LTE業務場景

LTE作為新一代寬帶無線移動通信的領軍技術，具備更高的數據傳輸率、 更靈活的頻譜帶寬配置、更小的系統時延、 更低的運營成本、 更多樣化的業務、以及無縫移動性等特點。

在LTE階段，單基站/單載扇的峰值速率預計達到3G基站的10倍以上，而且峰值速率是均值速率的4-6倍。和比較3G相比，更容易發生擁塞，如果不部署QoS，信令、語音等高優先級業務得不到保證，造成業務中斷。

本文重點關注eNodeB和aGW之間移動承載網絡相關QoS技術應用。華為移動承載方案采用ATN系列設備和CX系列設備構建的無線接入網，具備優秀FMC承載能力和簡單靈活的組網形式。從CSG到RSG之間采用層次化的設計，適合規模較大的網絡承載。組網示意圖如下所示：

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IP/MPLS QoS簡介

1、QoS模型

IP服務模型，是指一組端到端的QoS功能，通常QoS提供以下三種服務模型：

Best-Effort service（盡力而為服務模型）

Integrated service（綜合服務模型，簡稱Intserv）

Differentiated service（區分服務模型，簡稱Diffserv）

DiffServ模型，可以滿足用戶不同的QoS需求。與Integrated Service不同，它不需要信令，即在一個業務發出報文前，不需要通知路由器。對Differentiated Service，網絡不需要為每個流維護軟狀態，它根據每個報文指定的QoS標記（著色結果），來提供特定的服務。當網絡出現擁塞時，根據不同的服務等級要求，有差別地進行流量控制和轉發來解決擁塞。采用相對優先權機制，有區別地控制不同信息流的分組聚類和轉發行為，從而在保證服務質量和解決擁塞之間取得一個良好的折衷。

2、HQoS

傳統的QoS采用一級調度，單個端口只能區分業務優先級，無法區分用戶。只要屬于同一優先級的流量，使用同一個端口隊列，不同用戶的流量彼此之間競爭同一個隊列資源，無法對端口上單個用戶的單個流量進行區分服務。

HQoS即層次化QoS（Hierarchical Quality of Service），是一種通過多級隊列調度機制，解決Diffserv模型下多用戶多業務帶寬保證的技術。

HQoS采用多級調度的方式，可以精細區分不同用戶和不同業務的流量，提供區分的帶寬管理。為了實現分層調度，HQoS采用樹狀結構的層次化調度模型，HQoS層次化調度中，可以只有一層中間節點，實現三層調度結構；也可以有多層中間節點，實現多層調度結構。

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3、MPLS QoS

在MPLS網絡中，路由器不會檢查IP報文頭的內容，因此無法通過ToS或DSCP字段來進行流量分類。一般目前網絡上提供最多4種類型的服務，E-LSP就可以滿足了。

DiffServ體系結構允許DS域內的中間節點檢查并修改IP Preference、DSCP或Exp值，統稱COS（Class of Service）值，這會導致報文的COS值在IP網絡和MPLS網絡傳輸過程中都可能發生變化。

因此，在報文進入MPLS網絡或從MPLS網絡離開進入IP網絡時，運營商需要在MPLS邊緣路由器對COS（Class of Service）處理做出選擇：是否信任IP/MPLS報文已經攜帶的COS信息。RFC3270中定義了三種COS處理模式：Uniform、Pipe和Short Pipe。

LTE QoS應用

LTE無線層通過信令控制、資源預留等可端到端實現業務層QoS控制，但隨著承載網的IP化，網絡擁塞、丟包、抖動、延時等質量問題將影響到LTE業務層的QoS質量。無擁塞的IP承載網是不存在的，關鍵是發生擁塞之后，如何保障業務質量。

