5GQoS管理机制介绍

1、1课程目标课程目标掌握掌握4/5G QoS架构区别，架构区别，5G QoS flow、profile的意义及相关的意义及相关QoS参数的定义参数的定义和用途和用途了解了解5G UPF、RAN和和UE QoS 映射原理，掌握映射原理，掌握gNodeB上下行上下行DRB的映射原理的映射原理以及以及NSA QoS映射原理映射原理gNodeB的的QoS管理包括无线管理包括无线QoS管理和传输管理和传输QoS管理，重点掌握无线管理，重点掌握无线QoS管理管理包括准入与抢占、上下行调度包括准入与抢占、上下行调度QoS保障原理和保障原理和non-GBR/GBR速率保障的方法速率保障的方法5G QoS 原理5

2、G QoS 映射 123gNodeB QoS管理目录目录4G网络关键网络关键QoS参数参数5G网络关键网络关键QoS参数参数承载资源能不能占ARPARP承载资源占得怎么样QCI5QI承载资源占多少MBR、GBRMFBR、GFBR3什么是什么是QoS QoS：Quality of Service服务质量，既是业务传输质量的一种表述，也是业务传输质量的保障机制，其目的服务质量，既是业务传输质量的一种表述，也是业务传输质量的保障机制，其目的是针对各种业务的不同需求，为其提供端到端的服务质量保证是针对各种业务的不同需求，为其提供端到端的服务质量保证QoS控制关键点：1. 有没有路可提供给用户进行数据包

3、的转发；（承载建立和抢占的优先级）2. 用户的业务数据包可以被转发得多快、多好；（转发优先级、延迟、丢包率）3. 同一时刻最多能转发多少数据包；（带宽/速率）ARP：Allocation and Retention Priority 分配保留优先级QCI：QoS Class Identifier QoS分类识别码MBR：Maximum Bit Rate 最大带宽GBR：Guaranteed Bit Rate 保证带宽5QI: 5G QoS indicator 5G QoS指示GFBR: Guaranteed Flow Bit Rate 保证流比特率MFBR: Maximum Flow Bit

4、Rate 最大流比特率44G QoS架构架构 LTE QoS的基本粒度为的基本粒度为EPS承载（承载（UE到P-GW之间具有相同QoS的业务流称为一个EPS承载，包括UE到eNB空口间的无线承载、eNB到S-GW之间的S1承载、S-GW和P-GW之间的S5/S8承载，其中无线承载与S1承载合称E-RAB） 承载是承载是QoS处理的最小粒度处理的最小粒度，EPS承载和无线承载之间是一对一的关系，有新建QoS需求时，需同时新建无线及有线承载，核心网控制承载的管理核心网控制承载的管理(包括：建立/修改/释放)，RAN侧只能接受或拒绝来自核心网的承载管理侧只能接受或拒绝来自核心网的承载管理请求请求55

5、G QoS架构架构5G核心网取消了承载的概念核心网取消了承载的概念，引入了QoS Flow（QoS流）流）的概念，QoS流是QoS处理的最小粒度 一个QoS流ID（QFI）用于标识一条QoS流，QFI在一个PDU会话内要唯一，一个PDU会话可以有多条（最多最多64条条）QoS流 5G基于流的粒度执行基于流的粒度执行QoS处理，处理，网络侧基于QFI执行数据包的转发，PDU会话中具有相同QFI的用户面数据会获得相同的转发处理（如相同的调度、相同的准入门限等） 5GC和和RAN之间不再存在承载，之间不再存在承载，有新建QoS需求时，只需新建无线承载，对每个PDU会话而言，5GC和RAN之间是单一的

6、NG-UTunnel，gNB与与UE之间仍然采用承载的概念之间仍然采用承载的概念，由gNB控制将Qos flow映射在哪个承载上 Qos flow与空口与空口Radio bearer可以是多对一的映射关系，也可可以是多对一的映射关系，也可以是以是1:1的映射关系，一个的映射关系，一个Qos flow只能映射到一个只能映射到一个DRB65G QoS Flow QoS Flow按照是否有按照是否有GBR保障分为以下几种：保障分为以下几种： GBR类型的QoS Flow主要用于实时类业务，如语音、视频、实时游戏等 Delay Critical GBR类型的QoS Flow主要用于低时延高可靠业务，例

