КАЧЕСТВО ОБСЛУЖИВАНИЯ В СЕТЯХ LTE
Концепция системы QoS для сетей UMTS мобильной связи 3-гопоколения определена в спецификации TS 23.107, и используется также для сетей LTE4-гопоколения.
При разработке и внедрении системы качества обслуживания к атрибутам такой системы предъявляются следующие общие требования.
Ÿ Количество и значения атрибутов должны быть таковы, чтобы обеспечить возможность многоуровневой градации пользователей.
Ÿ Использование механизма QoS не должно мешать политике эффективного использования радиоресурсов, независимому развитию базовой сети и сети радиодоступа.
Ÿ Все атрибуты и их комбинации должны иметь однозначно определённые значения.
Исходя из перечисленных общих требований к качеству обслуживания, в спецификациях сформулированы конкретные технические требования, касающиеся набора параметров QoS.
Ÿ Механизмы QoS функционируют в рамках одноранговой (peer to peer) модели организации связи в границах “пользовательский терминал — сетевой шлюз”, обеспечиваявзаимно-однозначноеотображение между сетевыми услугами и внешними приложениями.
Ÿ Управление качеством обслуживания осуществляется на основе конечного, по возможности, минимального набора параметров QoS, поддерживающих эффективное использование радиоресурсов, а также ассиметричное функционирование сквозных каналов.
Ÿ Методы управления QoS реализуются на основе последовательных сессий, применительно к пакетной передачи данных, в том числе, к мультипотоковой передаче, когда несколько различных потоков имеют один и тот же адрес.
Ÿ Сетевые ухудшения и усложнения, вызванные внедрением системы качества обслуживания, должны быть по возможности минимизированы, также, как и количество дополнительной информации, хранимой и передаваемой в сети.
Ÿ Пользовательские приложения должны иметь возможность индикации значений QoS при передаче данных в различных сетевых узлах.
Ÿ Система качества обслуживания должна быть динамической, позволяющей изменять параметры QoS в течение активной сессии.
Рассмотрим архитектуру системы качества обслуживания и передачу услуг в рамках такой системы, рассматривая, для определённости, случай, когда связь осуществляется между оконечным оборудо-
ванием (ОО), подключённым к пользовательскому терминалу мобильной сети, и терминальным оборудованием, расположенным во внешней пакетной сети (рис. 1.23).
| UMTS | ||||||||||||||||||||||||||||
| TE | MT | RAN | CN | CN | TE | |||||||||||||||||||||||
| EDGE | Gateway | |||||||||||||||||||||||||||
| NODE | ||||||||||||||||||||||||||||
| End-to-EndService | ||||||||||||||||||||||||||||
| TE/MT Local | UMTS Local Bearer Service | External | ||||||||||||||||||||||||||
| Bearer Service | Bearer Service | |||||||||||||||||||||||||||
| Radio Access Bearer | CN Bearer | |||||||||||||||||||||||||||
| Service | Service | |||||||||||||||||||||||||||
| Radio | RAN | Access | Backbone | |||||||||||||||||||||||||
| Bearer | Bearer | |||||||||||||||||||||||||||
| Bearer Service | ||||||||||||||||||||||||||||
| Service | Service | |||||||||||||||||||||||||||
| Physical | Physical | |||||||||||||||||||||||||||
| Radio | ||||||||||||||||||||||||||||
| Bearer | ||||||||||||||||||||||||||||
| Bearer | ||||||||||||||||||||||||||||
| Service | ||||||||||||||||||||||||||||
| Service | ||||||||||||||||||||||||||||
Рис. 1.23. Архитектура системы качества обслуживания
Аналогично понятию сквозного канала (рис. 1.7) вводится понятие сквозной услуги (end-to-endservice) как последовательность действий между двумя оконечными пользователями и, соответственно, частей услуг — по их отношению к определённых сетевым составляющим: в локальном канале “оконечное оборудование — пользовательский терминал” (Terminal Equipment / Mobile Terminal local Bearer Service), в канале сети LTE (LTE Bearer Service), во внеш-
нем канале (External Bearer Service). Таким образом, возникает многоуровневое взаимодействие при передаче услуги в различных сетевых узлах и на различных уровнях.
