移动通信中的QoS解析文档格式.docx
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conversationalclass：
实时会话。
R99不支持。
例如VoIP是当前非常热门的话题。
streamingclass：
流业务。
例如Video。
interactiveclass：
交互式业务。
例如传统的Internet应用，web浏览。
backgroundclass：
背景业务。
例如e-mail下载，SMS，或者ftp下载。
其他的都可作为Besteffortflow业务处理。
PFC（PacketFlowContext）是BSS和SGSN之间协商的主要内容，它是在BSS内部描述QoS特性的上下文。
SGSN向BSS提供所有的PFC参数，包括ABQP（AggregateBSSQoSProfile）和PFI（PacketFlowIdentifier：
标识PFC），SGSN和BSS都存储了这些QoS信息。
业务所要求的服务质量是以ABQP定义的，它出现在所有QoS协商的消息中，它主要包括如下参数：
Trafficclass：
前面提到的四种
Guaranteedbitrate：
要求得到保证的比特速率。
Deliveryorder：
是否要求顺序发送SDU。
Reliabilityclass：
确认模式还是非确认模式。
TrafficHandlingpriority：
对于交互式业务，指对不同媒体的SDU处理的优先权。
Precedenceclass：
同一类业务中不同的优先等级，分高、中、低。
在MS发起的PDP激活过程中，MS在ActivatePDPcontextrequest中携带了ABQP来请求相关的QoS的业务。
网络端协商之后，在ActivatePDPcontextaccept中将相关的QoS参数通知给MS，其中包括PFI。
MS收到之后再发起建立TBF（TemporaryBlockFlow）的过程，并且在PRR（PacketResourceRequest）中指示PFI。
BSS收到PRR之后，根据相应PFI在本地的PFC中找到对应的QoS参数，并据此分配无线资源以满足QoS要求。
如果BSS允许MS接入，将分配的资源通知MS，MS则切换到新资源上工作，BSS通过控制上下行的调度满足QoS。
3.QoS在BSSEDGE业务中的解决方案
QoS的引进目的是支持一定的业务能以预期的效果被终端用户使用，例如当用户在线看Video时，画面是连续的。
要保证业务的QoS需要在接入网和核心网都保证QoS。
核心网是通过传输优先级来保证的，例如在IP传输网络中比较常用的Diffserv[5]，可以将不同的用户业务类型和吞吐量映射成IP传输优先级，以保证QoS。
本文不作介绍。
接入网是BSS内通过分配足够的无线资源保证用户的QoS。
这是本文讨论的主要问题。
3.1Streaming业务的QoS解决方案
Streaming业务有实时质量要求，对于这种业务，在ABQP中，GBR是必须要考虑的重要参数，它要求的比特速率必须得到满足。
在这种业务的QoS实现时，可采用把GBR映射成无线资源分配来实现。
无线资源分配体现在分配的时隙个数和在分配的时隙上和其他MS分享无线时隙时的使用份额（比率）。
通常情况下，时隙数目的分配都是和MS的Multislotclass相关的，而不取决于业务类型。
因此，对于无线资源的分配要求主要依靠保证在分配时隙上的使用份额足够。
这一点可以通过将GBR折算成在以20毫秒为单位的无线数据块传输周期内的调度次数来实现。
可以估算每20毫秒MS的调度次数（cr）为：
其中
GBR：
业务要求的比特率，定义在ABQP中。
：
单个时隙无线传输速率。
它与实时编码速率有关。
TX_EFFICIENCY：
传输效率，有效传输比特百分比。
考虑到包丢失对吞吐量的影响，这个参数的引进使得估算更加精确。
QoS_SAFETY_MARGIN：
考虑其他因素的影响而给MS的调度次数上再留有一定的裕度使得计算的结果更为合理。