7、如智能交通、自动驾驶等 Non-GBR类型的QoS Flow主要用户非实时类业务，例如网页浏览、FTP、EMAIL等75G QoS profile - QoS特性特性 QoS Flow的的QoS 参数承载在参数承载在QoS Profile中，中，这些参数决定QoS Flow的资源类型为GBR or Non-GBR；QoS Profile用QFI标识（QFI），但QoS Profile自身不包含QFI 5G网需要将不同业务体验（如时延、数量、可靠性）映射为各个节点能够识别的技术参数即QoS profile，包括一系列参数和特性85G QoS profile - QoS 参数参数 QoS prof

8、ile包含的包含的QoS参数如下：参数如下：5QIValueResourceTypeDefaultPriorityLevelPacketDelayBudgetPacketErrorRateDefaultMaximumDataBurstVolumeDefaultAveragingWindowExampleServices1GBR20100ms-210N/A2000msConversationalVoice240150ms-310N/A2000msConversationalVideo(LiveStreaming)33050ms-310N/A2000msRealTimeGaming,V2Xmess

9、agesElectricitydistributionmediumvoltage,Processautomation-monitoring450300ms-610N/A2000msNon-ConversationalVideo(BufferedStreaming)65775ms-210N/A2000msMissionCriticaluserplanePushToTalkvoice(e.g.,MCPTT)6620100ms-210N/A2000msNon-Mission-CriticaluserplanePushToTalkvoice6715100ms-310N/A2000msMissionCr

10、iticalVideouserplane752550ms-210N/A2000msV2Xmessages510100ms-610N/AN/AIMSSignalling660300ms-610N/AN/AVideo(BufferedStreaming)TCP-based(e.g.,www,e-mail,chat,ftp,p2pfilesharing,progressivevideo,etc.)770100ms-310N/AN/AVoice,Video(LiveStreaming)InteractiveGaming880300ms-610N/AN/AVideo(BufferedStreaming)

11、TCP-based(e.g.,www,e-mail,chat,ftp,p2pfilesharing,progressivevideo,etc.)95G QoS 参数参数 - 5QI 5QI用用8bit表示，取值范围表示，取值范围0-255；82-85超低时延场景；等同于超低时延场景；等同于LTE的的QCI，一对一映射一组，一对一映射一组QoS特性特性105G QoS 参数参数 - ARP ARP：Allocation and Retention Priority 分配保留优先级，指示一个QoS流相对另一个QoS流的资源分配和保持的优先级，ARP参数包含优先级、抢占能力、可被抢占能力等信息； P

12、riority level优先级优先级：取值范围115,1为最高级；优先级定义了UE资源请求的重要性 Pre-emption capability抢占能力：抢占能力：定义一个业务流是否可以抢占低优先级的业务流的资源；pre-emption表示可抢占 Pre-emption vulnerability被抢占能力：被抢占能力：定义一个业务流的资源是否可以被高优先级的业务流抢占；“pre-emption”表示可以被抢占115G QoS 参数参数 - RQA&FBR(GFBR和和MFBR) RQA 代表这个QoS Flow上用户业务是否需要反射QoS，只有RAN收到了带有RQA参数的QoS profi

13、le后，才会在对应的QoS Flow上发送带有RQI指示=1的下行SDAP PDU给UE，从而在UE端触发反射QoS流程 Flow Bit Rate 包含保证上下行bit率的GFBR和最大上下行bit率的MFBR，分别代表了数据传输的下限和上限，仅适用于GBR QoS Flow。因此，用户的传输速率会介于GFBR和MFBR之间，超过MFBR的用户业务会根据UE、RAN、UPF的策略或者直接丢弃或者延迟发送125G QoS 参数参数 - NC&AMBR&MPLR Notification Control （NC）：）：仅适用于GBR QoS Flow，开启后当某个QoS Flow的bit率低于对