Передача услуги по сети LTE рассматривается, в соответствии с сетевой архитектурой, отдельно в сети радиодоступа (Radio Access Bearer Service), где обеспечивается конфиденциальная передача пользовательских данных либо с заранее выбранным либо установленным по умолчанию уровнем качества обслуживания, и в базовой пакетной сети (Core Network Bearer Service), также могущей поддерживать различное качество обслуживания..
Услугу в сети радиодоступа реализуют двумя частями: в радиоканале (Radio Bearer Service) и в механизме радиодоступа (Access Bearer Service). Реализация услуги в радиоканале содержит все аспекты, касающиеся передачи данных по радиоинтерфейсу, включая сегментацию и повторную сборку пользовательских пакетов. Кроме того, на физическом уровне (Physical Radio Bearer Service) производится управление подпотоком пользовательских данных. Механизм радиодоступа обеспечивает на физическом уровне (Physical Bearer Service) передачу данных между сетью радиодоступа и базовой сетью.
Наконец, прохождение услуги в “магистральном” канале (Backbone Network Bearer Service) рассматривается в функциональной совокупности Уровней 1 и 2 и назначенными требованиями качества обслуживания.
Перечислим и кратко опишем основные функции сети LTE, относящиеся к управлению качеством обслуживания. В пользовательской плоскости такие функции направлены на поддержку пользовательского трафика и сигнализации с определёнными ограничениями, установленными параметрами QoS.
Функция отображения (MF, Mapping Function) обеспечивает на-
деление каждого предназначенного для передачи пакета данных соответствующими параметрами QoS.
Функция классификации (CF, Classification Function) предназна-
чена для выставления пакетам данных параметров QoS, предназначенных для определённого ПТ, в том случае, если для этого ПТ в сети установлено несколько каналов передачи услуг.
Функция управления ресурсами (RMF, Resource Manager Function)
распределяет доступные ресурсы между услугами в соответствии с параметрами QoS.
Функция согласования (очистки) трафика (TCF, Traffic Conditioner Function) обеспечивает согласование между потоком пользовательских данных и установленным уровнем качества обслуживания. Те пакеты данных, которые не соответствуют выставленным параметрам QoS, будут отброшены или помечены как несоответствующие для последующего отбрасывания после накопления.
На рис. 1.24 показано взаимодействие функций управления качеством обслуживания в пользовательской плоскости.
| TE | MT | RAN | CN EDGE | Шлюз | Внешняя |
| (Gateway) | сеть | ||||
| CF | CF |
| TCF | TCF | |||||
| TCF | MF | MF | MF | |||
| Местная БС | Удаленная БС | |||||
| RMF | RMF | RMF | RMF | RMF | RMF | |
| RAN phys. BS | RAN Access | BB network service | ||||
| network service | ||||||
Рис. 1.24. Функции управления качеством обслуживания
в пользовательской плоскости
Функция классификации, реализованная в ПТ и СШ, назначает пакеты данных, полученным из внешнего (или локального) канала в услугу сети LTE с соответствующими параметрами QoS. Функция согласования трафика, при необходимости, обеспечивает согласование пользовательского потока в восходящем (в ПТ) и нисходящем (в СШ) направлениях с установленными параметрами QoS. Далее, функция
отображения снабжает каждый пакет данных специальным QoS-индикатором,отправляя того в путь по сети, что требует выделения соответствующих ресурсов — за это ответственна функция управления ресурсами, реализованная в каждом сетевом узле.
В плоскости управления, как обычно, сосредоточены функции, необходимые для реализации механизмов управления и контроля.
Функция управления услугами (SMF, Service Manager Function)
является координирующей функцией при установке, модифицировании и управлении услугами, а также управляющей для функций управления качеством обслуживания в пользовательской плоскости.
