EPS体系分析

EPSQOS体系解读EPS的概念EPS（EvolvedPacketSystem，演进的分组系统）是3GPP标准委员会在第4代移动通信中出现的概念。可以认为EPS=UE（UserEquipment，用户设备）+LTE（4G接入网部分）+EPC（EvolvedPacketCore，演进的分组核心网）。LTE系统具有更高的传输速率、更灵活的带宽配置，全IP化、扁平化的网络架构，可以提供多样化的多媒体业务，因此需要端到端的QoS控制机制来保证不同业务的服务质量。同UMTS系统相比，LTE系统的QoS机制继承了UMTS系统分层次、分区域的QoS体系构架和思想。同时考虑到LTE系统自身的特点，如扁平化网络架构、用户永远在线等，对LTE系统中的QoS机制进行了一定的简化和部分内容的增强。EPS系统中QoS控制的基本颗粒度是EPS承载，相同的EPS承载上的数据流享受相同的QoS保障，如调度策略、队列管理策略、速率调整策略、RLC配置等。根据QoS参数不同，EPS承载可以分为GBR承载和Non-GBR承载两类。GBR承载是指专用的网络资源在承载建立/修改的时候被永久分配，即使在网络资源紧张时也可以使用保证速率。而Non-GBR承载正相反，是没有保证速率的承载，在网络资源紧张时业务速率可以被降速。当终端连接到一个PDN时即建立了一个EPS承载，并且在PDN连接的整个期间，该EPS承载都将被保留，也就是为终端提供了到PDN的持续IP连接，这个承载就是LTE系统中引入的默认承载。通过默认承载实现了用户的“永远在线”功能，减小了业务建立的时延，有效改善了用户的使用感受。通常情况下默认承载是Non-GBR类型承载，这样不会长时间占用固定资源。默认承载的初始承载级QoS参数由网络侧分配，基于用户的签约数据。终端在同一PDN上建立的其他EPS承载称为专用承载，专用承载可以是GBR承载，也可以是Non-GBR承载。决定建立或修改一个专用承载的功能仅能由EPC执行，并且该承载级QoS参数由EPC分配。当终端同时和多个PDN连接时，终端可以同时有多个默认承载和IP地址。EPS承载的用处与3G不同，EPS中只有数据（PS域）业务，用户与网络间必须先建立EPS承载(Bearer)之后，才能在承载之上使用各种数据业务（如IMS语音业务、上网业务、FTP、游戏。。。）。每种数据业务的业务流，称为一个业务数据流SDF，它可以用一个IP五元组来表示（IP包中的源、目的IP地址、源、目的端口、协议(如TCP、UDP等),IP地址可以支持模糊匹配），这个五元组即TFT过滤器。EPS完全支持IP协议，而IP是无连接的，为了让EPS数据包在EPS核心网（eNB、SGW、PGW）内进行QOS管理和控制，EEPS承载在移动网络内部动态建立了一条“半固定连接”或“逻辑电路”。EPSBearer存在于UE和PDNGW之间，贯穿了整个移动网络。它完全取代了3GPP为2G、3G定义了PDPContext概念。EPS承载是QoS控制的基本粒度，EPS承载可以视为一个或多个业务数据流SDF的逻辑聚合体（即：多个业务流可以使用一个承载，即聚合在一个承载上），即相同承载上的所有数据流将获得相同的QoS保障或承载级别的转发处理，即：映射到相同EPS承载的SDF们必须具有相同的QCI和ARP，如：调度策略、缓冲队列管理策略、链路层RLC配置等。不同的QoS保障需要不同类型的EPS承载来提供。如果两个SDF需要不同的承载级QOS处理，则需要为每个SDF建立一个单独的EPS承载。业务流与承载的对应关系EPS业务流模板（TFT：trafficflowtemplate）。一个TFT会包括多个包过滤器（packetfilter，也称分组过滤器），其中分为上行业务流模板（ULTFT）与下行业务流模板（DLTFT），ULTFT是TFT中的上行包过滤器集合，DLTFT是TFT中的下行包过滤器集合。过滤器的主要内容是一个IP五元组(源地址＼目的地址＼源端口＼目的端口＼IP之上的应用层协议号)。(注：过滤器中也可以加入TOS信息，过滤器中某些字段可以省略，比如可以控制不比较端口)TFT过滤器实际上是业务流的描述信息，TFT过滤器在UE与PGW上使用，UE\PGW匹配业务流与过滤器的过程就是用每条业务流的五元组检查是否符合过滤器。PGW上，过滤器对PGW收到的下行IP数据包进行分类，PGW用以得到各个业务流。UE上对于上行IP数据包也作此处理。每个专有EPS承载会关联到一个TFT。默认承载可以不关联TFT.在建立承载、更新承载的过程结束后，PGW得到每个承载的DLTFT，UE得到每个承载的ULTFT。可以通过设置某些业务流相关的包过滤器的优先次序值低于专有承载的包过滤器的优先次序值的方式，强制这些业务流在缺省承载上传输。