5G UP5G QoS参数那点事儿

Posted 2022-12-21 从善若水

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本人就职于国际知名终端厂商，负责modem芯片研发。
在5G早期负责终端数据业务层、核心网相关的开发工作，目前牵头6G算力网络技术标准研究。


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5G QoS参数那点事儿

3GPP规范23.501定义了以下5G QoS参数作为QoS实现的一部分：

• 5G QoS Identifier （5GQI）；
• 分配和保留优先级（ARP）；
• Reflective QoS属性（RAQ）；
• 通知控制（Notification Control）；
• 流比特率（Flow Bit Rates）；
• 总比特率（Aggregate Bit Rates）；
• 默认值（Default values）；
• 最大丢包率（Maximum Packet Loss Rate）

下面我来给大家分别解释一下各个参数的含义。

5G QoS Identifier （5GQI）

5QI是一个标量，每个5QI的值都对应一个5G QoS特性，例如，接入节点用于控制QoS流的QoS转发处理参数（例如，调度权重、准入阈值、队列管理阈值、链路层协议配置等）。

• 标准化的5QI值与5G QoS特性的标准化组合具有一对一的映射关系；
• 预配置的5QI值，对应的5G QoS特性会在接入节点（gNB）中进行预配置；
• 如果特定的5G QoS特性没有被修改，那么5G QoS特性不会通过空口传输，会通过5QI的值来表明标准化或者预配置的5G QoS特性；
• 具有动态分配5QI的QoS Flows，其5G QoS特性会存储在QoS Profile中，作为QoS Profile的一部分。

分配和保留优先级（ARP）

QoS参数ARP包含了优先级、抢占能力和被抢占能力等信息。ARP优先级定义了一个资源请求的相对重要性，允许在资源受限的情况下（通常用于GBR流量的准入控制）决定一个新的QoS流是否可以被接受或需要被拒绝。它还可以用于决定在资源受限期间抢占哪个现有QoS流。ARP具有以下特点：

• ARP优先级的取值范围是1 ~ 15，当值为1时优先级最高；
• ARP优先级1 ~ 8应该只分配给在运营商域中，被授权接受优先处理的服务资源（例如，由服务网络授权）；
• ARP优先级9 ~ 15可以分配给由归属网络授权的资源，因此在终端漫游时可以使用；
• ARP抢占能力定义了一个业务数据流是否可以获得已经分配给另一个ARP优先级较低的业务数据流的资源；
• 应将ARP抢占能力和ARP被抢占能力设置为要么“enabled”要么“disabled”；
• ARP被抢占能力定义了，为了接收一个ARP优先级更高的业务数据流，优先级较低的业务数据流是否可以接受丢失已经分配给它的资源；
• 应恰当的设置默认QoS规则所关联的QoS流的ARP被抢占能力，以降低该QoS流被释放的风险；

Reflective QoS属性（RAQ）

RQA是一个可选参数，表示承载在这个QoS流上的某些业务流量（不一定是所有流量）受到Reflective QoS的约束。只有当RQA配置给QoS流之后，RAN/AN才会开启为AN中QoS流对应的资源转发RQI。在NG-RAN中建立UE上下文时，或者QoS流建立和修改时，RQA通过N2接口发送给NG-RAN。

通知控制（Notification Control）

QoS参数通知控件表示在QoS流的生命周期内，GFBR不再能够保证时，是否要求NG-RAN提供通知消息。如果应用流量能够适应QoS的变化（例如，如果AF能够触发速率适应），则通知控制可以用于GBR QoS流。