Трансляционная функция (TF, Translation Function) преобразует внутренние примитивы услуг сети LTE в модули различных протоколов взаимодействующих внешних сетей, включая преобразования атрибутов услуг сети LTE в параметры QoS протоколов внешних сетей.
Функция управления возможностями (A/CCF, Admission / Capability Control Function) обеспечивает информацией обо всех возможных ресурсах сетевых узлов, определяя при каждом запросе (или модифицировании) услуги, могут ли сетевые узлы обеспечить требуемые ресурсы. Данная функция также контролирует возможность предоставления самой услуги, т.е. реализована ли в сети запрашиваемая услуга.
Функция управления подпиской (SCF, Subscription Control Function) обеспечивает контроль доступности абонентов на пользование различными услугами с требуемыми параметрами QoS.
Взаимодействие функций управления качеством обслуживания в плоскости управления показано на рис. 1.25.
Трансляционная функция, действующая в ПТ и СШ, преобразует служебную информацию, связанную с внешней услугой, в примитивы внутренней услуги, включая и атрибуты услуги.
| TE | MT | RAN | CN EDGE | Шлюз | Внешняя | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| (Gateway) | сеть | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| TF | A/CCF | A/CCF | A/CCF | SCF | A/CCF | TF | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| UMTS BS | UMTS BS | UMTS BS | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Manager | Manager | Manager | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| RAB | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Manager | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Local BS | Radio BS | Radio BS | RA BS | RA BS | CN BS | CN BS | Ext. BS | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Manager | Manager | Manager | Manager | Manager | Manager | Manager | Manager | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| RAN | RAN | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| RA NS | RA NS | RA NS | BB NS | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| phys. BS | phys. BS | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Manager | Manager | Manager | Manager | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Manager | Manager | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Взаимодействие | Взаимодействие | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| внутри сервиса | по протоколу |
Рис. 1.25. Функции управления качеством обслуживания
В плоскости управления
Функция управления услугой, локализованная в ПТ, СШ и базовой сети (т. е. соответствующий подфункции), с помощью трансляционной функции устанавливает или модифицирует услугу, используя при этом связанные с ней функцию управления возможностями, с целью выяснения наличия требуемых для данной услуги ресурсов, и функцию управления подпиской, для определения прав пользователя на эту услугу.
Концепция предоставления услуг предполагает наличие четырёх
классов качества обслуживания, называемых также трафиковыми классами:
Ÿ голосовой (разговорный);
Ÿ потоковый;
Ÿ интерактивный;
Ÿ фоновый.
Главным различием между названными классами является чувствительность к задержкам: наиболее чувствительным является голосовой трафик, наименее чувствительным — фоновый трафик. Голосо-
вой и потоковый классы предназначены для использования в реальном масштабе времени. Интерактивный и фоновый классы используются для традиционных интернет-приложений:интернет-навигация,электронная почта, удалённая связь и др. При этом трафик интерактивного класса имеет более высокий приоритет, чем трафик фонового класса. Кратко рассмотрим особенности услуг различных классов.
Наиболее часто используемым видом услуг голосового класса является телефонная речь, причём, если в стандартах первого и второго поколений, например, традиционных сетях GSM, передача речи осуществлялась посредством канальной коммутации, то, как уже говорилось выше, в современных системах сотовой связи речь передаётся пакетным способом (VoIP, Voice over IP), в том числе, как с о- ставляющая видеообщения. При этом трафик является симметричным (или почти симметричным). Особенности человеческого слуха и зрения при осуществлении сеанса связи в реальном времени предъявляют достаточно жёсткие требования к качеству речевого потока. Фундаментальными характеристиками QoS в данном случае являются фиксированная, по возможности, минимальная временная задержка между отдельными речевыми пакетами в общем речевом потоке, а также жёстко фиксированная структура речевых пакетов. Субъективные оценки восприятия речи показывают, что сквозная задержка речи не должна превышать 400 мс — в противном случае разговор становится практически невозможен.
Основным речевым кодеком, исполь