5G UP5G QoS特性那点事儿

Posted 2022-11-27 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。


博客内容主要围绕：
       5G/6G协议讲解
       算力网络讲解（云计算，边缘计算，端计算）
       高级C语言讲解
       Rust语言讲解

5G QoS特性那点事儿

       5G QoS特性描述了UE和UPF之间的端到端QoS流，如何转发接收到的报文，表现为以下性能特性：

• 资源类型（GBR、Delay-critical GBR 或者 Non-GBR）；
• 优先级；
• 包延迟预算；
• 包错误率；
• 平均窗口（仅适用于GBR和 Delay-critical GBR资源类型）；
• 最大数据突发量（仅适用于Delay-critical GBR资源类型）

       5G的QoS特性应该被理解为为每个QoS流设置节点特定参数的指导方法。例如，为3GPP无线接入链路层协议配置。标准化或预先配置的5G QoS特征，是通过5QI的值来表示的，并且在任何接口上都不会发出信号，除非某些5G QoS特征被修改。

资源类型

       资源类型用来确定是否永久分配相关的专用网络资源，这些专用网络资源会与一个GFBR（QoS Flow-level Guaranteed Flow Bit Rate）值相关联的（例如，通过无线基站中的接纳控制功能）。有以下资源类型：

• GBR
• Non-GBR
• Delay-critical GBR

       GBR QoS流通常是按需授权的，需要动态的策略和计费控制。GBR QoS流使用GBR资源类型或Delay-critical GBR资源类型。但是对于GBR和Delay-critical GBR资源类型来说，它们的PDB和PER定义是不同的，而且MDBV （Maximum Data Burst Volume）参数只适用于Delay-critical GBR资源。

       Non-GBR QoS流可以通过静态策略和计费控制进行预授权，Non-GBR QoS流只能使用Non-GBR资源类型。

优先级

       5G QoS特性中相关的优先级（Priority Level）表示在这些QoS流中调度资源的优先级，其具有以下特征：

• 优先级级别越低，实际优先级越高；
• 优先级被用于区分来自同一终端的多个QoS流，也用于区分来自不同终端的QoS流；
• 在拥塞情况下，当一个或多个QoS流中所有的QoS需求都无法满足时，此时应该根据优先级来选择一个QoS流，优先满足其需求。例如，选择的这个QoS流的优先级N高于其它的QoS流的优先级（例如，N+1、N+2等）；
• 在非拥塞情况下，应使用优先级来定义QoS流之间的资源分配。此外，调度器可以根据其它参数（例如资源类型、无线条件）对QoS流进行优先级排序，以优化应用程序性能和网络能力；
• 每个标准化的5QI都与一个默认的优先级相关联；
• 优先级也可以与标准的5QI一起发送到RAN，如果RAN收到优先级值，则将使用它替换默认值；
• 优先级也可以与预配置的5QI一起发送到RAN，如果RAN收到优先级值，则将使用它替换预配置的值。

包延迟预算

       PDB（Packet Delay Budget）定义了报文在终端和UPF的N6接口之间可能被延迟的时间上限。PDB具有以下特点：

• 对于特定的5QI，UL和DL的PDB值是相同的；
• 在3GPP接入的情况下，PDB用于支持调度和链路层功能的配置（例如，设置调度优先级权重和HARQ目标作用点）；
• 对于使用Delay-critical资源类型的GBR QoS流来说，如果在PDB周期内数据突发量没有超过MDBV， 且QoS流也没有超过GFBR，则延迟超过PDB的报文将被视为丢失；
• 对于GBR资源类型且不超过GFBR的GBR QoS流，98%的包不会经历超过5QI的PDB的延迟；
• 使用GBR QoS流并以小于或等于GFBR的速率发送的服务，通常可以假定不会发生与拥塞相关的数据包丢失；
• 使用Non-GBR QoS流的服务应该准备好经历与拥塞相关的数据包丢弃和延迟。在非拥塞的场景中，98%的数据包应该不会经历超过5QI的PDB定义的延迟；
• 对于Non-GBR和GBR资源类型的PDB，其表示一个“软上限”，即一个“过期”的数据包，例如一个超过PDB的链路层SDU，不需要丢弃，也不添加到PER中；
• 对于Delay-critical GBR资源类型的PDB，延迟超过PDB的报文会被添加到PER中，并且根据本地决策丢弃或下发这个数据包。

包错误率

       数据包错误率（PER）定义了一个速率上限，这个速率上限指的是链路层协议（如RLC）发送了一个PDU（如IP数据包），但相应的接收方（如RAN中的PDCP）没有成功地将其发送到上层的概率。其特点如下：

• PER定义了与拥塞无关的丢包率的上限；
• PER的目的是为了正确的进行链路层协议配置（例如，RAN中RLC和HARQ）；
• 对于每5QI，UL和DL中PER的值是相同的；
• 对于使用Delay-critical GBR资源类型的GBR QoS流，如果报文延迟超过PDB，则视为丢失，并计入PER，除非在PDB周期内的数据突发量超过MDBV或者QoS流超过GFBR。

平均窗口

       平均窗口表示GFBR 和 MFBR将会在这个周期内进行计算，其特点如下：

• 每个GBR QoS流应该与一个平均窗口相关联；
• 每个标准化的5QI （GBR和Delay-critical GBR资源类型)都与一个默认的平均窗口相关联；
• 平均窗口也可以与标准化5QI一起发给RAN和UPF，如果收到它，将使用它的值替换默认值；
• 平均窗口也可以与预配置的5QI一起发给RAN，如果收到它，将使用它的值替换预配置的值。

最大数据突发量

       最大数据突发量（Maximum Data Burst Volume）是指在5G-AN PDB的一个周期内，需要5G-AN服务的最大数据量。其特点如下：

• 每个Delay-critical资源类型的GBR QoS流都与一个最大数据突发量相关联；
• 每个使用Delay-critical资源类型的标准化5QI都与一个默认的MDBV相关联；
• MDBV也可以与标准的5QI一起发送到RAN，如果它被接收，将使用它替换默认值；
• MDBV也可以与预配置的5QI一起发送到RAN，如果它被收到，将使用它替换预配置的值。

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