QoS在EDGE無線接入網(wǎng)中的實現(xiàn)-設(shè)計應(yīng)用

精品文檔-下載后可編輯QoS在EDGE無線接入網(wǎng)中的實現(xiàn)-設(shè)計應(yīng)用摘要本文對QoS在EDGE中的概念及現(xiàn)狀作了介紹，主要研究了在BSS中的無線資源分配的解決方案，重點討論了Streaming類型業(yè)務(wù)的QoS實現(xiàn)并提出了綜合解決方案。

1.序言

在3G網(wǎng)絡(luò)到來之前，GSM的無線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)將越來越多的被應(yīng)用，EDGE無線分組業(yè)務(wù)將受到更多的要求和關(guān)注?？紤]到3G的入網(wǎng)延遲和移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的大量需求，預(yù)計能帶來高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)腅DGE將在不久的將來在現(xiàn)網(wǎng)被大規(guī)模地推廣和應(yīng)用，終端用戶也將能體驗到更多的新業(yè)務(wù)類型，而QoS是這些高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的保證，它勢必將作為一個重要的特性出現(xiàn)在EDGE網(wǎng)絡(luò)中并讓終端用戶確實感覺到它的實用價值。目前，很多設(shè)備制造商在產(chǎn)品中已經(jīng)引進(jìn)了QoS的支持，特別是上海貝爾阿爾卡特支持QoS的EDGE產(chǎn)品已經(jīng)一步在歐洲市場商用，并取得較好的商用效果。

本文主要集中在BSS中的無線資源分配的QoS解決方案上并重點討論了Streaming類型業(yè)務(wù)的QoS實現(xiàn)。

2.QoS在EDGE業(yè)務(wù)中的定義

QoS（QualityofServICe）即業(yè)務(wù)質(zhì)量，是指對于一定的業(yè)務(wù)要求得到一定的服務(wù)質(zhì)量。只有MS，SGSN，BSS都支持QoS特性，要求的業(yè)務(wù)質(zhì)量才能在終端應(yīng)用中終體現(xiàn)出來。

2.1QoS協(xié)商[2-3]

實現(xiàn)R99及以后的版本的設(shè)備才支持QoS，在R99中，引入了在SGSN、GGSN和MS，SGSN和BSS之間的QoS協(xié)商（如圖1所示），并通過在網(wǎng)的傳輸控制和BSS的無線資源分配終實現(xiàn)了QoS。

圖1.QoS協(xié)商

QoS協(xié)商過程是在PDP激活的過程中完成的，以MS發(fā)起的PDP上下文建立為例，QoS的協(xié)商過程如圖2所示：

圖2.手機發(fā)起的PDP上下文激活過程

1)MS發(fā)送PDPcontextactivationrequest給網(wǎng)絡(luò)端，其中攜帶著請求的QoS參數(shù)。SGSN根據(jù)MS要求的QoS特性，存在HLR中的用戶QoS參數(shù)以及網(wǎng)絡(luò)QoS限制終決定MS的QoS特性并進(jìn)行CAC（呼叫接入控制）和資源分配。

2)SGSN請求GGSN創(chuàng)建PDPcontext。

3)GGSN執(zhí)行內(nèi)部CAC并把相應(yīng)的QoS發(fā)給SGSN。

4)SGSN通過PFC過程與BSS協(xié)商請求的QoS。BSS進(jìn)行CAC過程。

5)BSS將可以支持的QoS發(fā)給SGSN，如果它與原來請求的QoS不同，SGSN決定是否終創(chuàng)建其上下文并和GGSN進(jìn)行更新。

6)SGSN通知MSPDP上下文的創(chuàng)建完成包括終網(wǎng)絡(luò)端能提供的QoS。

2.2業(yè)務(wù)類型及其QoS參數(shù)[1-4]

規(guī)范中主要定義了四種QoS業(yè)務(wù)類型[2]：

conversationalclass：實時會話。R99不支持。例如VoIP是當(dāng)前非常熱門的話題。streamingclass：流業(yè)務(wù)。例如Veractiveclass：交互式業(yè)務(wù)。例如傳統(tǒng)的Internet應(yīng)用，web瀏覽。backgroundclass：背景業(yè)務(wù)。例如e-mail，SMS，或者ftp。

其他的都可作為Besteffortflow業(yè)務(wù)處理。

PFC(PacketFlowContext)是BSS和SGSN之間協(xié)商的主要內(nèi)容，它是在BSS內(nèi)部描述QoS特性的上下文。SGSN向BSS提供所有的PFC參數(shù)，包括ABQP（AggregateBSSQoSProfile）和PFI（PacketFlowIdentifier：標(biāo)識PFC），SGSN和BSS都存儲了這些QoS信息。業(yè)務(wù)所要求的服務(wù)質(zhì)量是以ABQP定義的，它出現(xiàn)在所有QoS協(xié)商的消息中，它主要包括如下參數(shù)：

