读南山耕夫笔记_5G QoS控制原理专题_基础概念

目录

引子 : 为什么要学习 5G QoS会话控制原理 ?

什么是理解技术原理 ?

整体流程

QoS Flow 的概念

基础概念 - 01 - pkt filter 相关

Packet Filter Set

Flow Description

Ethernet Flow Description

Service data flow filter : sdf-filter , 业务数据流过滤器

Service data flow template: 业务数据流模板

Service data flow : 业务数据流

基础概念 - 02 - 5G QoS Parameters (QoS参数)

5QI

ARP:

RQA: Reflective QoS属性

Notification control（通知控制）

Flow BitRates: UL/DL 流比特速率

Aggregate Bit Rates : 聚合比特速率

Maximum Packet Loss Rate : 最大丢包率

基础概念 - 03 - 5G QoS characteristics (QoS特性)

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关于基础概念, 原作者共写了3篇, 我将其合成1篇笔记

引子 : 为什么要学习 5G QoS会话控制原理 ?

会话控制 即 会话策略的控制, QoS的控制, 它是 5G中最复杂的部分(如果你做设备数据配置就会发现, 这部分的数据最复杂, 涉及各种引用关系)

如果只是解释一下相关字段, 并不能很好的理解 会话控制, 反而被各种名词搞晕

什么是理解技术原理 ?

• 熟悉在5G中具体的应用场景;
• 理解每个字段代表的更深层的意义;
• 知道每个网元都做了什么工作, 之间如何协调配合, 通过什么信息, 把各个网元的处理功能关联起来
• 涉及网元(AMF, SMF, UPF, PCF, UE)

整体流程

• SMF请求PCF为PDU会话建立 SM策略(关联)
• PCF返回会话决策信息给SMF
• SMF收到策略控制信息后, 根据其中信息执行:
  • 将SDF(业务数据流)和QoS Flow绑定起来: 
    • YYR: 如何绑定 ?
  • 根据PCC规则推导UPF使用的控制规则信息, 并发给UPF:
    • YYR: PPC规则是什么 ? 如果推导, 推导的结果具体是什么 ?
  • 推导QoS Rule发送给UE, 用于UE控制上行业务:
    • YYR: 如何推导, 为什么只是上行, 下行咋整 ?
  • 推导QoS Profile发送给RAN, 用于gNB执行QoS控制
  • 如果UE使用多接入(MA)业务, 还会推导ATSSS rules;
  • 如果相关事件发生时, SMF会和PCF进行消息交互执行相关控制;
    • YYR: 哪些时间需要SMF关注, PCF会在策略控制信息中下发给SMF

QoS Flow 的概念

5G中的QoS Flow 和 4G中的承载类似, 都分为 GBR, Non-GBR, 它是 PDU会话中QoS差异化服务的最细粒度

QFI:

• 用于识别1个QoS Flow, 0-63
• PDU会话中具有相同QFI的用户平面数据会获得相同的转发处理（如相同的调度、相同的准入门限等）
• 同一个PDU会话中, QFI是唯一的
• 在 N3,N9 的Gtp包头中包含QFI;
• 适用于所有PDU会话类型(IP, 以太网, 非结构化);
• 可以动态分配, 也可和5QI取值相同; YYR: 感觉和EBI不一样, EBI只是一个值，并没有实际QoS的意义

QoS Flow是怎么诞生的:

• 可预先进行配置 或 通过 PDU Session Establishment/Modification 创建

预配置的QoS Flow是怎么诞生的:

• SMF根据UDM中签约数据 和 本地配置数据 预先生成一组QoS参数, 再分配一个QFI, 关联上这一组QoS参数, 认为一个预配置的QoS Flow就诞生了.
• 在实体上: 只是一组可见的QoS参数
• SMF根据此预配置的QoS参数就可以生成 PDR, QoS Profile, 顺利保证 QoS Flow的创建和业务的传输流程正常进行, 否则UE的业务请求会被网络拒绝.

QoS Flow的特点: 

• 一个QoS Profile;
  • QoS Profile由SMF推导，由SMF发送给AN或者预先配置在AN（gNB）中
• 1-N个QoS Rule 及 QoS Rule关联的 QoS Flow级别的 QoS参数(可选);
  • QoS Rule由SMF通过AMF发送给UE 或者 UE利用Reflective QoS特性自行推导QoS Rule
• 1-N个上下行 PDR;
  • SMF提供给UPF相关的PDR

基础概念 - 01 - pkt filter 相关

以下这几个概念 不是孤立的, 都有内在联系 !!!

