华为：HQoS确保基站永不掉线
时间：2013-12-16 10:40:34
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[导读]LTE业务场景LTE作为新一代宽带无线移动通信的领军技术，具备更高的数据传输率、更灵活的频谱带宽配置、更小的系统时延、更低的运营成本、更多样化的业务、以及无缝移动性等特点。在LTE阶段，单基站/单载扇的峰值速率
LTE业务场景
LTE作为新一代宽带无线移动通信的领军技术，具备更高的数据传输率、更灵活的频谱带宽配置、更小的系统时延、更低的运营成本、更多样化的业务、以及无缝移动性等特点。
在LTE阶段，单基站/单载扇的峰值速率预计达到3G基站的10倍以上，而且峰值速率是均值速率的4-6倍。和比较3G相比，更容易发生拥塞，如果不部署QoS，信令、语音等高优先级业务得不到保证，造成业务中断。
本文重点关注eNodeB和aGW之间移动承载网络相关QoS技术应用。华为移动承载方案采用ATN系列设备和CX系列设备构建的无线接入网，具备优秀FMC承载能力和简单灵活的组网形式。从CSG到RSG之间采用层次化的设计，适合规模较大的网络承载。组网示意图如下所示：
1、QoS模型
IP服务模型，是指一组端到端的QoS功能，通常QoS提供以下三种服务模型：
Best-Effort service（尽力而为服务模型）
Integrated service（综合服务模型，简称Intserv）
Differentiated service（区分服务模型，简称Diffserv）
DiffServ模型，可以满足用户不同的QoS需求。与Integrated Service不同，它不需要信令，即在一个业务发出报文前，不需要通知路由器。对Differentiated Service，网络不需要为每个流维护软状态，它根据每个报文指定的QoS标记（着色结果），来提供特定的服务。当网络出现拥塞时，根据不同的服务等级要求，有差别地进行流量控制和转发来解决拥塞。采用相对优先权机制，有区别地控制不同信息流的分组聚类和转发行为，从而在保证服务质量和解决拥塞之间取得一个良好的折衷。
2、HQoS
传统的QoS采用一级调度，单个端口只能区分业务优先级，无法区分用户。只要属于同一优先级的流量，使用同一个端口队列，不同用户的流量彼此之间竞争同一个队列资源，无法对端口上单个用户的单个流量进行区分服务。
HQoS即层次化QoS（Hierarchical Quality of Service），是一种通过多级队列调度机制，解决Diffserv模型下多用户多业务带宽保证的技术。
HQoS采用多级调度的方式，可以精细区分不同用户和不同业务的流量，提供区分的带宽管理。为了实现分层调度，HQoS采用树状结构的层次化调度模型，HQoS层次化调度中，可以只有一层中间节点，实现三层调度结构；也可以有多层中间节点，实现多层调度结构。
在MPLS网络中，路由器不会检查IP报文头的内容，因此无法通过ToS或DSCP字段来进行流量分类。一般目前网络上提供最多4种类型的服务，E-LSP就可以满足了。
DiffServ体系结构允许DS域内的中间节点检查并修改IP Preference、DSCP或Exp值，统称COS（Class of Service）值，这会导致报文的COS值在IP网络和MPLS网络传输过程中都可能发生变化。
因此，在报文进入MPLS网络或从MPLS网络离开进入IP网络时，运营商需要在MPLS边缘路由器对COS（Class of Service）处理做出选择：是否信任IP/MPLS报文已经携带的COS信息。RFC3270中定义了三种COS处理模式：Uniform、Pipe和Short Pipe.
LTE QoS应用
LTE无线层通过信令控制、资源预留等可端到端实现业务层QoS控制，但随着承载网的IP化，网络拥塞、丢包、抖动、延时等质量问题将影响到LTE业务层的QoS质量。无拥塞的IP承载网是不存在的，关键是发生拥塞之后，如何保障业务质量。
LTE基站承载QoS有两个关键需求：一个是保障高等级的业务优先转发，这是传统Differ-Serv的概念，另一个是保障在发生拥塞时重要基站业务可用（如灾难或者重大事件发生时，政府机关、医院、学校等重要区域的基站）。这就要求承载网能够支持分层QoS（H-QoS）处理能力，能针对不同基站和不同业务执行层次化的队列调度能力，确保重要基站永不掉线。
eNodeB接口板传输的数据类型有以下四种：S1/X2接口业务（分为控制面和用户面）、O
eNodeB分类业务的QoS需求：
用户面业务：
实时业务：
QCI（QoS Class Identifier）类型为1～5的业务。实时业务要求严格保证带宽，QCI类型为1～4的业务要求保证GBR（Guaranteed Bit Rate），QCI类型为5的业务要求保证min_GBR.实时业务不允许丢包，也不能大量缓存数据导致时延增加，否则会严重影响业务质量。
非实时业务：
QCI类型为6～9的业务。非实时业务没有GBR要求，带宽不足时可以降低业务的吞吐率、进行数据缓存，但是为了给非实时业务提供基本的业务质量保证，也会为非实时业务预留min_GBR.
