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LTE業(yè)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(shù)據(jù)傳輸率、 更靈活的頻譜帶寬配置、更小的系統(tǒng)時延、 更低的運營成本、 更多樣化的業(yè)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(fā)生擁塞，如果不部署QoS，信令、語音等高優(yōu)先級業(yè)務得不到保證，造成業(yè)務中斷。
本文重點關注eNodeB和aGW之間移動承載網(wǎng)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(wǎng)，具備優(yōu)秀FMC承載能力和簡單靈活的組網(wǎng)形式。從CSG到RSG之間采用層次化的設計，適合規(guī)模較大的網(wǎng)絡承載。組網(wǎng)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：
Integrated service（綜合服務模型，簡稱Intserv）
Differentiated service（區(qū)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(yè)務發(fā)出報文前，不需要通知路由器。對Differentiated Service，網(wǎng)絡不需要為每個流維護軟狀態(tài)，它根據(jù)每個報文指定的QoS標記（著色結果），來提供特定的服務。當網(wǎng)絡出現(xiàn)擁塞時，根據(jù)不同的服務等級要求，有差別地進行流量控制和轉發(fā)來解決擁塞。采用相對優(yōu)先權機制，有區(qū)別地控制不同信息流的分組聚類和轉發(fā)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(tǒng)的QoS采用一級調度，單個端口只能區(qū)分業(yè)務優(yōu)先級，無法區(qū)分用戶。只要屬于同一優(yōu)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(qū)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(yè)務帶寬保證的技術。
HQoS采用多級調度的方式，可以精細區(qū)分不同用戶和不同業(yè)務的流量，提供區(qū)分的帶寬管理。為了實現(xiàn)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(jié)點，實現(xiàn)三層調度結構；也可以有多層中間節(jié)點，實現(xiàn)多層調度結構。
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3、MPLS QoS
在MPLS網(wǎng)絡中，路由器不會檢查IP報文頭的內(nèi)容，因此無法通過ToS或DSCP字段來進行流量分類。一般目前網(wǎng)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(nèi)的中間節(jié)點檢查并修改IP Preference、DSCP或Exp值，統(tǒng)稱COS（Class of Service）值，這會導致報文的COS值在IP網(wǎng)絡和MPLS網(wǎng)絡傳輸過程中都可能發(fā)生變化。
因此，在報文進入MPLS網(wǎng)絡或從MPLS網(wǎng)絡離開進入IP網(wǎng)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(jīng)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(xiàn)業(yè)務層QoS控制，但隨著承載網(wǎng)的IP化，網(wǎng)絡擁塞、丟包、抖動、延時等質量問題將影響到LTE業(yè)務層的QoS質量。無擁塞的IP承載網(wǎng)是不存在的，關鍵是發(fā)生擁塞之后，如何保障業(yè)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(yè)務優(yōu)先轉發(fā)，這是傳統(tǒng)Differ-Serv的概念，另一個是保障在發(fā)生擁塞時重要基站業(yè)務可用（如災難或者重大事件發(fā)生時，政府機關、醫(yī)院、學校等重要區(qū)域的基站）。這就要求承載網(wǎng)能夠支持分層QoS（H-QoS）處理能力，能針對不同基站和不同業(yè)務執(zhí)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?shù)臄?shù)據(jù)類型有以下四種：S1/X2接口業(yè)務（分為控制面和用戶面）、O&M業(yè)務、IP時鐘業(yè)務、共傳輸業(yè)務（即過路數(shù)據(jù)流）。
eNodeB分類業(yè)務的QoS需求：
用戶面業(yè)務：
實時業(yè)務：
QCI（QoS Class Identifier）類型為1～5的業(yè)務。實時業(yè)務要求嚴格保證帶寬，QCI類型為1～4的業(yè)務要求保證GBR（Guaranteed Bit Rate），QCI類型為5的業(yè)務要求保證min_GBR。實時業(yè)務不允許丟包，也不能大量緩存數(shù)據(jù)導致時延增加，否則會嚴重影響業(yè)務質量。
非實時業(yè)務：
QCI類型為6～9的業(yè)務。非實時業(yè)務沒有GBR要求，帶寬不足時可以降低業(yè)務的吞吐率、進行數(shù)據(jù)緩存，但是為了給非實時業(yè)務提供基本的業(yè)務質量保證，也會為非實時業(yè)務預留min_GBR。
控制面業(yè)務：
流量比較小，并且和各種網(wǎng)絡KPI（Key Performance Indicator）指標關系密切。因此需要優(yōu)先保證其傳輸，防止丟包。
OM業(yè)務：
OM MML（Man-Machine Language）業(yè)務為OM操作維護類業(yè)務，流量較小，要求優(yōu)先發(fā)送；
OM FTP（File Transfer Protocol）業(yè)務為OM上傳/下載業(yè)務，流量波動較大，要求優(yōu)先級低于其他業(yè)務，但要保證最小帶寬。
IP時鐘業(yè)務：
包括控制報文和時鐘報文，流量較小，均要求優(yōu)先發(fā)送、保證帶寬。
共傳輸場景下的過路數(shù)據(jù)流：
此業(yè)務eNodeB無需額外處理，與本基站其他數(shù)據(jù)的處理方式相同，即根據(jù)其攜帶的DSCP進行差分服務調度。
eNB 業(yè)務流優(yōu)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(jié)點，對于基站業(yè)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(wǎng)絡實現(xiàn)透傳。
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IP承載網(wǎng)能夠支持分層QoS（H-QoS）處理能力，能針對不同基站和不同業(yè)務執(zhí)行層次化的隊列調度能力，確保重要基站永不掉線，在發(fā)生擁塞時，保證重要基站業(yè)務可用。
在數(shù)據(jù)流量占主導地位的LTE網(wǎng)絡中，基站的小區(qū)峰值吞吐量發(fā)生在閑時，即小區(qū)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(qū)的吞吐量顯著降低，在20MHz 2×2 LTE情況下，小區(qū)吞吐量大概在20Mbps左右?；镜男^(qū)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(fā)生擁塞。
峰值吞吐量更容易出現(xiàn)在承載網(wǎng)絡的“最后一公里”，核心網(wǎng)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(guī)模的IP承載網(wǎng)，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(wǎng)絡，在RSG設備上，主要通過帶寬規(guī)劃，預留一定的帶寬，擁塞時，可以通過端口調度，保證高優(yōu)先級業(yè)務正常轉發(fā)，無丟包、低時延。在接入網(wǎng)絡，由于峰值吞吐量發(fā)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(nèi)的流量，提供保證帶寬，即使發(fā)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(wǎng)絡擁塞時限制轉發(fā)。對于政府機關、災難現(xiàn)場、醫(yī)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(xiàn)網(wǎng)盈利能力，以及建設LTE IP承載網(wǎng)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。
工商網(wǎng)監(jiān)
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