Trafficclass：前面提到的四種Guaranteedbitrate：要求得到保證的比特速率。Deliveryorder：是否要求順序發(fā)送SDU。Reliabilityclass：確認(rèn)模式還是非確認(rèn)模式。TrafficHandlingpriority：對于交互式業(yè)務(wù)，指對不同媒體的SDU處理的優(yōu)先權(quán)。Precedenceclass：同一類業(yè)務(wù)中不同的優(yōu)先等級，分高、中、低。

在MS發(fā)起的PDP激活過程中，MS在ActivatePDPcontextrequest中攜帶了ABQP來請求相關(guān)的QoS的業(yè)務(wù)。網(wǎng)絡(luò)端協(xié)商之后，在ActivatePDPcontextaccept中將相關(guān)的QoS參數(shù)通知給ＭS，其中包括PFI。MS收到之后再發(fā)起建立TBF(TemporaryBlockFlow)的過程，并且在PRR(PacketResourceRequest)中指示PFI。BSS收到PRR之后，根據(jù)相應(yīng)PFI在本地的PFC中找到對應(yīng)的QoS參數(shù)，并據(jù)此分配無線資源以滿足QoS要求。如果BSS允許MS接入，將分配的資源通知MS，MS則切換到新資源上工作，BSS通過控制上下行的調(diào)度滿足QoS。

3.QoS在BSSEDGE業(yè)務(wù)中的解決方案

QoS的引進(jìn)目的是支持一定的業(yè)務(wù)能以預(yù)期的效果被終端用戶使用，例如當(dāng)用戶在線看Video時，畫面是連續(xù)的。要保證業(yè)務(wù)的QoS需要在接入網(wǎng)和網(wǎng)都保證QoS。網(wǎng)是通過傳輸優(yōu)先級來保證的，例如在IP傳輸網(wǎng)絡(luò)中比較常用的Diffserv[5]，可以將不同的用戶業(yè)務(wù)類型和吞吐量映射成IP傳輸優(yōu)先級，以保證QoS。本文不作介紹。

接入網(wǎng)是BSS內(nèi)通過分配足夠的無線資源保證用戶的QoS。這是本文討論的主要問題。

3.1Streaming業(yè)務(wù)的QoS解決方案

Streaming業(yè)務(wù)有實時質(zhì)量要求，對于這種業(yè)務(wù)，在ABQP中，GBR是必須要考慮的重要參數(shù)，它要求的比特速率必須得到滿足。在這種業(yè)務(wù)的QoS實現(xiàn)時，可采用把GBR映射成無線資源分配來實現(xiàn)。無線資源分配體現(xiàn)在分配的時隙個數(shù)和在分配的時隙上和其他MS分享無線時隙時的使用份額（比率）。通常情況下，時隙數(shù)目的分配都是和MS的Multislotclass相關(guān)的，而不取決于業(yè)務(wù)類型。因此，對于無線資源的分配要求主要依靠保證在分配時隙上的使用份額足夠。這一點可以通過將GBR折算成在以20毫秒為單位的無線數(shù)據(jù)塊傳輸周期內(nèi)的調(diào)度次數(shù)來實現(xiàn)?？梢怨浪忝?0毫秒MS的調(diào)度次數(shù)(cr)為：

其中

GBR：業(yè)務(wù)要求的比特率，定義在ABQP中。

：單個時隙無線傳輸速率。它與實時編碼速率有關(guān)。

TX_EFFICIENCY：傳輸效率，有效傳輸比特百分比?？紤]到包丟失對吞吐量的影響，這個參數(shù)的引進(jìn)使得估算更加。

QoS_SAFETY_MARGIN：考慮其他因素的影響而給MS的調(diào)度次數(shù)上再留有一定的裕度使得計算的結(jié)果更為合理。

簡單舉例：如果編碼是MCS9，那么單個時隙的編碼速率是59.2Kb/s，如果GBR是119.4并且考慮丟包（TX_EFFICIENCY＝90%），Margin為10％那么該手機應(yīng)該在每20ms內(nèi)得到119.4×(1+10%)/(59.2×90％)=2.4次發(fā)送或者接受數(shù)據(jù)的機會。