14、应QoS profile里的GFBR时，NG-RAN发送notification给SMF，5GC后续或者修改或者释放此QoS Flow AMBR：包含session-AMBR和UE-AMBR， session-AMBR是每个PDU session中所有non-GBR QoS Flow的bit率累加，而 UE-AMBR由当前每个UE上所有激活的PDU session的session-AMBR累加而得 Maximum packet loss rate（MPLR）:仅适用于voice media的GBR QoS Flow，代表能够容忍的最大丢包率EPSQoSparameters5GQoSparame

15、tersNon-GBRBearerQCI、ARPNon-GBRQoSflow5QI、ARP、RQA(可选可选)GBRBearerQCI、ARP、GBR、MBRGBRQoSflow5QI、ARP、GFBR、MFBR、Notificationcontrol(可选可选)APN-AMBR控制APN下的所有PDN连接的Non-GBRbearerUE-ULAPN-AMBRPDNGW-ULandDLAPN-AMBRSession-AMBR控制PDU会话下所有的non-GBRQoSflowUE-ULSession-AMBRUPF-ULandDLSession-AMBRUE-AMBR（MME推演）推演）控制UE

16、下的Non-GBRbearerRAN-ULandDLUE-AMBRUE-AMBR（AN推演）推演）控制UE的所有的non-GBRQoSflow，RAN-ULandDLUE-AMBR134G/5G QoS参数一览参数一览RQA：Reflective QoS Attribute， 新增Reflective QoS机制参数Notification control:通知控制，增加无线和核心网关于GFBR的动态联动。 当RAN侧不能满足GFBR时通知SMF，5GC发起N2信令流程来修改或移除 QoS flow；当条件改善能够再次执行GFBR时，RAN发送新的通知，将其告知SMFAMBR：Aggregat

17、e Maximum Bit Rate 聚合最大比特速率,针对Non-GBR ，4G针对APN和UE设置对应参数，5G针对PDU Session和UE设置对应参数144/5G QoS的对比总结的对比总结业务类型业务类型QCIARP优先级（PriorityLevel）抢占能力（Pre-emptionCapability）被抢占特性（Pre-emptionVulnerability）VoLTE默认承载默认承载56允许抢占不允许被抢占VVIP用户数据业务用户数据业务612允许抢占允许被抢占VIP用户数据业务用户数据业务813允许抢占允许被抢占普通用户数据业务普通用户数据业务914不允许抢占允许被抢占1

18、5当前当前NSA网络网络QoS策略策略 4/5G普通用户：普通用户：QCI签约值统一为9，ARP签约数据统一为：ARP优先级=14，不允许抢占，允许被抢占 VoLTE用户：用户：IMS APN的QCI保持为5不变，ARP签约数据统一为：ARP优先级=6，允许抢占，不允许被抢占 VIP用户：用户：针对QCI=8的VIP用户，其ARP签约数据统一为：ARP优先级=13，允许抢占，允许被抢占 行业应用行业应用：针对行业应用类用户的公众数据业务APN和行业应用APN，若无特殊要求，则QCI签约值统一为9，ARP签约数据应统一为：ARP优先级=14 共建共享下需要和电信统一策略共建共享下需要和电信统一策

19、略5G QoS 原理5G QoS 映射123gNodeB QoS管理目录目录175G QoS 映射映射 5GC与与NG-RAN通过把数据包映射到合适的通过把数据包映射到合适的QoS Flow与与DRB上来保证服务质量（如可靠性和时延）。上来保证服务质量（如可靠性和时延）。UPF实现实现IP流到流到QoSFlow的映射，的映射，gNB实现实现QoS Flow和无线承载和无线承载DRB的映射。的映射。QoS映射包括映射包括UPF映射、映射、AN映射、映射、UE映射三部分映射三部分： UPF映射映射：下行数据分组到达时，UPF利用PDR（上下文检测规则）将其映射到某一个QoS flow，然后执行该Q

