长期演进网络的服务质量研究与实践

中国移动通信集团江苏有限公司数据部 邵建 童恩

长期演进网络的服务质量研究与实践

中国移动通信集团江苏有限公司数据部 邵建 童恩

分析了LTE（长期演进）服务的差异化需求，介绍了LTE网络的QoS（服务质量）架构，讨论了用户订购的QoS保障服务和业务供应方的QoS保障服务，以求在保障业务质量为用户提供差异化服务的同时，提升电信运营商的管道价值。

长期演进；服务质量；流量增值；差异化服务；流量经营

1 LTE服务的差异化需求

在全球范围内，电信运营商的用户人均月数据流量呈现出不断增长的趋势，很多运营商的数据业务ARPU（每用户平均收入）已超过语音；在国内，移动数据业务已经成为电信运营商收入占比中最大的增长点，对比语音其为业务收入带来的贡献日益增大，如中国移动2013年的数据业务收入达2 069亿元且占通信服务收入的比重上升至35%。因而基于移动宽带的数据业务将成为电信运营商未来发展的关键。

据统计，网络访问不流畅、手机网速慢已成为用户移动数据业务体验的两大主要问题，有过半的用户愿意为提升网络体验而多支付费用。同时面向大众用户的OTT（over the top）业务（如即摄即传、视频网站、实时在线游戏、视频监控等）期望能获得高QoS（服务质量），如低时延、高带宽保障等，那将提供他们的行业竞争力。因此不管是业务提供商还是普通用户都期望移动网络能为他们提供差异化的服务，网络QoS机制的研究与实践将变得尤为重要。

随着LTE（长期演进）网络的部署，由于无线带宽的大幅提升，互联网OTT应用的特性及业务体验都将大大增强，如图1所示，OTT over WiFi（无线保真）变为OTT over LTE，用户可随时随地（LTE网络覆盖区）使用OTT业务，这将给电信运营商的语音、短信等基础业务带来更大的冲击。因而通过LTE QoS实践来提升数据流量的价值是电信运营商未来工作重点。

2 LTE网络的QoS架构

LTE网络只提供分组数据通信〔即只有PS（分组交换）域，没有CS（电路交换）域〕，语音和数据业务（如视频流媒体、宽带上网、移动游戏等）全部承载于IP分组数据网络上，而提供端到端（从业务应用到LTE终端）的QoS保障机制正是LTE网络的优势。

如图2所示，对于每个VoLTE（基于LTE的语音业务）用户终端来说，可以建立两个PDN（分组数据网络）连接，一个连接VoLTE网络〔IMS（IP多媒体子系统）core〕，一个连接CMNet（中国移动通信网），每个PDN连接包含一个默认承载（非保证比特率承载）、一个或多个专用承载。LTE用户的每个承载都有对应的QoS保障，如搜狐视频、在线手机网游两个应用可分别对应不同的承载和QoS保障。

CSCF（呼叫状态控制）网元是IMS关键的核心网元，主要实现呼叫接入、控制与处理逻辑，同时可根据用户签约实现业务触发，是实现VoLTE功能的呼叫控制网元。

1）HSS（归属用户服务器）主要实现IMS用户数据如账号和签约信息的存储，其类同于移动2G核心网中的HLR（归属位置寄存器）。

2）AS（应用服务器）实现智能业务逻辑控制功能，其类同于智能网中的SCP（业务控制点），提供智能业务控制功能，如彩铃、彩像、智能语音呼叫（呼叫前转）等。RCS AS（富媒体通信AS），即是提供基于IP的语音、文字、图片、视频等丰富通信功能的AS。

3）SBC（会话边缘控制器）将终端用户接入到IMS网络，主要提供接入控制、网络拓扑隐藏、NAT（网络地址转换）、QoS保障和网络安全等功能。

4）PCRF（策略和计费规则实体）主要为VoLTE用户提供QoS带宽保障服务，如根据不同用户的签约信息提供区别的QoS保障服务。

5）MME（移动管理实体）主要实现移动性管理、承载管理、用户鉴权认证等功能，即分组数据通信的信令控制网元。

6）SGW（服务网关）主要负责用户面处理，包括数据承载通道的建立/修改/释放、数据报文的路由和转发、QoS控制和计费等等，SGW即为分组数据通信的媒体处理单元。

7）PGW（分组数据网关）是PDN终结于SGI接口的网关，主要负责LTE终端的IP地址分配、会话管理（根据不同的APN（接入点名）寻址到对应的外部数据网络）、QoS策略执行、计费等功能。