简单举例：
如果编码是MCS9，那么单个时隙的编码速率是59.2Kb/s，如果GBR是119.4并且考虑丢包（TX_EFFICIENCY=90%），Margin为10%那么该手机应该在每20ms内得到119.4×
（1+10%）/（59.2×
90%）=2.4次发送或者接受数据的机会。
3.2QoS综合解决方案
对于Interactive、background和besteffort业务，没有实时质量的要求，GBR可以不考虑。
对于这些业务，可以采用给他们定义不同的优先级达到控制QoS的目的。
考虑所有的业务类型包括Streaming在内，根据用户的需要为每种业务定义不同的优先级，使它们在共享资源的情况下，高优先级的业务具有优先使用权，同时又兼顾每种业务的特性如Streaming的GBR映射，最终实现QoS。
例如，定义4个优先级，不考虑信令等其他因素，把Streaming定义成最高优先级P1，交互式业务为P2，背景业务P3，BestEffort为P4，那么在对共享资源的MS进行调度时，从高优先级到低优先级的MS依次调度，在完成高优先级的所有MS调度之后如果还有剩余资源才继续调度低优先级的MS，并且在属于同一优先级的MS之间进行轮流调度以考虑其公平性，这样就达到了控制不同业务的吞吐量的目的。
此外，其他参数也可以用这种方法综合考虑进来，例如对于ABQP中定义的参数，交互式业务还需要考虑THP（TrafficHandlingPriority），对于不同的THP的交互式业务，应该允许定义不同的优先级。
另外，可能PrecedenceClass也是用户希望能够考虑的一个参数，那么对于每一种业务都有三种不同的Precedence（high，middle，low），都可以定义不同的优先级。
最终的实现有多种办法，例如可以如前所说定义总的优先级4种，每种内部又根据THP或者Precedenceclass分成子优先级;
或者，定义更多个的优先级，允许用户根据需要对业务、THP、Precedence的组合任意作优先级的映射。
3.3应用及其意义
QoS对于实现EDGE中的高速数据业务具有重大意义。
引进QoS的网络才能保证各种业务的有效应用。
这里通过一个例子来说明上述解决方案在BSS中的应用：
在一个无线时隙上同时有3个MS进行下行传输，MS1进行的是streaming，MS2进行的是交互式业务，MS3进行的是背景业务。
MS1的GBR是29.6Kb/s，根据估算，如果用MCS9发送数据的话，大概需要每20ms调度29.6/59.2=0.5次。
因此MS1占用了该时隙一半的无线资源。
MS2是交互式业务，具有比背景业务高的优先级，因此网络端总是先满足MS1的GBR，然后，根据优先级允许在已经满足MS1的情况下，允许MS2发送数据，如果仍然有资源剩余，则允许MS3发送数据。
调度的结果可能是：
MS1每40ms发一次下行数据，MS2也是每40ms发送一次下行数据，但是MS3从来没有数据发送，因为资源永远被高优先级的MS占用了。
可见，相对应传统的不支持QoS的平均分配资源的方案（每个MS每60ms被调度一次），QoS在BSS中的应用使得Streaming获得了更高的传输速率并保证了GBR，也使得交互式业务比背景式业务获得了相对比较高的传输速率。
他们体现在终端用户那里，Video的播放非常平滑以及网页浏览的速度较高。
可以预见这种优质的业务质量将会吸引到更多的用户。
此外也可以看到，本文提出的方案非常简单、直接并具有实际应用价值，它使得提供QoS的BSS在资源使用上根据业务类型更加优化。
需要指出的是本文只是简单介绍了这个QoS的解决方案，实际上一个完整的QoS解决方案要复杂的多，例如在上面的例子中，MS3就无法实现传输数据的功能，这会导致终端用户的数据传输失败，因此必须引进其他机制保证低优先级的用户数据传输不被中断掉。
4.结束语
本文介绍了QoS在EDGE中的概念、业务类型以及协商过程，提出了一种BSS内实现QoS的无线资源分配解决方案，主要针对Streaming业务提出了具体的资源分配算法。
