LTE QoS

1 EPS承载

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LTE中EPS承载分为两类：

• 默认EPS承载
• 专用EPS承载

EPS承载就是一个连接UE和P-GW的管道（pipe），各种不同类型的流量按照5元组分类进行传输。这些类型的流量称为IP流（IP flows），每个流包括源IP、目的IP、协议ID、源端口以及目的端口。

1.1 默认EPS承载

当UE注册上LTE网络之后，至少一个EPS承载会创建。这个EPS承载就是默认EPS承载，而且默认承载一直存在，直到UE从LTE网络去注册。

默认承载的QoS是非保证比特率的（Non-GBR），意味着只提供尽最大可能的交付，不保证通信的质量，类似于UDP。

1.2 专用EPS承载

除默认EPS承载之外，另外一个所谓的专用EPS承载也可能创建。一般情况下，上网和语音服务是通过两个不同的PDN分别进行提供。当UE注册上LTE网络之后，只会创建一个用于上网服务的默认承载。等到UE使用语音服务时，需要一个比上网服务更高的QoS级别，由于用于上网的默认承载不能满足语音服务所需要的QoS级别，因此就需要一个用于语音服务的专用EPS承载。

专用的EPS承载可以是保证比特率的（GBR）或者非保证比特率的（Non-GBR)。比如语音服务为了保证服务质量就必须是GBR。

1.3 SDF

UE中由于有多个APP或者服务在运行，所以会产生很多IP流。在P-GW中这些IP流基于5-tuple分类器映射到服务数据流（SDF）。在常规的IP路由器中这个分类器称为ACL，在LTE中称为SDF模板。IP流一旦映射到SDF，P-GW就在SDF级别处理QoS，以便把SDF映射到EPS承载并传递给UE。

2 QoS参数

image-20200310135508759.png

资源类型分为：

• GBR
• Non-GBR

QoS参数：

• QCI
• ARP
• GBR
• MBR
• UE-AMBR
• APN-AMBR

每个EPS承载必须要求QCI和ARP两个参数，其中QCI尤其重要，它在确定每个EPS承载中QoS级别时其参考作用。GBR和MBR只用于保证比特率类型的EPS承载，AMBR只用于非保证比特率的EPS承载。

2.1 QCI

TS23203-6.1.7

QCI	资源类型	优先级	包延时	包错误丢失率	举例
1	GBR	2	100ms		语音通话
2		4	150ms		视频通话（实时流）
3		3	50ms		实时游戏，V2X消息 配电-中压（例如TS22.22-7.2.2） 流程自动化-监控（例如TS22.22-7.2.2）
4		5	300ms		非会话视频（缓冲流）
65		0.7	75ms		关键任务用户面即按即说语音（例如MCPTT）
66		2	100ms		非关键用户面即按即说语音
67		1.5	100ms		关键任务视频用户平
75		2.5	50ms		V2X消息
5	Non-GBR	1	100ms		IMS信令
6		6	300ms		视频（缓冲流） 基于TCP任务（比如 www/email/chat/ftp/p2p file共享）
7		7	100ms		语音 视频（实时流） 互动游戏
8		8	300ms		视频（缓冲流） 基于TCP任务（比如 www/email/chat/ftp/p2p file共享）
9		9	300ms		视频（缓冲流） 基于TCP任务（比如 www/email/chat/ftp/p2p file共享）
69		0.5	60ms		关键任务延迟敏感信令（例如MC-PTT信令，MC Video信令）
70		5.5	200ms		关键任务数据（例如示例服务与QCI 6/8/9相同）
79		6.5	50ms		V2X消息
80		6.8	10ms		低时延eMBB使用（基于TCP/UDP) 增强现实

lte_esm_msg
  act_def_eps_bearer_context_req
    eps_qos
      qci = 8 (0x8) (QC8)

这份LOG是实网下CMCC注册网络之后，分配的默认EPS承载，QCI=8。

lte_esm_msg
  act_def_eps_bearer_context_req
    eps_qos
      qci = 5 (0x5) (QC5)

IMS注册之后，建立的专用承载，QCI=5。

为EPS承载或者SDF保证的QoS取决于指定的QCI的值，QCI虽然是一个整数，但表示特定节点的参数，这些参数提供了LTE如何处理分组转发的详细信息（例如调度权重、接纳阈值、队列阈值、链路层协议配置等）。网络运营商将其LTE节点预先配置为根据QCI值处理分组转发。

通过预先定义每个QCI值的性能特征并将其标准化，网络运营商可以确保为LTE网络中使用的不同服务/应用提供LTE标准所需的相同最低级别QoS，这些服务/应用由来自多个节点的各种节点组成。

QCI值似乎主要由eNB用于控制通过无线链路传送的数据包的优先级。这是因为实际上，在有线链路中，S-GW或P-GW很难同时处理数据包并根据QCI特性转发数据包（您可能知道，Cisco或Juniper路由器会 在处理数据包的QoS时，不必在意延迟或错误丢失率，它只会根据数据包的优先级（802.1p / DSCP / MPLS）决定通过调度（WFQ，DWRR，SPQ等）首先发送哪个数据包 ））。

2.2 ARP

分配和保留优先级（Allocation and RetentionPriority），当在资源不足的LTE网络中需要新的EPS承载时，LTE实体（比如P-GW，S-GW，eNB）基于ARP（范围为1～15的整数，其中1位最高优先级）进行决策：

