根据D、T、R 组合的值（即丢弃优先级）来进行特定处理。 4.1.2VLAN标记 在以太网的MAC 层同样也定义了业务的优先级别，即流量优先权控制标准IEEE 802.1p。 IEEE 802.1p 协议头包括一个3 位优先级字段，能提供07 共 8 种层二的优先级别。 VLAN 的优先级映射通过IEEE 802.1P 规范来实现。 最高优先级为7，应用于关键性网络流 量，如路由选择信息协议（RIP）和开放最短路径优先（OSPF）协议的路由表更新；优先级6 和 5 主要用于延迟敏感（delay-sensitive）应用程序，如交互式视频和语音；优先级4 到 1 主要 LTE 接入传输研究报告 第 19 页 用于受控负载（controll