Packet Filter Set

• 在我们后面介绍的PDR和QoS Rule中会作为基础部件来使用，
• 用于识别数据流，也就是说，通过使用Packet Filter Set，会将满足某些匹配特性的数据包放在同一个数据流中，起到了数据包分类的作用
• 一个Packet Filter Set可以包含多个Packet Filter
  • 每个Packet Filter适用于下行数据包、上行数据包或者双向数据包

5G中定义了2种类型的 Packet Filter Set

• IP Packet FilterSet: 适用于IP类型的PDU Session
  • - 源/目的IP地址或IPv6前缀（可以和掩码组合使用）
  • - 源/目的端口号（可以是端口范围）
  • - 协议号或者Next header类型（IPv6）
  • - Type of Service (TOS)(IPv4) / Traffic class (IPv6)及掩码
  • - Flow Label (IPv6).
  • - Security parameter index（适用于IPsec）.
  • - Packet Filter direction（过滤器适用的数据包方向）
• Ethernet Packet FilterSet: 适用于以太网类型的PDU Session
  • - TODO, 暂时略去

Flow Description

定义了IP数据流的包过滤器, 是一种IPFilterRule类型的数据, 包括

• - 动作（action）：可以是permit或者deny。
• - 方向（Direction）：可以取值in或者out。in表示上行IP数据流，out表示下行IP数据流；
• - 协议号或者指示该字段不用于过滤数据包：取值“ip”
• - 源IP地址/端口号
• - 目的IP地址/端口号

Ethernet Flow Description

TODO

Service data flow filter : sdf-filter , 业务数据流过滤器

UPF中用于识别数据包流的一组数据包头的参数。这个概念的重点在于是用于识别数据包
流, eg. 如上截图, 其中包含有Flow Description.

Service data flow template: 业务数据流模板

PCC Rule中的一组业务数据流过滤器或者PCC Rule中的应用程序标识, 也就是说业务数据流模板使用了一个或者多个上面介绍的 sdf-filter (业务数据流过滤器)

Service data flow : 业务数据流

承载在UPF上的、匹配上Service data flow template(业务数据流模板)的一组数据包流

基础概念 - 02 - 5G QoS Parameters (QoS参数)

5G QoS参数

参数名称	必选/可选	GBR/Non-GBR	是否在 UDM 签约	执行方
5QI	必选	都有	缺省的5QI
ARP	必选	都有	在
RQA	可选	都有 ?		gNB
Notification control	？	GBR		gNB
Flow BitRates		GBR
Aggregate Bit Rates	必选	都有		Session AMBR: UPF, UE UE AMBR: gNB
Maximum Packet Loss Rate		GBR

5QI

为无符号的整型数值，取值范围为：0～255

使用5QI来引用一组标准的5G QoS characteristics, 标准的5QI值和一组5GQoS characteristics是一一对应的关系。这些标准的5QI值在3GPP中有明确的定义.

规范中还有一个“预配置的5QI”概念，这个5QI是和运营商相关的，如果运营商某项业务有可
以固化的一组5G QoS characteristics参数，就可以在AN中预先配置取值统一的5QI，这样就
可以使用5QI来引用这组5G QoS characteristics。
标准的5QI和预配置的5QI可以直接索引一组5G QoS characteristics，这些参数不会在5G系统的任何接口上通过信令传输。除非是5QI值对应的标准值被修改了
 

ARP:

该参数用于在资源受限的情况下，QoS Flow的创建/修改/切换能否被网络接受。典型应用在GBR业务的准入控制，比如：在资源受限的情况下，SMF决定抢占哪一个QoS Flow的资源，即：释放哪一个QoS Flow来释放占用的资源，以提供给优先级更高的业务。

• 优先级信息（priority level）: 代表了QoS Flow的相对重要性，取值范围1～15，1的优先级最高
• 抢占能力（pre-emptioncapability）: 表示一个QoS Flow在资源受限的情况下是否能够抢占已经分配给其它低优先级QoS Flow的资源，也就是从别的QoS Flow手里抢来资源，以满足自身QoS Flow的需求。它决定一个数据流是否可以抢占低优先级的资源。
• 被抢占脆弱性（pre-emptionvulnerability）: 指一个QoS Flow是否放弃已经分配给自己的资源，来满足高优先级的QoS Flow。它决定一个数据流是否可以被高优先级的数据流抢占资源。

在PDU Session建立过程中，SMF会从UDM中下载签约的Session-AMBR、5QI、ARP，及
对应的5QI优先级（可选）。

SMF可以根据PCF的授权或者SMF的本地配置修改缺省QoS Flow关联的缺省QoS rule 中的QoS parameters信息

此外，关于作者写的注中, 有比较重要的描述还, 此处暂时不罗列出.
 