3.2QoS綜合解決方案

對于Interactive、background和besteffort業(yè)務(wù)，沒有實時質(zhì)量的要求，GBR可以不考慮。對于這些業(yè)務(wù)，可以采用給他們定義不同的優(yōu)先級達(dá)到控制QoS的目的?？紤]所有的業(yè)務(wù)類型包括Streaming在內(nèi)，根據(jù)用戶的需要為每種業(yè)務(wù)定義不同的優(yōu)先級，使它們在共享資源的情況下，高優(yōu)先級的業(yè)務(wù)具有優(yōu)先使用權(quán)，同時又兼顧每種業(yè)務(wù)的特性如Streaming的GBR映射，終實現(xiàn)QoS。例如，定義4個優(yōu)先級，不考慮信令等其他因素，把Streaming定義成優(yōu)先級P1，交互式業(yè)務(wù)為P2，背景業(yè)務(wù)P3，BestEffort為P4，那么在對共享資源的MS進(jìn)行調(diào)度時，從高優(yōu)先級到低優(yōu)先級的MS依次調(diào)度，在完成高優(yōu)先級的所有MS調(diào)度之后如果還有剩余資源才繼續(xù)調(diào)度低優(yōu)先級的MS，并且在屬于同一優(yōu)先級的MS之間進(jìn)行輪流調(diào)度以考慮其公平性，這樣就達(dá)到了控制不同業(yè)務(wù)的吞吐量的目的。此外，其他參數(shù)也可以用這種方法綜合考慮進(jìn)來，例如對于ABQP中定義的參數(shù)，交互式業(yè)務(wù)還需要考慮THP（TrafficHandlingPriority），對于不同的THP的交互式業(yè)務(wù)，應(yīng)該允許定義不同的優(yōu)先級。另外，可能PrecedenceClass也是用戶希望能夠考慮的一個參數(shù)，那么對于每一種業(yè)務(wù)都有三種不同的Precedence（high，middle，low），都可以定義不同的優(yōu)先級。終的實現(xiàn)有多種辦法，例如可以如前所說定義總的優(yōu)先級4種，每種內(nèi)部又根據(jù)THP或者Precedenceclass分成子優(yōu)先級；或者，定義更多個的優(yōu)先級，允許用戶根據(jù)需要對業(yè)務(wù)、THP、Precedence的組合任意作優(yōu)先級的映射。

3.3應(yīng)用及其意義

QoS對于實現(xiàn)EDGE中的高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)具有重大意義。引進(jìn)QoS的網(wǎng)絡(luò)才能保證各種業(yè)務(wù)的有效應(yīng)用。

這里通過一個例子來說明上述解決方案在BSS中的應(yīng)用：在一個無線時隙上同時有3個MS進(jìn)行下行傳輸，MS1進(jìn)行的是streaming，MS2進(jìn)行的是交互式業(yè)務(wù)，MS3進(jìn)行的是背景業(yè)務(wù)。MS1的GBR是29.6Kb/s，根據(jù)估算，如果用MCS9發(fā)送數(shù)據(jù)的話，大概需要每20ms調(diào)度29.6/59.2=0.5次。因此MS1占用了該時隙一半的無線資源。MS2是交互式業(yè)務(wù)，具有比背景業(yè)務(wù)高的優(yōu)先級，因此網(wǎng)絡(luò)端總是先滿足MS1的GBR，然后，根據(jù)優(yōu)先級允許在已經(jīng)滿足MS1的情況下，允許MS2發(fā)送數(shù)據(jù)，如果仍然有資源剩余，則允許MS3發(fā)送數(shù)據(jù)。調(diào)度的結(jié)果可能是：MS1每40ms發(fā)下行數(shù)據(jù)，MS2也是每40ms發(fā)送下行數(shù)據(jù)，但是MS3從來沒有數(shù)據(jù)發(fā)送，因為資源永遠(yuǎn)被高優(yōu)先級的MS占用了。

可見，相對應(yīng)傳統(tǒng)的不支持QoS的平均分配資源的方案（每個MS每60ms被調(diào)度），QoS在BSS中的應(yīng)用使得Streaming獲得了更高的傳輸速率并保證了GBR，也使得交互式業(yè)務(wù)比背景式業(yè)務(wù)獲得了相對比較高的傳輸速率。他們體現(xiàn)在終端用戶那里，Video的播放非常平滑以及網(wǎng)頁瀏覽的速度較高。可以預(yù)見這種優(yōu)質(zhì)的業(yè)務(wù)質(zhì)量將會吸引到更多的用戶。此外也可以看到，本文提出的方案非常簡單、直接并具有實際應(yīng)用價值，它使得提供QoS的BSS在資源使用上根據(jù)業(yè)務(wù)類型更加優(yōu)化。

需要指出的是本文只是簡單介紹了這個QoS的解決方案，實際上一個完整的QoS解決方案要復(fù)雜的多，例如在上面的例子中，MS3就無法實現(xiàn)傳輸數(shù)據(jù)的功能，這會導(dǎo)致終端用戶的數(shù)據(jù)傳輸失敗，因此必須引進(jìn)其他機制保證低優(yōu)先級的用戶數(shù)據(jù)傳輸不被中斷掉。

4.結(jié)束語

本文介紹了QoS在EDGE中的概念、業(yè)務(wù)類型以及協(xié)商過程，提出了一種