LTE基站承載QoS有兩個關鍵需求：一個是保障高等級的業務優先轉發，這是傳統Differ-Serv的概念，另一個是保障在發生擁塞時重要基站業務可用（如災難或者重大事件發生時，政府機關、醫院、學校等重要區域的基站）。這就要求承載網能夠支持分層QoS（H-QoS）處理能力，能針對不同基站和不同業務執行層次化的隊列調度能力，確保重要基站永不掉線。

eNodeB接口板傳輸的數據類型有以下四種：S1/X2接口業務（分為控制面和用戶面）、O&M業務、IP時鐘業務、共傳輸業務（即過路數據流）。

eNodeB分類業務的QoS需求：

用戶面業務：

實時業務：

QCI（QoS Class Identifier）類型為1～5的業務。實時業務要求嚴格保證帶寬，QCI類型為1～4的業務要求保證GBR（Guaranteed Bit Rate），QCI類型為5的業務要求保證min_GBR。實時業務不允許丟包，也不能大量緩存數據導致時延增加，否則會嚴重影響業務質量。

非實時業務：

QCI類型為6～9的業務。非實時業務沒有GBR要求，帶寬不足時可以降低業務的吞吐率、進行數據緩存，但是為了給非實時業務提供基本的業務質量保證，也會為非實時業務預留min_GBR。

控制面業務：

流量比較小，并且和各種網絡KPI（Key Performance Indicator）指標關系密切。因此需要優先保證其傳輸，防止丟包。

OM業務：

OM MML（Man-Machine Language）業務為OM操作維護類業務，流量較小，要求優先發送；

OM FTP（File Transfer Protocol）業務為OM上傳/下載業務，流量波動較大，要求優先級低于其他業務，但要保證最小帶寬。

IP時鐘業務：

包括控制報文和時鐘報文，流量較小，均要求優先發送、保證帶寬。

共傳輸場景下的過路數據流：

此業務eNodeB無需額外處理，與本基站其他數據的處理方式相同，即根據其攜帶的DSCP進行差分服務調度。

eNB 業務流優先級對照表：

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如下圖所示，華為QoS解決方案可以在CSG/RSG節點，對于基站業務，基于IP DSCP進行標識，重置EXP值，IP QoS在基站到BSC/EPC之間的承載網絡實現透傳。

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IP承載網能夠支持分層QoS（H-QoS）處理能力，能針對不同基站和不同業務執行層次化的隊列調度能力，確保重要基站永不掉線，在發生擁塞時，保證重要基站業務可用。

在數據流量占主導地位的LTE網絡中，基站的小區峰值吞吐量發生在閑時，即小區只有一個用戶的輕載情況下，可以達到150Mbps；而在忙時，更多用戶有流量需求時，小區的吞吐量顯著降低，在20MHz 2×2 LTE情況下，小區吞吐量大概在20Mbps左右。基站的小區峰值吞吐量是繁忙時間平均流量的4-6倍。下行流量和上行流量的比例一般是2：1，對于下行流量更容易發生擁塞。

峰值吞吐量更容易出現在承載網絡的“最后一公里”，核心網絡，由于匯聚了更多的基站，主要是平均吞吐量為主。

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一般中、大規模的IP承載網，采用分層部署，分為接入層和和匯聚層，如下圖所示。華為QoS解決方案，在匯聚層網絡，在RSG設備上，主要通過帶寬規劃，預留一定的帶寬，擁塞時，可以通過端口調度，保證高優先級業務正常轉發，無丟包、低時延。在接入網絡，由于峰值吞吐量發生的可能性更大，建議在ASG設備的下行，部署基于TE/PW/L3VPN的HQoS調度，對于每個基站，配置CIR、PIR，CIR以內的流量，提供保證帶寬，即使發生擁塞，也可以保證每基站的保證帶寬，超出CIR但低于PIR的流量可在網絡擁塞時限制轉發。對于政府機關、災難現場、醫院等重要基站，可以增加對應TE/PW/L3VPN的CIR帶寬，提供差異化服務。

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總結

成熟、實用、靈活、容易部署的華為QoS解決方案正是為了滿足運營商提高現網盈利能力，以及建設LTE IP承載網的需求而提出的。未來，華為的QoS解決方案將會服務于更多運營商，為用戶提供更加流暢和精細的QoS保證。