同时考虑多种业务的并存提出了QoS综合解决方案即通过进行业务和优先级映射实现不同业务的QoS区分。
目前，上海贝尔阿尔卡特公司的Edge产品采用业界领先的QoS解决方案，它使得网络能够非常高效的支持了Streaming业务，特别是在网络负载高，用户量大的情况下，相对于传统的网络，吞吐量最多可提高4至5倍，并且非常稳定（基本上没有抖动），保证了Streaming业务在终端的使用效果，达到业界领先水平。
参考文献：
[1]:
3GPP44.060:
“GPRS;
MS-BSSinterface;
RLC/MACprotocol”
[2]:
3GPP48.018:
BSS-SGSN;
GGSN”
[3]:
3GPP24.008:
“MobileradiointerfaceLayer3specification;
Corenetworkprotocols;
Stage3”
[4]:
杨留清张闽申徐菊英，数字移动通信系统，人民邮电出版社
[5]:
崔鸿雁徐海博张平，第三代蜂窝网络核心网的QoS技术分析，数据通信，2006年01期
第三代蜂窝网络核心网的QoS技术分析
摘要：
介绍了3G核心网的服务质量保证问题。
按照网络实体和3G演进的版本分别对核心网的QoS保证技术进行了重点分析，并与有线网络的QoS保证方案的特点进行对比，分析了3G网络R5版本在QoS方面遇到的问题。
关键词：
3GQoSMSCGGSNSGSN
0.引言
未来3G系统所采用无线技术应具有高频谱利用率、高业务质量、适应多业务环境等特点，并具有较好的网络灵活性和全覆盖能力。
CDMA2000、WCDMA、TD-SCDMA三种技术是未来3G主流应用技术。
3GPP组织制订了四个版本，即R99、R4、R5和R6。
R99版本的主要特点是核心网方面基于GSM。
R4的主要特征是在核心网电路域引入了软交换的概念，即传统MSC分离为媒体网关（MGW）和MSC服务器两部分，实现了控制和承载分离。
R5是全IP网，其核心网部分在结构上引入多媒体子系统（IMS）。
R4/R5版本的核心网中的网络实体与GSM网络比较有了许多变化，例如将MSC分成两个不同的实体，MSCServer和MGW（MediaGatewayFunction）。
但3G与GSM最大的不同是在网络中引入两个全新的节点SGSN（ServingGPRSSupportNode）和GGSN（GatewayGPRSSupportNode）。
第三代移动通信系统的整个核心网络将呈现出和IP技术紧密结合并逐步向全IP网络演进的发展趋势：
其中3G电路交换核心网络主要由现有的核心网络（3GMSC（M11）演进，而3G分组核心网络主要从GSM/GPRS核心网络演进，因此对网络服务质量（QoS）提出了更高的要求。
如何充分利用网络中的QoS保证使用户获得满意的服务，同时又能有效地利用网络资源成为3G网络建设的一个重要问题。
1.3G核心网对QoS的要求及保证技术
QoS包括调控不同业务的流量；
保证实时业务的带宽、低时延、低丢包率；
为不同业务定制相应带宽；
减少网络丢包率；
平滑网络流量，提高带宽利用率；
调整物理接口速率等。
对基于IP的语音QoS主要解决以下问题：
网络的两个节点之间特定应用业务流的平均速率；
数据包在网络的两个节点之间传送的平均往返时间，即时延及时延的变化；
网络传输过程中的丢包率；
网络的可用性；
完成整个呼叫建立过程的时间。
针对各种业务对时延灵敏度的不同要求，3GPP规范的QoS的体系结构中大致将其分为四个类别：
会话类要求保证数据流传输的连续性，要求低时延，低丢包率；
流媒体型要保证连续性的同时减小时延；
Web等交互型对时延和数据的正确率有严格要求。
后台型业务要保证数据的正确率。
3G核心网QoS的保证技术可分为按核心实体划分及版本划分。
按核心实体划分：
3G核心网中分组域的主要设备是SGSN和GGSN。
SGSN将来自MS的QoS需求传送给GGSN；
根据网络资源情况实现接纳控制，对于实时业务Conversational、Streaming类进行资源预留，提供保证的QoS；
