長期演進網絡的服務質量研究與實踐

中國移動通信集團江蘇有限公司數據部 邵建 童恩

長期演進網絡的服務質量研究與實踐

中國移動通信集團江蘇有限公司數據部 邵建 童恩

分析了LTE（長期演進）服務的差異化需求，介紹了LTE網絡的QoS（服務質量）架構，討論了用戶訂購的QoS保障服務和業務供應方的QoS保障服務，以求在保障業務質量為用戶提供差異化服務的同時，提升電信運營商的管道價值。

長期演進；服務質量；流量增值；差異化服務；流量經營

1 LTE服務的差異化需求

在全球范圍內，電信運營商的用戶人均月數據流量呈現出不斷增長的趨勢，很多運營商的數據業務ARPU（每用戶平均收入）已超過語音；在國內，移動數據業務已經成為電信運營商收入占比中最大的增長點，對比語音其為業務收入帶來的貢獻日益增大，如中國移動2013年的數據業務收入達2 069億元且占通信服務收入的比重上升至35%。因而基于移動寬帶的數據業務將成為電信運營商未來發展的關鍵。

據統計，網絡訪問不流暢、手機網速慢已成為用戶移動數據業務體驗的兩大主要問題，有過半的用戶愿意為提升網絡體驗而多支付費用。同時面向大眾用戶的OTT（over the top）業務（如即攝即傳、視頻網站、實時在線游戲、視頻監控等）期望能獲得高QoS（服務質量），如低時延、高帶寬保障等，那將提供他們的行業競爭力。因此不管是業務提供商還是普通用戶都期望移動網絡能為他們提供差異化的服務，網絡QoS機制的研究與實踐將變得尤為重要。

隨著LTE（長期演進）網絡的部署，由于無線帶寬的大幅提升，互聯網OTT應用的特性及業務體驗都將大大增強，如圖1所示，OTT over WiFi（無線保真）變為OTT over LTE，用戶可隨時隨地（LTE網絡覆蓋區）使用OTT業務，這將給電信運營商的語音、短信等基礎業務帶來更大的沖擊。因而通過LTE QoS實踐來提升數據流量的價值是電信運營商未來工作重點。

2 LTE網絡的QoS架構

LTE網絡只提供分組數據通信〔即只有PS（分組交換）域，沒有CS（電路交換）域〕，語音和數據業務（如視頻流媒體、寬帶上網、移動游戲等）全部承載于IP分組數據網絡上，而提供端到端（從業務應用到LTE終端）的QoS保障機制正是LTE網絡的優勢。

如圖2所示，對于每個VoLTE（基于LTE的語音業務）用戶終端來說，可以建立兩個PDN（分組數據網絡）連接，一個連接VoLTE網絡〔IMS（IP多媒體子系統）core〕，一個連接CMNet（中國移動通信網），每個PDN連接包含一個默認承載（非保證比特率承載）、一個或多個專用承載。LTE用戶的每個承載都有對應的QoS保障，如搜狐視頻、在線手機網游兩個應用可分別對應不同的承載和QoS保障。

CSCF（呼叫狀態控制）網元是IMS關鍵的核心網元，主要實現呼叫接入、控制與處理邏輯，同時可根據用戶簽約實現業務觸發，是實現VoLTE功能的呼叫控制網元。

1）HSS（歸屬用戶服務器）主要實現IMS用戶數據如賬號和簽約信息的存儲，其類同于移動2G核心網中的HLR（歸屬位置寄存器）。

2）AS（應用服務器）實現智能業務邏輯控制功能，其類同于智能網中的SCP（業務控制點），提供智能業務控制功能，如彩鈴、彩像、智能語音呼叫（呼叫前轉）等。RCS AS（富媒體通信AS），即是提供基于IP的語音、文字、圖片、視頻等豐富通信功能的AS。

3）SBC（會話邊緣控制器）將終端用戶接入到IMS網絡，主要提供接入控制、網絡拓撲隱藏、NAT（網絡地址轉換）、QoS保障和網絡安全等功能。

4）PCRF（策略和計費規則實體）主要為VoLTE用戶提供QoS帶寬保障服務，如根據不同用戶的簽約信息提供區別的QoS保障服務。

5）MME（移動管理實體）主要實現移動性管理、承載管理、用戶鑒權認證等功能，即分組數據通信的信令控制網元。

6）SGW（服務網關）主要負責用戶面處理，包括數據承載通道的建立/修改/釋放、數據報文的路由和轉發、QoS控制和計費等等，SGW即為分組數據通信的媒體處理單元。

7）PGW（分組數據網關）是PDN終結于SGI接口的網關，主要負責LTE終端的IP地址分配、會話管理（根據不同的APN（接入點名）尋址到對應的外部數據網絡）、QoS策略執行、計費等功能。

