5G系统——5G QoS
1 概述
1.1 QoS流（QoS Flow）
5G QoS模型基于Qos流，5G QoS模型支持保障流比特速率（GBR QoS）的QoS流和非保障流比特速率（Non-GBR）的QoS流，5G QoS模型還支持反射QoS。
QoS流是PDU會話中最精細的QoS區分粒度，這就是說兩個PDU會話的區別就在于它們的QoS流不一樣（具體一般就是QoS流的TFT參數不同）；在5G系統中一個QoS流ID（QFI）用于標識一條QoS流；PDU會話中具有相同QFI的用戶平面數據會獲得相同的轉發處理（如相同的調度、相同的準入門限等）；QFI在一個PDU會話內要唯一，也就是說一個PDU會話可以有多條（最多64條）QoS流，但每條QoS流的QFI都是不同的（取值范圍0~63），UE的兩條PDU會話的QFI是可能會重復的；QFI可以動態配置或等于5QI。
在5GS，QoS流是被SMF控制的，其可以是預配置或通過PDU會話建立和修改流程來建立。
QoS流的特征在于：
-AN側的QoS配置，這些配置可以是SMF通過AMF給AN提供給AN的或者是在AN上預置的
-UE側的QoS規則（rule），這些規則是SMF在PDU建立或修改流程中提供給UE的或UE通過反射QoS機制推導出來的
-UPF側的上行和下行PDR(s)，這些PDR（s）是SMF配置的
在5GS，一條PDU會話內要求有一條關聯默認QoS規則的QoS流，在PDU的整個生命周期內這個默認QoS流保持存在，且這個默認的QoS流要是Non-GBR QoS流。
注：上面的默認QoS流在整個PDU會話生命周期內都給UE提供了連接；由于可能需要和EPS交互，所以要求這個默認QoS流為Non-GBR。
1.2 QoS配置（QoS Profile）
一個QoS流是“GBR”還是“Non-GBR”取決于它的QoS配置；一個QoS流的QoS配置包含的QoS參數如下：
- 每條QoS流的QoS配置都會包含的QoS參數：5QI、ARP
- 每條Non-GBR QoS流的QoS配置可能還會包含參數：反射Qos屬性（RQA）
- 每條GBR QoS流的QoS配置還會包含參數：保證流比特率(GFBR)、最大流比特率(MFBR)
-?每條GBR QoS流的QoS配置可能還會包含：指示控制、最大丟包率
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每條QoS配置有一個與之對應的QFI，QFI包含在QoS配置中。
1.4?QoS規則（QoS Rules）
UE執行上行用戶面數據業務的分類和標記，也就是根據QoS規則將上行數據關聯到對應的QoS流去。這些QoS規則可以是顯示提供給UE的（也就是在PDU會話建立/修改流程中通過信令顯示配置給UE），或者在UE上預配置，或者UE使用反射QoS機制隱式推導出來。
一個QoS規則包含：關聯的QoS流的QFI、數據包過濾器集（一個過濾器列表）、優先級。
一個QoS流可以有多個QoS規則。
每個PDU會話都要配置一個默認的QoS規則，默認的QoS規則關聯到一條QoS流上。
對于IP類型或ethenet類型的PDU會話，默認QoS規則是在PDU會話中唯一的一個包過濾集可以包含允許所有UL的包過濾器的QoS規則，協議上這句話說得非常拗口，可以用類比路由表的方式去理解，就是默認QoS就可配成和默認路由一樣，一個數據包所有路由都不滿足時，就從默認路由走。默認QoS規則是可以配置為允許通過所有上行包，不是必須配置為允許通過所有上行包。
注：默認QoS規則的允許所有上行包通過的包過濾器就是所謂的“匹配所有”過濾器（match-all filter）
對于Unstructured類型的PDU會話，默認QoS規則不包含任何包過濾器集（Packet Filter Set），默認QoS規則定義PDU會話內的所有包的處理方式。
只要默認QoS規則不包含數據包過濾器集或包含允許所有UL數據包的數據包過濾器集，就不應將反射性QoS應用于與默認QoS規則關聯的QoS流，并且不應該給此QoS流發送RQA。
1.5 QoS映射
SMF負責QoS的控制，建立一條PDU會話時，SMF會給UPF、AN、UE配置響應的Qos參數。下圖展示了用戶面數據的分類和標記與QoS流映射到AN資源的規則流程。