对用户数据监控，保证与TCA的一致性，实现流量监控功能；
对承载业务分配共享资源，实现资源管理；
根据对应承载的QoS业务能力，进行标记，实现业务映射功能。
GGSN根据网络负荷情况，修改商定的QoS参数，并将结果反馈给SGSN，实现接纳控制作用；
对从SGSN来的QoS请求进行权限认证，实现COPS的PEP功能；
对用户数据监控，保证与TCA的一致性，实现流量监控功能；
根据对应承载的QoS业务能力，进行标记，实现业务映射功能；
根据用户业务质量需求，实现业务QoS等级的分类功能；
实现Diffserv边缘节点功能（包括RSVP代理功能），实现与外部网络IP承载业务的互通功能；
同时，SGSN和GGSN可以根据业务流类型和业务处理优先级的协商结果，通过Diffserv技术，将不同业务类型所对应的QoS业务按照不同类型映射为相应的码字。
在电路交换域中，R4将MSC分离为MSCServer和MGW两个网元，其中MSCServer负责呼叫控制和多媒体网关控制；
MGW负责处理用户面的话务。
采用Diffserv技术保证电路域话务在IP传输网中的QoS。
将IP话务流标注上相应的Diffserv代码，然后再送到IP骨干网中。
运营商根据需要修改Diffserv代码的映射方式，也可在信令链路中实施技术。
按版本划分：
R99版本的QoS保证技术：
R99版本中给每个用户引入了PDP上下文，每个PDP对应不同服务质量的会话。
GGSN中的TFT（TrafficFlowTemplate）对数据包进行过滤，并将它们发送到正确的PDP上下文中。
PDP上下文激活消息从UE接收后，SGSN利用GPRS签约订单检查需要的QoS并从而降低需要的服务质量。
修改后的PDP上下文激活信息被SGSN向前传给GGSN。
GGSN基于得到的资源降低需要的QoS。
修改后的PDP上下文激活消息再被GGSN发回SGSN。
SGSN让RNC给需要的QoS建立到UE的RAB（无线接入承载）。
不对称PDP上下文将支持R4以上的版本，允许为上下行链路分别设置QoS。
这个特性对上下行完全不同QoS需求的流应用非常有用。
R4版本的QoS解决方案：
3GPPR4版本中，SGSN可以看作GSM进入GPRS核心网的路由器，它将分组数据发送到相关基站子系统。
PS域中的SGSN类似GSM中的MSC/VLR的功能，它存放用户的鉴权和位置信息。
主要功能是对移动终端进行鉴权和移动性管理，建立移动终端到GGSN的传输通道，接收从UTRAN传送来的移动终端的分组数据，通过GPRS骨干网传送给GGSN或将分组发送到同一服务区内的移动终端。
SGSN还可集成计费网关、边缘网关和防火墙功能。
GGSN可以看作GPRS网络与外部分组网络互通的边界路由器，它接收移动终端发来的分组数据，转换成其他分组协议数据包并送往相应的外部网络；
或接收来自外部数据网络的数据，通过隧道技术发送给相应的SGSN。
图13GPPR4结构框图
2.3G与固网不同的QoS方案特点
由于Intserv为每个流提供质量保证时需要维护的信息量很大，加上在3G核心网中业务流数目巨大，要维护每个流的状态信息很困难。
所以，在3G网络建设中，主要用DiffServ模型和MPLS技术来保证核心网的QoS。
DiffServ模型被认为是解决IP骨干网QoS问题最有效的技术。
DiffServ模型通过IP报头中的TOS字节取值不同来区分业务流，并对每类业务流规定相应的分组转发处理方法（Per-HopBehavior）。
DiffServ针对的是业务流的种类，具有良好的可扩展性。
它将移动网中的PDP上下文QoS类型映射为DiffServ码字，通过这些信息进行报文的分类、流量整形、流量监管和排队。
这种方案由于只需要进行数据包的调度转发，其分类、标记和整形等复杂处理都在网络的边缘完成，因此核心路由器的负荷较轻。
它的优点是具有相对较好的扩展性，就发展来看，在目前分组网的基础上，区分业务结构更容易实现。