• 删除现有的EPS承载并创建一个新的EPS承载（例如，删除低优先级ARP的EPS承载来创建具有高优先级ARP的承载）。
• 拒绝创建一个新的EPS承载。

因此，仅在决定是否创建新的EPS承载时才考虑ARP。一旦创建了一个新的EPS承载并通过它传输了数据包，ARP就不会影响所传送数据包的优先级，因此，网络节点/实体转发数据包而不管其ARP如何。使用ARP的最典型的例子就是VoIP紧急呼叫。因此，如果VoIP紧急呼叫需要一个新的EPS承载，就会把一个已经存在的删除。

2.3 GBR

这个参数用于GBR类型的承载，表示LTE网络中要保证的带宽。不用不保证带宽的Non-GBR类型承载，包括上下行。

2.4 MBR

MBR用于GBR类型的承载，表示LTE网络中最大的比特率，超过指定的MBR之后到达承载的任何数据包都将被丢弃。

2.5 APN-AMBR

对于Non-GBR类型的承载，受限制的是PDN中所有Non-GBR承载的总带宽，而不是每个承载的单独带宽。此限制由APN-AMBR控制，此参数适用于UE（仅适用于UL流量）和P-GW（适用于UL和DL流量）。

UE接入网络，建立默认承载的时候，网络会配置APN-AMBR，如下所示：

apn_ambr_incl = 1 (0x1)
apn_ambr
  apn_ambr_dl = 254 (0xfe) (8640 kbps)
  apn_ambr_ul = 254 (0xfe) (8640 kbps)
  oct5_incl = 1 (0x1)
  apn_ambr_dl_ext = 162 (0xa2) (104 Mbps)
  oct6_incl = 1 (0x1)
  apn_ambr_ul_ext = 110 (0x6e) (52 Mbps)
  oct7_incl = 0 (0x0)
  oct8_incl = 0 (0x0)

TS24301-9.9.4.2
APN aggregate maximum bit rate IEI	octet 1
Length of APN aggregate maximum bit rate contents	octet 2
APN-AMBR for downlink	octet 3
APN-AMBR for uplink	octet 4
APN-AMBR for downlink (extended)	octet 5*
APN-AMBR for uplink (extended)	octet 6*
APN-AMBR for downlink (extended-2)	octet 7*
APN-AMBR for uplink (extended-2)	octet 8*

APN-AMBR 上下行，octet3和octet4:

Bits

8 7 6 5 4 3 2 1

0 0 0 0 0 0 0 0 保留

0 0 0 0 0 0 0 1 ～ 0 0 1 1 1 1 1 1

颗粒度是1kbps，范围是从1kbps～63kbps。

0 1 0 0 0 0 0 0 ～ 0 1 1 1 1 1 1 1

颗粒度是8kbps，范围是从64kbps～568kbps。

1 0 0 0 0 0 0 0 ～ 1 1 1 1 1 1 1 0

颗粒度是64kbps，范围是从576kbps～8640kbps。

如果网络想要给UE分配高于8640kbps的网速，需要把octet3/octet4配置成11111110。

APN-AMBR 上下行（extended），octet5/octet6:

8 7 6 5 4 3 2 1

0 0 0 0 0 0 0 0 使用octet3中定义的值，如果是其它值就忽略octet3的值。
0 0 0 0 0 0 0 1 ～ 0 1 0 0 1 0 1 0

颗粒度是100kbps，范围是从8700kbps～16000kbps。
0 1 0 0 1 0 1 1 ～ 1 0 1 1 1 0 1 0

颗粒度是1Mbps，范围是从17Mbps～128Mbps。

1 0 1 1 1 0 1 1 ～ 1 1 1 1 1 0 1 0

颗粒度是2Mbps，范围是从130Mbps～256Mbps。

如果是其它的值，则被认为是1 1 1 1 1 0 1 0，即256Mbps。

APN-AMBR 上下行 (extended-2)， octet7/octet8：

Bits

8 7 6 5 4 3 2 1
0 0 0 0 0 0 0 0 使用octet3/octet5中定义的值。

0 0 0 0 0 0 0 1 ～ 1 1 1 1 1 1 1 0

颗粒度是256Mbps，范围是26464Mbps～65280Mbps。

1 1 1 1 1 1 1 1 同 0 0 0 0 0 0 0 0

如果网络想给UE分配高于65280Mbps的下行网速，需要把octet 5设置为 "11111010" 并且把 octet 7设置为 "11111110"。

如果网络想给UE分配高于65280Mbps的上行网速，需要把octet8设置问题 "11111110"。

然后使能extend apn-ambr，详见TS24301-9.9.4.29，格式如下：

Extended APN aggregate maximum bit rate IEI	octet 1
Length of extended APN aggregate maximum bit rate contents	octet 2
Unit for extended APN-AMBR for downlink	octet 3
Extended APN-AMBR for downlink	octet 4
Extended APN-AMBR for downlink (continued)	octet 5
Unit for extended APN-AMBR for uplink	octet 6
Extended APN-AMBR for uplink	octet 7
Extended APN-AMBR for uplink (continued)	octet 8

回到开始的例子中，网络给UE配置了下行104Mbps，上行52Mbps。但是这个值只是参考，具体的网速要看实际情况。

2.6 UE-AMBR

image-20200312162117391.png

一台UE可以连接多个PDN（例如，用于Internet的PDN1，用于IMS的PDN2等），而且对于每个PDN连接都有一个唯一的IP地址。UE-AMBR（UL / DL）指示与该UE相关联的所有Non-GBR EPS承载所允许的最大带宽，而不管该UE有多少个PDN连接。 其他PDN通过其他P-GW连接，此参数仅用于eNB。

TS24301-9.9.4.2 Non-Access-Stratum (NAS) protocol
qci-arp-ambr