5G优化案例5G Qos多维度创新研究分析.docx

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5G优化案例5GQos多维度创新研究分析

5GQos多维度创新研究分析

XX分公司无线网优中心

XX

XX年XX月

5GQos多维度创新研究分析

XX

【摘要】QoS（QualityofService）是指业务服务质量，决定了用户对运营商提供服务的满意程度。

QoS管理是网络满足业务质量要求的控制机制，它是一个端到端的过程，即需要业务在发起者到响应者之间所经历的网络各节点的共同协作，保障服务质量。

【关键字】Qos管理、Non-GBR/GBR、性能

【业务类别】移动网、5G、SA

1、问题描述

空口QoS管理针对各种业务和用户的不同需求，提供端到端的服务质量保证，允许不同业务不平等地竞争网络资源，以实现不同的体验保障。

NSA架构和SA架构下均支持QoS管理。

在NSA架构下，核心网仍然是EPC，承载建立的信令面都依赖于eNodeB。

NR系统作为SgNB（SecondarygNodeB）参与业务分流，因此NR的QoS配置信息来源于X2接口添加SgNB承载建立的请求信息（SGNBADDITIONREQUEST）或修改SgNB承载建立的请求消息（SGNBMODIFICATIONREQUEST）。

该消息会携带SgNB上建立承载所需要的QCI/ARP/MBR/GBR/UE-AMBR值等信息，NR根据这些信息提供差异化QoS保障。

但在SA架构下，核心网是5GC，QoS的架构发生了较大变化。

图1SA架构下的QoS图

在SA架构下，gNodeB与UE之间仍然采用承载的概念，但gNodeB与核心网之间不再采用承载的概念,由NSA架构中的EPSBearer变成了QoSFlow。

QoSFlow是QoS控制的最细粒度，类似于NSA架构中的EPSBearer。

每一个QoSFlow用一个QoSFlowID（QFI）来标识。

在一个PDU会话内，每个QoSFlow的QFI都是唯一的。

核心网会通知gNodeB每个QoSFlow对应的5QI（5GQoSIndicator），用于确定其QoS属性。

gNodeB需要将QoSFlow映射到承载上。

QoSFlow与空口RadioBearer可以是多对一的映射关系，也可以是一对一的映射关系。

2、SA架构下Qos管理分析

2.1业务建立请求阶段的QoS管理

业务建立请求阶段，无论在NSA架构还是在SA架构下，业务最终映射到gNodeB的QCI承载上，由承载的差异化调度实现各业务差异化服务。

（1）如果一个业务被固定分配专用网络资源以保障这个业务的GBR，则这个业务对应的承载称为GBR承载。

GBR承载主要用于实时业务，例如语音、视频、实时游戏等。

（2）如果一个业务没有被固定分配专用网络资源以保障这个业务的GBR，则这个业务对应的承载称为Non-GBR承载。

Non-GBR承载主要用于非实时业务，例如email、FTP、HTTP等。

当UE发起业务请求时，gNodeB读取N2接口中各QoSFlow的QoS属性值，根据MML界面配置，将不同的QoSFlow（不同的5QI）映射到对应的承载上，为业务配置合适的无线承载参数、传输资源配置参数。