其缺点是需要对服务质量进行分类，如果分类的粒度过细就要增加报文头部DS字段的长度，而且类的数目也会增加；
反之又不能充分体现各种业务对服务质量的需求。
没有考虑无线网络频带资源有限、无线信道易受外界干扰和用户终端频繁移动的特点。
MPLS已被公认为IP骨干网的最佳组网技术。
它的优点是将第三层路由和第二层交换有机结合起来，因而既具有良好的扩展性，又支持高速数据转发。
MPLS网络可以通过流量工程，最佳利用链路和节点，平衡负荷；
它可以将路由、寻址与控制等功能集合，使控制过程大大简化，降低网络成本；
增强网络性能，实现路由功能，特别适合基于策略的管理；
当主要路径出现故障时，可另选路由疏通业务，缩短业务中断时间；
使用域间无级选路（CIDR）群地址概念，适应互联网用户数量快速增长的需要；
支持各种传输层与链路层协议，利于接口互联。
其缺点是没有考虑无线网络频带资源有限、无线信道易受外界干扰和用户终端频繁移动的特点。
在3G网络里，一方面将两种服务模型进行相互映射和结合得到扩展，另一方面，NGN网络中QoS保障模型映射为3G的服务模型也得到深入的研究。
例如，在NGN网络中将业务类型字段（TC）定义为DS字段。
将DiffServ模型中的业务分类映射到3G网络业务；
加速转发型PHB映射为3G网络中的传统业务及数据业务；
可靠型转发PHB映射为3G网络中的交互式业务等。
可见3G网络的QoS解决方案朝着各种现代通信技术的集成方向发展，如WCDMA核心网在RNC和GGSN之间应用的GTP隧道技术、差分服务模型、多协议流标签技术，以及一些移动通信场景相结合，有助于建立高质量的3G核心网络，并使核心网的QoS业务与无线接入网及其他网络业务相互兼容，实现完整的端到端的QoS解决方案是一个研究的方向。
3.R5的QoS体系及遇到的问题
IMS（IP多媒体子系统）是3GPP在R5版本提出的支持IP多媒体业务的子系统。
IMS的引入提供了保证QoS的基础。
提供QoS保证的IMS组成部分是CSCF（CallStateControlFunction）。
CSCF是为3G网络的IP终端提供多媒体服务的SIP服务器。
P-CSCF（Proxy-CSCF）是在访问网络中与UE的第一个连接。
负责IMS会话资源管理。
S-CSCF（Serving-CSCF）始终位于签约用户的家乡网络。
保存IMS签约订单和与服务平面的接口的一个拷贝。
IMS信令和用户数据都在相同GPRS承载网上传输。
要求运营商根据业务的优先级分别处理这些包并且计费。
目前，一些R5核心网采用MPLS来保证控制数据和用户数据的传输质量。
MPLS将二层ATM的性能和业务管理与三层IP的灵活性和可测量性集成于一体。
R5的另一个特点是会话层和GPRS承载层的连接有标准化的策略控制接口Go支持。
GGSN包括一个策略执行功能PEF，负责管理包传输到IP网络，并根据包分类器从PDP上下文限制一系列可能到达的IP目的地。
策略控制由PCF执行，它被认为是R5中P-CSCF的一个逻辑实体。
3GR5版本是一个承载（SGSN，GGSN）、会话（P-CSCF，S-CSCF）和服务分离的分层机制。
由于RSVP技术会引入无线接口的管理费用。
而且IP骨干网不支持端到端RSVP，所以端到端RSVP技术仍然处于3GPP讨论阶段，前景黯淡。
现在的一些低端设备不能完成任何现存的IETFQoS协议。
在这种情况下，可以让SGSN有DiffServ边界能力，通过它来实现3G核心网中的QoS映射到DiffServ机制上。
随着IMS的引入，QoS基础遇到了新的挑战。
服务质量通过在GGSN/SGSN和RNC中支持DiffServ及MPLS来提供给基于IP的3G核心网。
在3G网络边界，GGSN必须执行3G网络QoS参数和邻近IP网络QoS参数之间的映射。
采用在PCSCF／PCF和GGSN引入策略控制机制来使在传输层终端用户需要的QoS和会话层批准的QoS达到同步。
（尹阜琪编辑）
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