20、oS flow对应的QoS控制，并在上层封装协议的头部中用QFI标记该数据分组，然后通过该QoS flow对应的N3 Tunnel发给RAN AN映射映射：RAN收到分组后，根据QFI找到对应的DRB和QoS参数，执行QoS控制，然后通过该DRB发送分组到UE UE映射映射：UE要发送上行数据时，通过QoS rules将其映射到某个QoS flow，然后找到对应的DRB发送。RAN收到后，根据QFI执行QoS控制，然后找到对应的N3 Tunnel后发送分组到UPF18SA组网下业务到承载的映射组网下业务到承载的映射 概述概述：当UE发起业务请求时，gNodeB读取N2接口INITIAL CON

21、TEXT SETUP REQUEST消息 或PDUSESSION RESOURCE SETUP REQUEST消息中各QoS Flow的QoS属性值，将不同的QoS Flow（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 确定确定 5QI 对应的对应的 QoS 属性值：属性值： SA组网下，各标准5QI对应的QoS属性根据Resources Type不同，分为GBR、Non-GBR及Delay Critical GBR，QCI及QCI的Default Priority Level、Packet Delay Budget、Default Averaging

22、Window属性值支持通过参数命令修改 QoS Flow的的5QI可以是核心网动态指派的可以是核心网动态指派的5QI（Dynamic 5QI），也可以是非动态指派），也可以是非动态指派 的的5QI（Non Dynamic 5QI），），一般非动态指派的5QI包括预配置5QI（Pre-configured 5QI）和标准5QI（Standardized 5QI），当 5QI取值为19，65，66，69，70，75，79时，对应的5QI为标准5QI19SA组网下业务到承载的映射组网下业务到承载的映射 QoS flow到到DRB的映射的映射：SDAP（Service Data Adaptation

23、Protocol）是5G新增的协议层，主要有两个功能： 在上下行数据包中添加QoS Flow的标识，即QFI (QoS Flow ID)值，UE从下行数 据包的SDAP头中读取该值 将一个或多个QoS Flow映射到一个DRB (Data Radio Bearer)上20下行映射下行映射 下行数据，下行数据，QoS Flow经过经过SDAP层时，层时，SDAP层根据层根据5QI和和QCI的对应关系，将的对应关系，将QoS Flow映射到相应映射到相应DRB（DRB的的QoS等级用等级用QCI来索引）来索引） 标准5QI与QCI的对应关系是一对一映射的，这类规则在最小化配置中存在且不能 修改。例

24、如5QI1映射到QCI1，5QI9映射到QCI9 其它5QI与QCI的对应关系可自由配置，当出现大于或等于2个QoS Flow映射到相 同QCI时， GBR类型类型将会各自单独映射到DRB（这些 DRB的QoS等级是相同的，但DRB ID不同） Non-GBR类型类型，或5QI值不为5且不为69的QoS Flow，gNodeB会将多个QoS Flow映射到同一个DRB上21上行映射上行映射 UE为了将数据发送给为了将数据发送给gNodeB，也需要找到相应的，也需要找到相应的DRB承载，承载，UE找到相应的找到相应的DRB有两有两 种方式：种方式： reflecting mapping方式 ：U

25、E根据收到的下行数据分组自己推衍和创建上行QoS规则，例如根据源地址和目的地址推衍22上行映射上行映射 重配显式下发（重配显式下发（explicit reconfiguration） ：通过RRCReconfiguration消息把QoS Flow与DRB的映射关系发送给UE 重配显式下发由核心网下发：重配显式下发由核心网下发：SMF发送包含SDF QoS控制信息给UPF，发送包含 QoS profile给AN，并向UE发送对应的QoS Rule mappedQoS-FlowsToAdd ：表示要在增加列表中的QoS流映射到这条DRB上，不能一条QoS流映射到多条DRB上 mappedQoS-

26、FlowsToRelease：表示这些QoS流不能再映射到这条DRB上23NSA组网下的组网下的QoS映射映射 概述概述：5G NSA组网QoS架构与4G相同，用户发起业务建立请求时，gNodeB根据X2接口上传过来的业务QCI的QoS属性，为业务配置合适的无线承载参数、传输资源配置参数 在在NSA组网下，核心网仍然是组网下，核心网仍然是EPC，承载建立的信令面都，承载建立的信令面都依赖于依赖于eNodeB。NR系统作为系统作为 SgNB（SecondarygNodeB）参与业务分流，因此）参与业务分流，因此NR的的QoS配置信息来源于配置信息来源于X2接口添加接口添加SgNB承载建立的请求信