LTE网络中，QoS控制的基本粒度就是承载（bearer），同一个承载上的所有数据流量都有相同的QoS保障，如图2所示，对于任一个用户的某个特定的承载，PGW与SGW的数据通道、SGW与eNB（演进型基站）之间的承载、eNB与UE（用户设备）之间的RB（无线侧承载）都是一一对应和绑定的，对应相同的QoS保障机制。

不同类型的LTE承载对应的QoS关键参数见表1。

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1）LTE承载对应的QoS参数主要包括QCI（QoS分类标识）、ARP（分配与保持优先级）、GBR（保证比特速率）、MBR（最大比特速率）和AMBR（聚合最大比特速率）。

2）QCI是一个数量等级，表示对承载级的分组数据包的处理和转发机制，如调度权重、接纳门限、队列管理门限等等。3GPP TS 23.203中定义了9种不同的QCI的值，比如QCI为1，表示最高优先级、包时延100 ms、承载类型为GBR，一般用于实时的语音通话；QCI为6，表示低优先级、包时延300 ms、承载类型为非GBR，可用于非实时的网络业务〔如WWW（万维网）、FTP（文件传输协议）等〕。

3）ARP参数用于接入控制，即在无线资源受限的情况下，决定是否允许建立新的承载或修改现有的承载。

4）GBR参数代表了承载能够预期保证提供的比特速率，GBR承载主要用于语音、视频、实时游戏等业务，采用专用承载和静态调度的方式。

5）MBR参数限制了GBR承载能够提供的最大比特速率，即数据速率的上限。

6）AMBR参数基于两种不同的场景可分为UE-AMBR（针对于特定一个用户的AMBR）和APN-AMBR（针对于某个用户的特定一个APN下的AMBR）。UE-AMBR参数作为UE的签约数据保存在HSS中，用于限制UE的所有非GBR承载的总速率；APN-AMBR参数存储在HSS中，用于限制同一个APN中的所有PDN连接期望提供的累计比特速率。

HSS中只保存与非GBR承载相关的QoS签约参数，PCRF则决定了专有承载的QoS参数，PGW、SGW、eNB网络设备则负责执行对应的QoS策略，保证所有承载相关性能符合QoS约束。

3 LTE网流量增值服务及技术方案

3.1 用户订购的QoS保障服务

付费用户在使用LTE移动宽带时（如手机观看搜狐视频、玩在线游戏）可享受流量保障服务，如保证其看视频时用网络带宽达到2 Mb/s，电信运营商可向用户收取包月功能费。

如图3所示，基于现有的PCC（策略和计费控制）架构，PGW检测到特定用户的业务流后为其提供QoS保障服务。

①用户订购移动宽带速率保障服务，电信运营商的BOSS（业务操作与支撑系统）将该用户流量增值服务的订购信息下发给PCRF。

②PCRF根据配置的QoS策略，PCRF向承载网络设备下发QoS预定义规则。

③PGW检测到特定应用和订购流量增值服务的用户信息时，执行预定义规则，进行承载更新或建立新的专有承载。如用户在看网络视频，可为其建立GBR为2 Mb/s的专有承载以保障通信质量，从LTE承载网到eNB无线侧的GBR。

3.2 业务供应方的QoS保障服务

电信运营商可与业务提供商（如搜狐视频、微信等）合作，基于LTE网络面向具体的业务产品提供流量QoS保障服务，电信运营商可向商家（业务提供方）收取后向服务保障费用。

图4为基于增强的PCC架构，CP/SP（内容/业务提供商）可通过Rx接口向PCRF传递业务需求，PCRF根据其签约信息来判断是否可提供QoS保障服务。

①BOSS查询并将该业务对应的流量增值服务的签约信息下发给PCRF。

②业务平台系统发起业务QoS保障请求。

③AAC（应用接入控制）进行安全检查，若通过，则向PCRF资源请求发起流程。

④PCRF根据配置的QoS策略及对应的用户信息，向承载网络设备下发QoS预定义规则。

⑤建立高QoS的专有承载。

（AAC网元是未来LTE网络可为CP/SP提供QoS保障服务的统一控制网元，目前现网中未有成熟应用）

4 总结

LTE网络的建设与应用极大地丰富了人们的沟通与生活，对于电信运营商来说，如何提升用户的流量价值是迫切需要解决的问题。而LTE QoS机制在现网中的部署应用，可为用户、内容供应商带来更多更便捷的流量增值服务，同时能提升电信运营商的流量价值。◆