• 当与QoS流绑定的PCC规则（从PCF接收）中设置了QoS通知控制参数时，SMF才会启用通知控制；
• 通知控制参数作为QoS profile的一部分被发送给NG-RAN；
• 如果，对于一个给定的GBR QoS流，通知控制是启用的，并且NG-RAN确定GFBR不能再被保证，NG-RAN应该向SMF发送一个通知并保留QoS流（例如，当NG-RAN没有为这个QoS流交付请求的GFBR时），除非NG-RAN中有明确的条件要求释放这个GBR QoS流对应的NG-RAN资源（例如，由于无线电链路故障或RAN内部拥塞）。NG-RAN应该再次尝试去保证GFBR；
• 当从NG-RAN收到GFBR不能再得到保证的通知时，SMF应该将这个通知转发给PCF，5GC可以发起N2信令修改或删除QoS流；
• 当NG-RAN确定某个QoS流的GFBR可以再次得到保证时（此时已经发送了GFBR不能再得到保证的通知），NG-RAN应发送通知，通知SMF该GFBR可以再次得到保证，SMF可以将该通知转发给PCF。NG-RAN应在必要时发送GFBR不能再得到保证的后续通知；
• 在一个切换过程中，源NG-RAN不会明确地通知目标NG-RAN那些已经发送了GFBR不能再得到保证的QoS流。目标NG-RAN执行准入控制，拒绝任何不能永久分配资源的QoS流。接受的QoS流包含在NG-RAN到AMF的N2路径切换请求（N2 Path Switch Request）消息中。

流比特率（Flow Bit Rates）

对于GBR QoS流来说，还有一些额外的参数，分别保证流比特率（GFBR）和最大流比特率（MFBR），这两个参数都适用于上行链路和下行链路。

• GFBR表示保证在平均时间窗内由网络提供给QoS流的比特率；
• MFBR将比特率限制为QoS流所期望的最高比特率（例如，在UE、RAN、UPF上多余的流量，可能会被丢弃或者通过速率整型或者策略控制功能来延迟发送）

GFBR和MFBR通过QoS Profile发送给RAN。对于UE来说，是通过QoS流级别的QoS参数配置下来的，并且会分别给每个单独的QoS流配置。

总比特率（Aggregate Bit Rates）

终端的每个PDU Session都与下面的总速率限制QoS参数相关联：

• Session-AMBR（per Session Aggregate Maximum Bit Rate）。subscribed Session-AMBR是SMF从UDM获取的订阅参数。SMF可以使subscribed Session-AMBR，或者根据本地策略修改的Session-AMBR，或者从PCF接收到的授权的Session-AMBR来获得Session-AMBR，并向适当的UPF实体、UE和RAN（以便计算UE-AMBR）发送通知。Session-AMBR限制了为特定PDU会话中的所有Non-GBR QoS流提供的总比特速率。Session-AMBR是在一个AMBR平均窗口中测量的，这是一个标准化的值。Session-AMBR不适用于GBR QoS流。

每个终端都会与下面的总速率限制QoS参数相关联：

• UE-AMBR（per UE Aggregate Maximum Bit Rate）。UE-AMBR限制了终端的所有Non-GBR QoS流预期提供的总比特率。每个RAN应将其UE-AMBR设置为该RAN的所有PDU会话（活跃的）的Session-AMBR之和，其值不超过subscribed UE-AMBR值。subscribed UE-AMBR是一个订阅参数，从UDM获取并由AMF提供给RAN。UE-AMBR是在AMBR平均窗口中测量的，这是一个标准化的值。UE-AMBR不适用于GBR QoS流。

默认值（Default values）

对于每个PDU会话，SMF从UDM获取订阅的5QI和ARP的默认值。订阅的默认5QI的值，应该是位于标准化值范围内的Non-GBR 5QI值。

• SMF可以根据本地配置或与PCF的交互来修改订阅的默认5QI和ARP优先级的值，以为与默认QoS规则关联的QoS流设置QoS参数；
• SMF可以根据本地配置或与PCF的交互来为与默认QoS规则关联的QoS流设置ARP抢占能力和ARP被抢占能力；
• SMF会对PDU会话中的所有QoS流应用相同的ARP优先级、ARP抢占能力和ARP被抢占能力，除非某个QoS流要求设置不同的ARP；
• 如果没有配置动态PCC，SMF可以通过DNN配置，建立一个与默认QoS规则相关联的GBR QoS流。该配置包含一个标准化的GBR 5QI以及适用于UL和DL的GFBR和MFBR。

最大丢包率（Maximum Packet Loss Rate）

最大丢包率（包括UL和DL）是指QoS流上行和下行方向允许的最大丢包率。如果此QoS流符合GFBR，则将此参数配置给这个QoS流。

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