27、息（承载建立的请求信息（SGNBADDITION REQUEST）或修改）或修改SgNB承载建立的承载建立的 请求消请求消息（息（SGNB MODIFICATION REQUEST）。上述消息会）。上述消息会携带携带SgNB上建立承载所需要的上建立承载所需要的QCI、ARP、 MBR（Maximum Bit Rate）、）、GBR、UE-AMBR等信息，等信息，NR根据这些信息提供差异化根据这些信息提供差异化QoS保障保障245G QoS机制的优点机制的优点 4G的QoS由核心网发起，以承载为基本粒度，无线接入网只是执行核心网的策略被动参与 5G引入了SDAP，无线网也会主动参与QoS保障，实

28、现真正端到端QoS保障。NG-RAN会根据各DRB上的负载情况等主动修改QoS Flow到DRB的映射规则，动态调整来满足QoS要求。如下图，QoS Flow i从DRBi切换到DRBk上，此时核心网不知道也无需知道该过程 5G QoS规则划分更加精细，可以支持更多的业务5G QoS 原理 5G QoS 映射123gNodeB QoS管理目录目录26gNodeB QoS管理概述管理概述 gNodeB的的QoS管理包括无线管理包括无线QoS管理和传输管理和传输QoS管理管理，无线QoS管理保障了DRB的QoS体验，传输QoS管理保障了QoS flow的QoS体验 传输资源参数配置传输资源参数配置

29、：N3/Xn接口采用IP传输技术，为保证IP传输的QoS，引入差异化服务技术。通过携带IP 报文头部的DSCP域，将其QoS需求告知报文传播路径上的各个路由器。DSCP的范围是 063，DSCP值越大，调度优先级越高。 gNodeB需要在N3/Xn接口根据业务QoS需求，为发送的上行IP报文合适的DSCP gNodeB的的QoS管理机制管理机制： 业务建立请求阶段业务建立请求阶段：准入控制 业务建立后阶段业务建立后阶段：gNodeB的上下行调度QoS保障需要根据QoS属性 （QCI/5QI、Packet Delay Budget等信息）、信道质量信息、速率要求、承载的权重来计算承载的调度优先级

30、，以保证用户满足QoS属性的同时实现系统吞吐量最大化27业务建立请求阶段业务建立请求阶段 小区准入控制：小区准入控制：保障不因接入的用户增加后负载占用过多而导致小区超载。准入分为空口准入和传输准入 空口准入：保证已接入业务的服务质量，并保证新业务接入后能够得到所需要的空口服务质量 传输准入：只针对NG接口，Xn接口流量较小不做准入。按照传输带宽的占用比例根据准入业务的类型执行不同的准入策略，以保证已接入业务的传输质量，提升高优先级业务的接入成功率 空口抢占与传输抢占：空口抢占与传输抢占：指当新业务初始准入失败时，通过配置业务间、用户间的抢占关系，允许新接入的高优先级业务抢占已接入的低优先级业务

31、的空口和传输资源，以保证高优先级业务的接入成功率。业务的ARP属性表面其是否允许被抢占。如果用户业务抢占成功，则在重定向开启重定向开启的情况下可对被抢占用户的业务进行重定向； 紧急业务紧急业务：由于其特殊性，可以抢占所有非紧急呼叫的业务，且不可被抢占下行调度下行调度QoS保障管理保障管理 在下行调度在下行调度QoS保障中，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；

32、下行调度QoS保障可由保障可由gNodeB独立完成独立完成 下行基础调度优先级计算公式如下：下行基础调度优先级计算公式如下： eff- 表示UE的当前信道质量r 表示UE的历史传输速率 (QCI)表示不同QCI级别对应的调度优先级的加权，加权因子配置值越大，则调度优先级越高。 D是指数据包在Buffer缓存中等待的时延 Packet Delay Budget可由AMF在建立QoS flow指定或在进行配置，标准QCI一般由默认取值；下行gNodeB保障数据包时延满足QoS要求；在上行调度中， gNodeB通过RRC消息，把Packet Delay Budget参数配置给UE，由UE侧保障承载的