控制面业务：
流量比较小，并且和各种网络KPI（Key Performance Indicator）指标关系密切。因此需要优先保证其传输，防止丢包。
OM业务：
OM MML（Man-Machine Language）业务为OM操作维护类业务，流量较小，要求优先发送；
OM FTP（File Transfer Protocol）业务为OM上传/下载业务，流量波动较大，要求优先级低于其他业务，但要保证最小带宽。
IP时钟业务：
包括控制报文和时钟报文，流量较小，均要求优先发送、保证带宽。
共传输场景下的过路数据流：
此业务eNodeB无需额外处理，与本基站其他数据的处理方式相同，即根据其携带的DSCP进行差分服务调度。
eNB业务流优先级对照表：
LTE作为新一代宽带无线移动通信的领军技术，具备更高的数据传输率、更灵活的频谱带宽配置、更小的系统时延、更低的运营成本、更多样化的业务、以及无缝移动性等特点。
在LTE阶段，单基站/单载扇的峰值速率预计达到3G基站的10倍以上，而且峰值速率是均值速率的4-6倍。和比较3G相比，更容易发生拥塞，如果不部署QoS，信令、语音等高优先级业务得不到保证，造成业务中断。
本文重点关注eNodeB和aGW之间移动承载网络相关QoS技术应用。华为移动承载方案采用ATN系列设备和CX系列设备构建的无线接入网，具备优秀FMC承载能力和简单灵活的组网形式。从CSG到RSG之间采用层次化的设计，适合规模较大的网络承载。组网示意图如下所示：
1、QoS模型
IP服务模型，是指一组端到端的QoS功能，通常QoS提供以下三种服务模型：
Best-Effort service（尽力而为服务模型）
Integrated service（综合服务模型，简称Intserv）
Differentiated service（区分服务模型，简称Diffserv）
DiffServ模型，可以满足用户不同的QoS需求。与Integrated Service不同，它不需要信令，即在一个业务发出报文前，不需要通知路由器。对Differentiated Service，网络不需要为每个流维护软状态，它根据每个报文指定的QoS标记（着色结果），来提供特定的服务。当网络出现拥塞时，根据不同的服务等级要求，有差别地进行流量控制和转发来解决拥塞。采用相对优先权机制，有区别地控制不同信息流的分组聚类和转发行为，从而在保证服务质量和解决拥塞之间取得一个良好的折衷。
2、HQoS
传统的QoS采用一级调度，单个端口只能区分业务优先级，无法区分用户。只要属于同一优先级的流量，使用同一个端口队列，不同用户的流量彼此之间竞争同一个队列资源，无法对端口上单个用户的单个流量进行区分服务。
HQoS即层次化QoS（Hierarchical Quality of Service），是一种通过多级队列调度机制，解决Diffserv模型下多用户多业务带宽保证的技术。
HQoS采用多级调度的方式，可以精细区分不同用户和不同业务的流量，提供区分的带宽管理。为了实现分层调度，HQoS采用树状结构的层次化调度模型，HQoS层次化调度中，可以只有一层中间节点，实现三层调度结构；也可以有多层中间节点，实现多层调度结构。
在MPLS网络中，路由器不会检查IP报文头的内容，因此无法通过ToS或DSCP字段来进行流量分类。一般目前网络上提供最多4种类型的服务，E-LSP就可以满足了。
DiffServ体系结构允许DS域内的中间节点检查并修改IP Preference、DSCP或Exp值，统称COS（Class of Service）值，这会导致报文的COS值在IP网络和MPLS网络传输过程中都可能发生变化。
因此，在报文进入MPLS网络或从MPLS网络离开进入IP网络时，运营商需要在MPLS边缘路由器对COS（Class of Service）处理做出选择：是否信任IP/MPLS报文已经携带的COS信息。RFC3270中定义了三种COS处理模式：Uniform、Pipe和Short Pipe.
LTE QoS应用
LTE无线层通过信令控制、资源预留等可端到端实现业务层QoS控制，但随着承载网的IP化，网络拥塞、丢包、抖动、延时等质量问题将影响到LTE业务层的QoS质量。无拥塞的IP承载网是不存在的，关键是发生拥塞之后，如何保障业务质量。
LTE基站承载QoS有两个关键需求：一个是保障高等级的业务优先转发，这是传统Differ-Serv的概念，另一个是保障在发生拥塞时重要基站业务可用（如灾难或者重大事件发生时，政府机关、医院、学校等重要区域的基站）。这就要求承载网能够支持分层QoS（H-QoS）处理能力，能针对不同基站和不同业务执行层次化的队列调度能力，确保重要基站永不掉线。
eNodeB接口板传输的数据类型有以下四种：S1/X2接口业务（分为控制面和用户面）、O
eNodeB分类业务的QoS需求：
用户面业务：
实时业务：
QCI（QoS Class Identifier）类型为1～5的业务。实时业务要求严格保证带宽，QCI类型为1～4的业务要求保证GBR（Guaranteed Bit Rate），QCI类型为5的业务要求保证min_GBR.实时业务不允许丢包，也不能大量缓存数据导致时延增加，否则会严重影响业务质量。
非实时业务：
QCI类型为6～9的业务。非实时业务没有GBR要求，带宽不足时可以降低业务的吞吐率、进行数据缓存，但是为了给非实时业务提供基本的业务质量保证，也会为非实时业务预留min_GBR.
控制面业务：
流量比较小，并且和各种网络KPI（Key Performance Indicator）指标关系密切。因此需要优先保证其传输，防止丢包。
OM业务：
OM MML（Man-Machine Language）业务为OM操作维护类业务，流量较小，要求优先发送；
OM FTP（File Transfer Protocol）业务为OM上传/下载业务，流量波动较大，要求优先级低于其他业务，但要保证最小带宽。
IP时钟业务：
包括控制报文和时钟报文，流量较小，均要求优先发送、保证带宽。
共传输场景下的过路数据流：
此业务eNodeB无需额外处理，与本基站其他数据的处理方式相同，即根据其携带的DSCP进行差分服务调度。
eNB业务流优先级对照表：
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