Концепция системы качества обслуживания QoS (Quality of Service) для сетей UMTS
(Universal Mobile Telesystem networks) мобильной связи 3-го поколения определена в спецификации TS 23.107 и используется также для сетей LTE 4-го поколения. При разработке и внедрении системы качества обслуживания к атрибутам такой системы предъявляются следующие общие требования.
• Количество и значения атрибутов должны быть таковы, чтобы обеспечить возможность многоуровневой градации пользователей.
Все приложения абонента, совмещающие использование одного PDP-контекста (Packet Data Protocol), имеют одинаковый профиль качества обслуживания. Несколько потоков с одинаковыми характеристиками образуют совокупный профиль качества обслуживания. Для дифференцированной обработки передаваемых пакетов в соответствии с требованиями QoS для одного пользовательского терминала одновременно должны быть активизированы и первичные и вторичные контексты.
• Использование механизма QoS не должно мешать эффективному использованию радио ресурсов, независимому развитию базовой сети и сети радиодоступа.
Провайдеры, в свою очередь, обязаны гарантировать оговоренный уровень сервиса независимо от количества трафика в сети. Для обеспечения требуемого уровня сервиса применяется набор механизмов QoS, который позволяет обеспечить качество с помощью пиритизации данных и гарантируют производительность в рамках соглашения о качестве обслуживания или тарифа. Применяя необходимые механизмы QoS, провайдеры могут обеспечить, например, корректное распознавание и пиритизацию пакетов с голосом и видео.
а) Все атрибуты и их комбинации должны иметь однозначно определённые значения.
Методы управления QoS реализуются на основе последовательных сессий применительно к пакетной передачи данных, в том числе, к мультипотоковой передаче, когда несколько различных потоков имеют один и тот же адрес.
Исходя из перечисленных общих требований к качеству обслуживания, в спецификациях должны быть сформулированы конкретные технические требования, касающиеся набора параметров QoS.
б) Управление качеством обслуживания осуществляется на основе конечного, по возможности, минимального набора параметров QoS, поддерживающих эффективное использование радиоресурсов, а также ассиметричное функционирование сквозных каналов.
в) Методы управления QoS реализуются на основе последовательных сессий применительно к пакетной передачи данных, в том числе, к мультипотоковой передаче, когда несколько различных потоков имеют один и тот же адрес.
д) Пользовательские приложения должны иметь возможность индикации значений QoS при передаче данных в различных сетевых узлах.
г) Система качества обслуживания должна быть динамической, позволяющей изменять параметры QoS в течение активной сессии.
Механизм QoS применяется для потоков данных в PCEF(Policy and Charging Rules Function). Эти потоки данных представлены IP пакетами. PCEF применяет правила PCC (контроль управления и загрузки) для классификации трафика по потокам сервисных данных. Правила могут быть определены заранее или динамически обеспечены в PCEF. Динамические правила PCC получаются из модуля PCRF на основе информации, предоставленной AF(Assured.Forwarding),.согласно необходимой полосе пропускания данных PCEF (согласно необходимому QoS на уровне трафика пользователя) и других особых данных абонента, при их наличии. Тип трафика однозначно характеризуется маркером QCI (QoS Class Identifier) , который определяется в PCRF для каждого из пакетов. При поступлении пакетов трафика, PCEF отправляет запрос в PCRF с целью их классификации. PCEF посылает в PCRF идентификатор пользователя или его IP адрес, а также тип обрабатываемых данных ToS (Type of Service). На основании этих параметров PCRF формирует и высылает обратно в PCEF тот или иной QCI. В зависимости от значения, принятого QCI в PCRF к пакету применяется тот или иной тип обслуживания.
В качестве иллюстрации укажем типичные значения параметров передачи данных, когда обеспечивается медиауслуга (звук + видео) в потоковом классе при использовании AMR (Adaptive Multi Rate) речевого кодека и MPEG-4 видеокодека, что является типичным для сетей мобильной связи 3-го и 4-го поколений. Информация о соответствии значения QCI трафику определенного типа, а так же требования к качеству обслуживания такого трафика находятся в модуле PCRF. Стандарт требований к качеству для LTE сети представлен в таблице 1. PCRF предоставляет эту информацию, когда в PCEF необходимо принять решение о том, как поступить с тем или иным пакетом.
Значения параметров системы качества обслуживания
|
Скорость передачи данных |
4,75-12,2 Кбит/с |
|
Длительность кодированных речевых кадров |
20 мс |
|
• Относительный уровень битовых ошибок |
10-2…10-4 |
|
• Относительный уровень кадровых ошибок 10–3 MPEG-4 видеокодек: |
10-3 |
|
Скорость передачи данных |
24,0-128,0 Кбит/с |
|
Задержка |
150-400 мс |
|
Общая между оконечными узлами, и задержка видеокодека около |
200 мс; |
|
Относительный уровень битовых ошибок Ограниченное использование Некоторые видимые артефакты |
10-3 10-4 10-5 |
|
Небольшое ухудшение восприятия (отсутствие видимых ухудшений) |
10-6 |
|
Доступный голосового трафика сквозная задержка |
150 мс |
Выводы
Установлено, что одной из основных задач беспроводной сети, функционирующей с использованием технологии LTE, является задача обеспечения требуемого качества обслуживания, В состав QoS входит необходимость выделения пользовательским станциям сети необходимой скорости передачи в нисходящем канала связи. Также установлено, что одним из эффективных способов обеспечения требуемой скорости передачи в технологии LTE являются решение задачи минимального набора параметров, поддерживающих эффективное использование радиоресурсов, а также ассиметричное функционирование в нисходящем канале связи. В связи с этим, проанализированы существующие механизмы распределения блоков планирования между пользовательскими станциями в нисходящем канале связи беспроводной сети, функционирующей с использованием технологии LTE.