33、 数据包满足时延要求。2829下行调度下行调度QoS保障管理保障管理-速率管理速率管理 Non-GBR速率管理：速率管理： UE-AMBR 限速限速 ：Non-GBR业务的UE-AMBR速率限制，是针对一个UE下所有Non-GBR承载的；NSA组网下组网下，UE-AMBR的取值通过eNodeB X2接口上发送的SGNB ADDITION REQUEST消息将SgNB UE Aggregate Maximum Bit Rate信元下发给gNodeB；SA组网下组网下，UE-AMBR的取值=minUE Aggregate Maximum Bit Rate，该UE所 有建立了PDU会话的PDUSes

34、sion Aggregate Maximum Bit Rate之和 下行缓存中有待传数据时，每TTI对比该UE所有Non-GBR承载上T时间内传输吞吐量是否大于UE Aggregate Maximum BitRate Downlink x T： 如果大于，需要暂停各承载的数据分流及调度 如果不大于，保持基本的调度计算出的优先级不变 最小速率保障：最小速率保障：Non-GBR业务的最小速率保障，是针对承载来配置的，用来保障一个Non-GBR承载的下行最小速率。下行缓存中有待传数据时，每TTI对比一个Non-GBR承载在T时间内传 输吞吐量是否小于该承载上所对应配置值 如果小于，将无线资源优先分配

35、给该承载使用；如果不小于，保持基本的调度计算出的优先级不变 NSA组网下，组网下，T为为1000ms；SA组网下，组网下，T为为3000ms30下行调度下行调度QoS保障管理保障管理-速率管理速率管理 GBR速率管理：速率管理： 最小速率保障最小速率保障GFBR ：GBR业务的最小速率保障，是针对一个承载的。gNodeB通过eNodeB或者5G核心网获取GBR业务的最小速率保障值 下行缓存中有待传数据时，每TTI对比UE GBR承载上T时间内传输吞吐量是否小于GBR 业务的最小速率保障值： 如果小于，将无线资源优先分配给该承载使用，尽量保障该承载的速率达到GBR 业务的最小速率保障值。 如果不

36、小于，保持基本的调度计算出的优先级不变 最大速率限制最大速率限制MFBR：GBR业务的最大速率限制，是针对一个承载限制的。gNodeB通过eNodeB或者5G核心 网获取GBR业务的最大速率限制值。 下行缓存中有待传数据时，每TTI对比UE GBR承载上T时间内传输吞吐量是否大于配置 值： 如果大于，需要暂停该承载的数据调度。 如果不大于，保持基本的调度计算出的优先级不变 NSA组网下，T为1000ms；SA组网下，T为承载的QCI等级对应的Averaging Window31上行调度上行调度QoS保障管理保障管理 在上行调度在上行调度QoS保障中，保障中，gNodeB无法准确获得无法准确获得

37、UE上行各承载上需要发送业务的数据量，因此上行调度上行各承载上需要发送业务的数据量，因此上行调度QoS保保障需要障需要UE和和gNodeB共同完成共同完成 UE侧侧QoS保障保障：gNodeB通过综合考虑信道质量，历史传输速率以及业务的QCI级别计算出UE的调度优 先级。UE获得到上行调度机会后，被调度的UE根据以下信息进行二次调度，从而控制 UE各承载的差异化 逻辑信道保障速率逻辑信道保障速率 GBR承载承载的“逻辑信道保障速率”根据核心网配置的GBR速率确定，将核心 网配置的GBR速率向下取值到最近一个枚举值，作为GBR承载的“逻辑信道 保障速率”； Non-GBR承载的“逻辑信道保障速率”固定下发8Kbps 逻辑信道优先级逻辑信道优先级 用于UE管理各逻辑信道的调度优先级 逻辑信道的逻辑信道的Packet Delay Budget 衡量对应承载的数据