對于上行數據，UE根據QoS規則對數據包進行匹配，數據包從匹配上的QoS流以及其對應的AN通道（對應的RB）向上傳輸；對于下行數據，UPF根據PDR對數據進行匹配，數據包從匹配上的QoS流以及其對應的AN通道下下傳輸。如果一個數據包沒有匹配上任何一個QoS規則（上行）或PDR（下行），則該數據包會被UE或UPF丟棄。
SMF給AN配置QoS參數如下（TS38.413? 9.10.4.9），QoS特性可以選擇靜態5QI（也就是標準化5QI映射表）和動態配置5QI。
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SMF給UE配置的QoS規則（TS23.501）如下，QoS規則包含一個QoS項列表，每個QoS項包含一個包過濾器列表、參數列表、QFI、優先級等參數。
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2 Qos參數
2.1 5QI
5QI是一個標量，用于索引一個5G QoS特性。TS23.501?Table?5.7.4-1有標準化的5QI映射關系。
2.2 ARP
ARP參數包含優先級、搶占能力、可被搶占等信息；優先級定義了UE資源請求的重要性，在系統資源受限時，ARP參數決定了一個新的QoS流是被接受還是被拒絕。
“pre-emption capability”信息定了一個業務流是否可以搶占低優先級的業務流的資源。
“pre-emption vulnerability”信息定義一個業務流的資源是否可以被高優先級的業務流搶占。
arp優先級的取值范圍1~15，1為最高優先級；
2.3 RQA
RQA（Reflective QoS Attribute）是一個可選參數，其指示了在該QoS流上的某些業務可以受到反射QoS的影響。僅當核心網通過信令將一個QoS流的RQA參數配給接入網時，接入網才會使能RQI在這條流的無線資源上傳輸；RQA可以通過N2接口在UE上下文建立和QoS流建立/修改時攜帶給NG-RAN。
如核心網在“PDU SESSION RESOURCE SETUP REQUEST”消息的QoS參數中將RQA參數帶給ngNB：
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2.4 Notification Control
通知控制；對于GBR的QoS流，核心網通過該參數控制NG-RAN是否在該GBR QoS流的GFBR無法滿足時上報消息通知核心網；如果網絡使能通知控制，則NG-RAN發現該流的GFBR無法滿足時就要給SMF發送通知，同時繼續保持該QoS流的正常運作；至于收到通知后SMF如何處理則屬于網絡配置的策略。
核心網在“PDU SESSION RESOURCE SETUP REQUEST”消息的GBR QoS Flow Information中配置通知控制參數。
2.5 Flow Bit Rate
對于GBR QoS流，其5G QoS參數還會包含如下參數：
- 保證流比特率(GFBR) -上行和下行
- 最大流比特率（MFBR）-上行和下行
GFBR表示由網絡保證在平均時間窗口上向QoS流提供的比特率；MFBR將比特率限制為QoS流所期望的最高比特率（例如，超過MFBR時數據包可能被UE/RAN/UPF丟棄、延時傳輸、......）；網絡通過QoS流的優先級調度處理來使比特率在GFBR和MFBR的范圍內。
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2.6 Aggregate Bit Rate
? ? 會話聚合最大比特率（Session-AMBR）
每個PDU Session都會有一個會話聚合最大比特率，Session-AMBR是用戶訂閱數據，SMF從UDM獲取；SMF可以直接使用訂閱數據的Session-AMBR，或者根據本地策略進行相應修改后再使用，或使用從PCF獲取的該PDU會話的Session-AMBR。
Session-AMBR定義了一個PDU會話的所有non-GBR QoS流的比特率之和的上限，也就是說一個PDU會話的所有non-GBR QoS流的比特速率之和不能大于該PDU的Session-AMBR。
