基于鐵路站場LTE系統QoS技術相關思考與分析

史玉

南京中興軟件有限責任公司

摘要：本文主要分析了LTE系統架構和QoS技術，重點介紹了鐵路站場LTE系統中QoS技術的應用情況，它不僅可以充分發揮QoS技術的優勢，而且還可以提高鐵路站場LTE系統運行效率。通過對QoS技術進行研究，以期為鐵路站場LTE系統的安全運行提供可靠保障，創造出最大化的經濟與社會效益。

關鍵詞：鐵路站場;LTE系統;QoS技術

通常情況下，鐵路GSM-R無線通信系統采用的是窄帶通信系統，其不能有效承載當前鐵路發展要求，而國際鐵路聯盟明確提出了LTE系統是下一代寬帶移動通信系統，其一般具有低時延、高速率、高安全性和高移動性等優點，是在鐵路站場開闊條件下被廣泛應用的一類無線傳輸平臺。而QoS屬于網絡的一種安全機制，其可以有效解決網絡阻塞和延遲等問題，降低應用到鐵路站場LTE系統中，可以為鐵路站場作業提供實時語音通信、視頻監控、信息推送、圖像傳送等信息化應用服務，進而有效提升鐵路站場信息化水平。

1.LTE系統架構

這里所提及到的LTE系統主要是由接入網（EUTRAN）、接入網關（aGW）和基站（eNB）構成的雙層結構，其不僅可以簡化網絡，而且還可以有效降低數據傳輸時延。

通過對圖1進行分析得知，終端用戶（UE）一般可以通過eNB來實現用戶的有效接入，而且eNB間可以通過X2進行相連，并借助Sl接口來實現與網關間的有效通信。實際上，網關一般包含了S_GW（服務網關）和PDN（分組數據網），其中S_GW是3GPP各種演進方案有效銜接的錨點，主要負責用戶數據的管理;PDN網關負責為所有移動用戶提供全面、周到的服務。在功能上，MME從網關中分割出來，其不僅可以實現獨立演進，而且還可以達到網絡建設和靈活擴容的目的。

2.Qos技術概述

Qos技術即所謂的服務質量，其一般是指服務可以滿足潛在需求和規定的特征總和，反映的是服務工作可以滿足被服務者需求的某種程度。通常情況下，不同的應用能夠為網絡提出延遲、帶寬、延遲允許范圍、傳輸費用等一系列復雜的需求，一旦存在滿足上述需求的資源，網絡就能夠為應用提供上述服務，且能夠與應用達成協議并構建一定的連接。

3.鐵路站場LTE系統對Qos提出的要求

基于鐵路站場LTE系統，為了更好的發揮Qos技術的優勢，則提出了如下要求：（1）基于策略的Qos控制機制。①eNodeB中RRM模塊在無線側中負責接入Radio QoS User Profile，同時將預留空口資源分配給每個QoS Flow類;②通過發QoSevent可以實現eNodeB向xGW發送相關的資源預留信息，并將該信息轉發給核心網PCRF;③在IP側，要滿足IPQos所需要的報文分類、標注、流量整形、隊列調度及性能檢測等功能;④結合策略協議來確保在無線側報文與IP側報文間實現Qos參數映射。（2）MPLS-TE流量工程和VPN功能。①借助MPLS VPN可以對eNB/aGW間流量進行科學、合理分配;②支持IP側流量工程MPLS。

4. LTE系統QoS技術分析

4.1 LTE系統QoS映射

通過對現有多個系統的覆蓋和定位現狀進行分析得知，系統間不可避免的會存在互操作現象，如跟蹤區更新、切換等，因此對于不同版本的QoS技術屬性，其映射要盡可能提供基本相似或相同的QoS，以此來達到預期的映射效果。

4.2 LTE系統的QoS機制

在鐵路站場LTE系統中，承載（Bearer）是QoS技術控制的基本粒度，其控制示意圖如圖2所示。通過對LTE系統的QoS機制進行分析發現，承載相同上的所有數據流量將能夠獲取相同的QoS保障，反之不同類型的承載一般可以獲得不同的QoS保障。

與通用移動通信系統（UMTS）進行對比可以發現，演進的分組系統（EPS）所具有的承載機制存在如下不同之處：（1）借助EPS承載來取代分組數據協議（PDP）上下文，以此來確保一個EPS承載可以看作是分組數據網網關（PDN-GW）與UE間的邏輯電路;（2）在初始附著階段，可以根據用戶簽約的默認QoS等級來為其構建一個默認承載，以此來確保每個UE至少存在一個激活的承載，保證在開始業務時用戶具有更短的時延;（3）借助網絡側觸發方式來構建數據承載流程，其觸發條件不僅可以是初始附著階段移動性管理實體（MME）指示，而且也可以是IP多媒體子系統（IMS）在會話過程中所存在的策略與計費規則間的實體（PCRF）交互、從而便于網絡端發起的QoS策略控制。

4.3承載級QoS參數

在鐵路站場LTE系統中，承載級QoS參數主要涵蓋了QoS等級標識（QCI）、保證比特速率（GBR）、分配與保持優先級（ARP）、聚合最大比特速率（AMBR）和最大比特速率（MBR）。其中，在EPS系統中新增加了QCI和AMBR參數，其余參數均是繼續沿用目前的UMTS系統。

不管是Non-GBR承載，還是GBR承載都涵蓋了QCI和ARP兩個參數，其中QCI屬于數量等級，其一般是指控制承載級別的數據包在進行傳輸處理過程中所對應的接入點參數，如接入門限、調度權重、鏈路層協議配置、隊列管理門限等。ARP一般是指在資源限制的基礎上，決定是否接受承載的修改或建立請求。

實際上，除了QCI與APR外，每個GBR承載還實現了與GBR和MBR參數的有效銜接。其中，GBR承載主要用于負責則視頻、語音、實時游戲等業務，并借助靜態調度和專用承載的方式來實現承載。MBR則會結合實際情況對GBR承載能提供的比特速率進行限制，反映的是GBR承載可以產生期望數據速率的上限。

Non-GBR能夠完成對各種數據業務的承載，此時為了提高鐵路站場LTE系統的帶寬利用率，EPS系統采用了匯聚的概念，并對AMBR參數進行了定義，MBR反映的是到每個PDN連接的IP-CAN會話級所對應的QoS參數，而且相同PDN連接的多個EPS承載能夠實現對相同AMBR值的共享。

5.結束語

綜上所述，基于鐵路站場LTE系統下，要對LTE系統QoS映射、LTE系統的QoS機制、承載級QoS參數等進行全面、系統的分析，這樣一來不僅可以優化鐵路站場生產流程，而且還可以保障生產作業安全進行，提高站場作業效率的同時，為鐵路站場業務寬帶化、智能化、信息化管理奠定良好的基礎。

參考文獻

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