图2网元接口示意图

SA架构下，各标准5QI对应的QoS属性按照3GPPTS23.501协议确定，具体如下表所示：

表1Standardized5QItoQoScharacteristicsmapping（GBR）

5QIValue

DefaultPriorityLevel

PacketDelayBudget

PacketErrorRate

DefaultMaximumDataBurstVolume

DefaultAveragingWindow

ExampleServices

1

20

100ms

10-2

N/A

2000ms

ConversationalVoice

2

40

150ms

10-3

N/A

2000ms

ConversationalVideo（LiveStreaming）

3

30

50ms

10-3

N/A

2000ms

RealTimeGaming,V2Xmessages

Electricitydistribution–mediumvoltage,Processautomation-monitoring

4

50

300ms

10-6

N/A

2000ms

Non-ConversationalVideo（BufferedStreaming）

65

7

75ms

10-2

N/A

2000ms

MissionCriticaluserplanePushToTalkvoice（e.g.,MCPTT）

66

20

100ms

10-2

N/A

2000ms

Non-Mission-CriticaluserplanePushToTalkvoice

67

15

100ms

10-3

N/A

2000ms

MissionCriticalVideouserplane

75

25

50ms

10-2

N/A

2000ms

V2Xmessages

表2Standardized5QItoQoScharacteristicsmapping（Non-GBR）

5QIValue

DefaultPriorityLevel

PacketDelayBudget

PacketErrorRate

DefaultMaximumDataBurstVolume

DefaultAveragingWindow

ExampleServices

5

10

100ms

10-6

N/A

N/A

IMSSignalling

6

60

300ms

10-6

N/A

N/A

Video（BufferedStreaming）

TCP-based（e.g.,www,e-mail,chat,ftp,p2pfilesharing,progressivevideo,etc.）

7

70

100ms

10-3

N/A

N/A

Voice,

Video（LiveStreaming）

InteractiveGaming

8

80

300ms

10-6

N/A

N/A

Video（BufferedStreaming）

TCP-based（e.g.,www,e-mail,chat,ftp,p2pfilesharing,progressivevideo,etc.）

9

90

300ms

10-6

N/A

N/A

69

5

60ms

10-6

N/A

N/A

MissionCriticaldelaysensitivesignalling（e.g.,MC-PTTsignalling）

70

55

200ms

10-6

N/A

N/A

MissionCriticalData（e.g.exampleservicesarethesameasQCI6/8/9）

79

65

50ms

10-2

N/A

N/A

V2Xmessages

80

68

10ms

10-6

N/A

N/A

LowLatencyeMBBapplicationsAugmentedReality

表3Standardized5QItoQoScharacteristicsmapping（DelayCriticalGBR）

5QIValue

DefaultPriorityLevel

PacketDelayBudget

PacketErrorRate

DefaultMaximumDataBurstVolume

DefaultAveragingWindow

ExampleServices

81

11

5ms

10-5

160B

2000ms

Remotecontrol

82

12

10ms

10-5

320B

2000ms

Intelligenttransportsystems

83

13

20ms

10-5

640B

2000ms

IntelligentTransportSystems

84

19

10ms

10-4

255B

2000ms

DiscreteAutomation

85

22

10ms

10-4

1358B

2000ms

DiscreteAutomation

2.2QoSFlow到DRB的映射

5G新增的协议层SDAP（ServiceDataAdaptationProtocol）用于此功能。

SDAP层主要负责：

（1）在上下行数据包中添加QoSFlow的标识，即QFI（QoSFlowID）值，UE从下行数据包的SDAP头中读取该值。

（2）将一个或多个QoSFlow映射到一个DRB（DataRadioBearer）上。

图35G用户面协议栈

QoSFlow映射到DRB的原理描述如下：

（1）下行数据

基站侧需要将QoSFlow映射到相应的DRB上，以便下行数据可用通过对应的承载发送给UE。

针对下行数据，QoSFlow经过SDAP层时，SDAP层根据gNB5qiConfig.Nr5qi的配置值与QCI映射关系，将各QoSFlow映射到相应DRB上，DRB的等级用QCI来索引。

默认QoSFlow与DRB一一映射，当出现大于或等于2个QoSFlow映射到相同等级的DRB时，QoSFlow映射到DRB上的原则如下：

A.多个QoSFlow分别映射到独立的DRB上

a.业务类型为GBR对应的所有5QI的QoSFlow。

b.5QI值为5或69的QoSFlow。

这些QoSFlow映射到DRB后，其DRB等级是相同的，但DRBID不同。

B.多个QoSFlow映射到同一个DRB上5QI值不为5或不为69的QoSFlow。

（2）上行数据

UE为了将数据发送给基站，也需要找到相应的DRB承载，UE找到相应的DRB有两种方式，无论使用哪种方式，UE侧均应使用最新更新的QoSFlow与DRB的映射关系。

图4QoSFlow映射到承载的示意图

2.3业务建立后的QoS管理

业务建立后，gNodeB的下行调度QoS保障和上行调度QoS保障需要根据以下信息计算承载的调度优先级，以保证用户满足QoS属性的同时实现系统吞吐量最大化。

（1）QoS属性（QCI/5QI、PacketDelayBudget等信息）

（2）信道质量信息

（3）速率要求

（4）承载的权重

2.3.1下行调度Qos保障

在下行调度QoS保障中，gNodeB可以获得下行各承载业务的数据量，并根据输入的QoS参数、信道质量、历史速率等因素综合确定承载的调度优先级和选定需要调度的承载。

下行调度QoS保障可由gNodeB独立完成。

下行调度QoS保障包括Non-GBR业务的UE-AMBR限速、Non-GBR业务的最小速率保障、GBR业务的最小速率保障以及GBR业务最大速率限制。

2.3.2上行调度Qos保障

与下行调度QoS保障