Session-AMBR不應用于GBR QoS流。
? ? UE聚合最大比特率（UE-AMBR）
每個UE都有一個聚合最大比特率（UE-AMBR），一個UE-AMBR定義了一個UE所有的non-GBR QoS流比特率之和的上限，也就是一個UE的所有non-GBR QoS流的比特率之和不能大于UE-AMBR。UE-AMBR是用戶訂閱數據，AMF可從UDM獲取出來給RAN使用。
UE-AMBR僅應用于non-GBR QoS流，不應用于GBR QoS流。
AMBR平均窗口，其用于統計Session-AMBR和UE-AMBR，且用于Session-AMBR和UE-AMBR的AMBR平均窗口參數是一個標準化值，且是相同的。
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2.7 （默認值）Default Value
對于每條PDU會話的建立，SMF從UDM獲取訂閱的默認5QI和ARP值。SMF使用授權的默認5QI和ARP值去設置默認QoS流的QoS參數。
2.8 Maximum Packet Loss Rate（最大丟包率）
最大丟包率表示一條QoS流可以忍受的最大丟包率；最大丟包率參數只可能會在GFBR的QoS流上提供。
注：當前版本(TS23.501 f20)，最大丟包率（上行、下行）參數僅在屬于語音媒體的GBR QoS流上使用。
3 Qos特性
本節規定了和5QI相關的5G QoS特性。
| Resource Type 資源類型 | GBR, Delay critical GBR or Non-GBR |
| Priority Level 優先級水平 | 表示5G QoS流間的資源調度優先級；該參數用于區分一個UE的各個QoS流，也用于區分不同終端的QoS流。該參數值越小表示優先級越高 |
| Packet Delay Budget（PDB） 包時延預算 | PDB定義了UE和錨點NPF之間數據包傳輸的時延上限； |
| Packet Error Rate（PER） 誤包率 | 誤包率定了一個上限，也就是數據包已經被發送端的鏈路層（如3GPP接入網的RLC層）處理了，但沒有被對應的接收端提交給上層（如3GPP接入網的PDCP層）的比率上限。PER參數的作用是讓網絡配置合適的鏈路層參數（如3GPP接入網的RLC和HARQ配置）。 |
| Averaging Window 平均窗口 | 平均窗口是給GBR QoS Flow定義的，用于相關網元統計GFBR和MFBR。 |
| Maximum Data Burst Volume（MDBV） 最大數據突發量 | 具有延遲關鍵資源類型的每個GBR QoS流應與一個MDBV相關聯；MDBV表示5G-AN在一個5G-AN PDB期間需要服務的最大數據量。 |
4 標準5QI到5G Qos特性的映射
5 反射QoS
反射QoS作為5G QoS引入的新功能，其內容比較多，不宜放在此文展開來講了，否則此博文就太長了，后續我會專門開一篇文章來詳細介紹。簡而言之，反射QoS的功能就是網絡通過用戶面packet的相關頭域（SDAP頭）的設置，UE SDAP實體收到后進行分析推導出一個上行的QoS規則進行使用。
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6 包過濾器集（Packet? Filter Set）
QoS規則（UE側）或PDR（UPF側）的包過濾器集是用于標識數據（IP或ethenet）流的，一個包過濾器集可以包含多個包過濾器（這個可從上文1.5節的協議格式圖明顯看出來），每個包過濾器可以是下行或上行或雙向的。
有兩種類型的包過濾器集：IP包過濾器集合ethenet包過濾器集，分別對應于它們的PDU會話類型。
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參考
TS23.501
TS24.501
TS38.413
總結
以上是生活随笔為你收集整理的5G系统——5G QoS的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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