RQA: Reflective QoS属性

可选参数, 用于指示某个QoS Flow上的部分业务（可能是全部也可能不是全部，具体原理详见QoS控制原理部分的叙述）。

当SMF决定对某个QoSflow启用Reflective QoS时，会给gNB下发RQA标记，之后NG-RAN将RQI与QoS flow关联，指明该QoS flow激活了Reflective QoS。
RQA在NG-RAN建立UE上下文或在QoS flow建立和更新的时候，由SMF通过N2接口通知给
NG-RAN。
 

Notification control（通知控制）

可选参数。当某个GBR QoSflow的GFBR不能得到满足时，NG-RAN会通知SMF，之后，SMF将通知转发给PCF。用于5G核心网对该GBR QoS flow进行速率适配相关的处理.

SMF会根据PCF下发的PCC Rule中的信息来决定是否对某个QoS Flow启用QoS
NotificationControl。Notification control参数会作为QoS Profile的一部分发送给NG-RAN
 

Flow BitRates: UL/DL 流比特速率

这个参数只针对 GBR QoS Flow

• GFBR: 在Averaging Time Window内，网络确保能够提供给QoS Flow的比特速率。通常通过资源预留的方式来实现，保证数据流的比特速率在不超过GFBR时能够全部通过.
• MFBR: QoS Flow最高限制速率，超过该速率时的业务数据包有些可能就会被UE、RAN、UPF丢弃或者通过缓冲区进行速率整形（先缓冲突发的过量数据包之后在业务速率不高时再发送出去），或者根据具体策略来处理.

GFBR和MFBR会作为QoS Profile的参数发送给NG-RAN及作为QoS Flow的QoS参数发送给
UE
 

Aggregate Bit Rates : 聚合比特速率

• Session AMBR: 每个PDU Session都会有PDU Session级别的聚合比特速率限制的QoS参数, 表示某个PDU Session中所有Non-GBR QoS Flow一起所能提供的最大比特速率
  • Session-AMBR会发送给UPF、UE和RAN（用于计算UE-AMBR）。
  • Session-AMBR由UPF和UE执行QoS控制 (YYR: 无 gNB ?)
• UE AMBR: 每个UE会有针对该UE的聚合比特速率限制QoS参数, 限制了一个用户的所有non-GBR QoS flow共享的最大带宽
  • UE-AMBR是由（R）AN来执行QoS控制

5QI、ARP建立缺省QoS Flow的参数，以及Session-AMBR和UE-AMBR都保存在UDM中。
UE可以在请求消息中携带请求的专有QoS Flow的QoS参数，但最终以PCF下发的QoS参数
为准。
 

Maximum Packet Loss Rate : 最大丢包率

区分UL、DL, 适用于GBR QoS Flow，用于指示空口侧QoS Flow
能够接受的最大丢包率（上行或者下行）
 

基础概念 - 03 - 5G QoS characteristics (QoS特性)

5G QoS characteristics实际上就是5QI代表的那一组QoS参数。只是通过5G QoS
characteristics这个名词来专门讲解5QI中包含的具体参数。

这些特性参数描述了从UE到UPF之间的QoS Flow端到端的数据包转发QoS规则
 

5QI包含6个主要QoS参数：
（1）Resource type 资源类型

• Non-GBR、
• GBR、
• Delay-criticalGBR三种，Delay-critical GBR为5G新增，主要用于车联网等对延迟非常敏感的场景。

（2）Priority Level（优先级）

• 在多个QoS Flow中资源调度的优先级，数值越低优先级越高
• 用于区分同一个UE的不同QoS Flow，也用于区分不同UE的不同QoS Flow

（3）PacketDelay Budget: PDB

• 定义了一个数据包在UE和UPF中N6接口终结点之间的时间延迟的上限。

（4）PacketError Rate : 数据包错误率，PER

• 由发送方的链路层协议正常处理（例如：3GPP接入类型中，RAN中的RLC层），但没有被分组接收方正常投递到上层的（例如3GPP接入类型中，RAN中的PDCP层）的PDU（比如IP数据包）比例的上限

（5）Averaging window

• 该参数只是用于GBR和Delay-criticalGBR资源类型的QoS Flow。
• 每个GBR QoS Flow都需要关联Averaging window。Averaging window实际上就是计算 GFBR和MFBR的一个时间单位，就是在该时间单位内RAN、UPF或者UE计算出来的QoS Flow的GFBR和MFBR。

（6）Maximum Data Burst Volume : MDBV

• 只适用于Delay-critical GBR资源类型的QoS Flow。
• 表示5G-AN在5G-AN PDB期间能够提供服务的最大数据量