对于PGW，如果业务流没有匹配上任何DLTFT过滤器，而此时默认承载又没有关联TFT，则这个业务流会映射到默认承载上。否则这个业务流的数据包会丢弃掉。UE对于上行业务流也作类似处理。UE使用ULTFT将上行方向的业务映射到一个EPS承载，可以让多个业务流（分别对应一个包过滤器）聚合到一个EPS承载上。PGW（PCEF（GTP-basedS5/S8）或者BBERF（PMIP-basedS5/S8））使用DLTFT将下行方向业务映射到一个EPS承载。PGW的这个功能属于业务流绑定到承载的功能。可以让多个业务流（分别对应一个包过滤器）聚合到一个EPS承载上。在UE与eNB之间，EPS承载的物理传输通道是无线承载RB。EPS承载会一一映射到无线承载上.在PGW与SGW之间，EPS承载的下层传输通道是PGW与SGW之间的S5/S8接口（GTP隧道），称为S5/S8Bearer(S5/S8承载)。另外，还有一个E-RAB概念，它等于一个S1承载和一个对应的无线承载。EPSQOS体系图的解读下面对EPS承载业务架构中不同承载间的绑定关系进行简要说明。通过下述的不同层内及层间的绑定关系，最终EPS承载通过无线承载、S1承载和S5/S8承载的级联实现了终端与PDNGW之间的业务连接。–在上行方向，终端使用一个上行业务流模版将一个业务数据流绑定到一个EPS承载上。通过业务流模版中的多个分组包过滤器，可以将多个业务数据流复用到一个EPS承载上。–在下行方向，PDNGW使用一个下行业务流模版将一个业务数据流绑定到一个EPS承载上。同样，通过业务流模版中的多个分组包过滤器，可以将多个业务数据流复用到一个EPS承载上。–一个E-RAB用于在终端和EPC间传输一个EPS承载的分组包。E-RAB和EPS承载间是一一对应关系。–一个无线承载用于在终端和eNodeB间传输一个E-RAB承载的分组包。无线承载和E-RAB/EPS承载间存在一一对应关系。–一个S1承载用于在eNodeB和一个S-GW间传输一个E-RAB承载的分组包。–一个S5/S8承载用于在S-GW和PDNGW间传输一个EPS承载的分组包。–终端存储上行分组包过滤器和无线承载之间的映射关系，以形成上行方向上业务数据流和无线承载之间的绑定。–PDNGW存储下行分组包过滤器和S5/S8a承载之间的映射关系，以形成下行方向上业务数据流和S5/S8a承载之间的绑定。–eNodeB存储无线承载和S1承载之间的一一映射关系，以形成包括上下行方向上的无线承载和S1承载之间的绑定。–S-GW存储S1承载和S5/S8a承载之间的一一映射关系，以形成包括上下行方向上的S1承载和S5/S8a承载之间的绑定。总之，在整个EPS承载的路径上，UE与各网元有如下映射关系处理：UE处理：UL-TFT-RB-IDeNB处理：RB-ID-S1-TEIDSGW处理：S1-TEID-S5/S8TEIDPGW处理：DL-TFT-S5/S8TEID图：EPS用户面协议DSCP标记对于DiffServ体系，IPv4报文头部的ToS字段被用作DiffServ字段DSCP，每个DSCP值对应了一种PHB（表示一种数据转发行为，即数据包调度的策略）。QOS标记(或DSCP映射、DSCP标记）功能，就是把EPS承载的QOS映射到IPQOS上，使EPS核心网传输层节点(路由器、SGW\PGW)可以按DiffServ体系进行QOS控制。PGW可以支持承载级DSCP标记功能（把QCI映射到DSCP头）。PGW也完全具有业务级DSCP标记功能（指按用户的业务流来置DSCP头，这意味着QOS控制的粒度细化到业务流）。(PCC架构规定：基于SDF粒度的业务级别QoS控制是可选操作)SGW可以支持承载级DSCP标记，避免去做按TFT匹配业务流的工作。eNB对于上行与下行数据流，只是按无线RB与S1接口GTP隧道的映射进行透传，不解析其中的IP包。（eNB空口最上层是PDCP协议，直接映射到S1接口的GTP隧道上）。所以：eNB、SGW的QOS控制完全是按EPS承载的粒度来进行调度。而PGW不但支持承载级别的QOS调度，还可以支持业务流粒度的QOS调度。栈为了保证用户数据包在移动核心网与互联网上都按照同样的QOS策略来进行转发，SGW、PGW不但要修改GTP下层IP头(外层IP头)的DSCP值，也要修改GTP上层（内层IP头）的DSCP值。以PGW为例，对于上行数据流，PGW从GTP隧道中取出数据包后，取出外层IP头的DSCP\TOS值，写入内层IP头。然后整个内层IP数据包发给互联网。对于下行数据流，PGW将QCI映射到外层与内层的IP头的DSCP\TOS值。