LTE網絡中，QoS控制的基本粒度就是承載（bearer），同一個承載上的所有數據流量都有相同的QoS保障，如圖2所示，對于任一個用戶的某個特定的承載，PGW與SGW的數據通道、SGW與eNB（演進型基站）之間的承載、eNB與UE（用戶設備）之間的RB（無線側承載）都是一一對應和綁定的，對應相同的QoS保障機制。

不同類型的LTE承載對應的QoS關鍵參數見表1。

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1）LTE承載對應的QoS參數主要包括QCI（QoS分類標識）、ARP（分配與保持優先級）、GBR（保證比特速率）、MBR（最大比特速率）和AMBR（聚合最大比特速率）。

2）QCI是一個數量等級，表示對承載級的分組數據包的處理和轉發機制，如調度權重、接納門限、隊列管理門限等等。3GPP TS 23.203中定義了9種不同的QCI的值，比如QCI為1，表示最高優先級、包時延100 ms、承載類型為GBR，一般用于實時的語音通話；QCI為6，表示低優先級、包時延300 ms、承載類型為非GBR，可用于非實時的網絡業務〔如WWW（萬維網）、FTP（文件傳輸協議）等〕。

3）ARP參數用于接入控制，即在無線資源受限的情況下，決定是否允許建立新的承載或修改現有的承載。

4）GBR參數代表了承載能夠預期保證提供的比特速率，GBR承載主要用于語音、視頻、實時游戲等業務，采用專用承載和靜態調度的方式。

5）MBR參數限制了GBR承載能夠提供的最大比特速率，即數據速率的上限。

6）AMBR參數基于兩種不同的場景可分為UE-AMBR（針對于特定一個用戶的AMBR）和APN-AMBR（針對于某個用戶的特定一個APN下的AMBR）。UE-AMBR參數作為UE的簽約數據保存在HSS中，用于限制UE的所有非GBR承載的總速率；APN-AMBR參數存儲在HSS中，用于限制同一個APN中的所有PDN連接期望提供的累計比特速率。

HSS中只保存與非GBR承載相關的QoS簽約參數，PCRF則決定了專有承載的QoS參數，PGW、SGW、eNB網絡設備則負責執行對應的QoS策略，保證所有承載相關性能符合QoS約束。

3 LTE網流量增值服務及技術方案

3.1 用戶訂購的QoS保障服務

付費用戶在使用LTE移動寬帶時（如手機觀看搜狐視頻、玩在線游戲）可享受流量保障服務，如保證其看視頻時用網絡帶寬達到2 Mb/s，電信運營商可向用戶收取包月功能費。

如圖3所示，基于現有的PCC（策略和計費控制）架構，PGW檢測到特定用戶的業務流后為其提供QoS保障服務。

①用戶訂購移動寬帶速率保障服務，電信運營商的BOSS（業務操作與支撐系統）將該用戶流量增值服務的訂購信息下發給PCRF。

②PCRF根據配置的QoS策略，PCRF向承載網絡設備下發QoS預定義規則。

③PGW檢測到特定應用和訂購流量增值服務的用戶信息時，執行預定義規則，進行承載更新或建立新的專有承載。如用戶在看網絡視頻，可為其建立GBR為2 Mb/s的專有承載以保障通信質量，從LTE承載網到eNB無線側的GBR。

3.2 業務供應方的QoS保障服務

電信運營商可與業務提供商（如搜狐視頻、微信等）合作，基于LTE網絡面向具體的業務產品提供流量QoS保障服務，電信運營商可向商家（業務提供方）收取后向服務保障費用。

圖4為基于增強的PCC架構，CP/SP（內容/業務提供商）可通過Rx接口向PCRF傳遞業務需求，PCRF根據其簽約信息來判斷是否可提供QoS保障服務。

①BOSS查詢并將該業務對應的流量增值服務的簽約信息下發給PCRF。

②業務平臺系統發起業務QoS保障請求。

③AAC（應用接入控制）進行安全檢查，若通過，則向PCRF資源請求發起流程。

④PCRF根據配置的QoS策略及對應的用戶信息，向承載網絡設備下發QoS預定義規則。

⑤建立高QoS的專有承載。

（AAC網元是未來LTE網絡可為CP/SP提供QoS保障服務的統一控制網元，目前現網中未有成熟應用）

4 總結

LTE網絡的建設與應用極大地豐富了人們的溝通與生活，對于電信運營商來說，如何提升用戶的流量價值是迫切需要解決的問題。而LTE QoS機制在現網中的部署應用，可為用戶、內容供應商帶來更多更便捷的流量增值服務，同時能提升電信運營商的流量價值。◆