探讨5G QoS优先级调度策略在5G 2B业务中的运用

2023-01-06房海涛

数字通信世界 2022年7期

房海涛

（中国移动通信集团设计院有限公司陕西分公司，陕西西安 710065）

1 5G QoS优先级调度策略综述

5G的出现改变了市场商业模式，在5G的发展过程中，2B业务的服务价值得到了进一步提高。例如，运营商在5G时代将会面对市场生态环境的转型，而2B业务则正是运营商要面对的核心转型业务。对于运营商而言，不同的行业在经营发展5G期间往往在带宽、丢包率等层面具有不同的要求，只有尽量满足行业的特殊要求，才能真正意义上提高业务服务能力。若运营商依然按照传统以通道服务为主体的固定收费来开展各项业务，就会在浪费大量资源的同时逐渐被时代所淘汰。为了能够结合垂直行业二代差异化需求来为用户提供相对应的解决方案，就要重视对5G QoS优先级调度策略的应用，以此来满足不同用户的实际需求。

网络切片能够让运营商在单一硬件基础上，划分出多个虚拟逻辑隔离的网络，不同的网络可以在使用中对不同类型服务的特征需求进行适配。需要注意的是，同一网络切片的QoS要求具有明显的差异性，当用户需求出现分歧时，就应该结合用户需要来进行QoS的单独制定，进而满足用户的真实诉求。通过测试可以发现，在端至端的网络切片中，位于空口处的时延、丢包等各种数据信息，规模数据占比较大，因此，要注意针对空口位置的QoS策略展开分析，以此来优化数据使用率，避免出现资源浪费的情况发生。4G与5G的QoS机制具有明显的差异，4G中的QoS往往带有相对较粗的基本粒度，4G通常会更多采用EPS，所以相较于5G QoS，4G QoS很多时候无法真正实现粒度QoS控制，而且因为4G承载后的成本较大，无法灵活地处理各种情况，因此4G的QoS在使用层面有待完善。而以QoS flow为核心的5G QoS则在使用中能够更加精细化地进行控制，由于相同的RAN侧可以在一定程度上直接决定承载映射关系，因此5G QoS应该在运行期间赋予RAN侧更多自由度，5G QoS在不同业务中在面对差异性需求时，自由度的提高将会让业务处理变得更加简单。所以在如今的时代背景下，5G QoS优先级调度策略不可避免，通过对其进行分析并将分析结果使用在5G 2B业务中，能够进一步提高资源利用率。

2 5G QoS模型

2.1 概念分析

5G QoS模型在使用中必须明确基础的概念性问题：第一，PDU Session。PDU会话是UE（用户终端）与PDU连接网络的连接，该连接可以在运行中进行数据传输，每个业务都将对应不同的PDU会话。第二，QoS Flow。在QoS转发处理期间，QoS流属于最小粒度。而且在5G满足用户差异化需求时，QoS流还可以看作最佳粒度。第三，QFI。ID主要用量识别QoS流，在相同的会话中，QFI不会出现重复的情况，而在PDU的不同会话中则可以重复应用。第四，QoS rule。可以在使用中对终端上行流量与QoS流进行关联。第五，PDR。分组检测可以对下行数据包进行分类与映射，在UPF中，上、下行PDR都可以在SMF中完成配置[1]。

2.2 QoS流规则

5G系统中的QoS流是用来实现差异性管理的最佳粒度，所有的PDU会话都需要QoS流。其中，Non-GBR的QoS流必须保证在PDU的全生命周期内始终发挥作用。在此期间，默认QoS流要在匹配数据的情况下对应默认承载，即默认数据要在默认QoS流得到呈现。默认QoS流的专有QoS流与4G专载具有较高的相似度，QoS流具有受PCF控制的转发规则，QoS流在PDU建立、修改期间能够直接生成或预先配置。SMF属于功能实体，可以利用PCF得到QoS规则信息，并将信息传输至UE等对象。例如，在视频回传期间，业务所对应的QoS流将会在PDU会话建立中生成，该QoS流所对应的rule将会利用AMF传递给UE，PDU建立后，由UE生成的上行视频能够与专有QoS流自动匹配。

2.3 基础参数分析

在针对QoS进行分析管理时，QoS流可以归纳为GBR QoS流、Non-GBR QoS流、Delay Critical GBR QoS流三种类型，其中第三类QoS流属于极度敏感时延的业务模式，是为了能满足5G低时延特性所出现的QoS流。在QoS中，5QI与ARP非常重要，5QI可以作为标量，能够用于对QoS特性进行索引，5QI值与其对应的QoS特性在3GPP中的定义非常明确，而ARP则代表着用户资源特性，其参数可以分为优先级、可抢占性以及可被抢占性。GBR QoS流还包括流比特率（GFBR）与最大流比特率（MFBR）。

2.4 5QI参数分析

5QI是从4G概念中的QCI演变出来的一种概念，如今5QI概念已经得到了相应的定义。相较于4G中QCI所带有的9个等级而言，5G额外增加了十几个5QI等级，这意味着业务分类粒度将会被变得更加精细且明确。通过对GBR以及Non-GBR中的5QI参数进行分析，可以发现两者的QoS特性存在明显不同，这部分特性能够在2B业务中进行参考与使用。在对空口资源进行分配时可以发现，在面对无须保障带宽且需要QoS有保障的2B用户时，可以在设计阶段将业务类型设计为Non-GBR，若用户对带宽有需求，则可以将业务类型配置成为GBR，不用的5QI参数可以有效区分用户的SLA等级[2]。

3 5G QoS优先级调度策略在2B业务中的应用分析

在5G QoS优先级调度策略落实中，GBR与Non-GBR调度策略存在明显差异性，其中GBR业务要始终让带宽满足用户的差异化需求，所以GBR业务和GFBR等参数存在直接联系，Non-GBR业务要通过加权因子参数调度来进行优先级调度，因此在对AN侧开展QoS配置期间，所有5QI参数都将与加权因子相对应，因此可以将5QI看作Non-GBR业务需要考虑的核心因素。在信道等因素足够稳定的情况下，加权因子与业务速率存在一定程度上的线性联系。

3.1 GBR类型调度

GBR业务流需要结合核心网策略的GFBR参数来进行分配，其中所有未超出GFBR的内容都能够得到保障。在不拥塞的情况下，GFBR与MFBR能够得到保障，该策略可以针对所有QoS流来进行使用。

3.2 Non-GBR加权因子调度

Non-GBR在运行中需要支持5QI开展优先级调度，在运行期间，若空口质量以及时延等影响因素都可以始终保证较高的一致性，就意味着Non-GBR上下行带宽和加权因子是线性关联的，比如在对基站进行调度时，若用户在Non-GBR策略下出现了拥塞的问题，如果上行带宽小于用户带宽，则用户所分配的带宽将等于上行带宽；如果上行带宽大于用户带宽，则要结合算法进行分析，不同的用户所得到的带宽存在差异性。

3.3 5G QoS优先级调度策略的应用

GBR以及Non-GBR在调度策略以及参数配置中具有明显差异性，因此在对5G QoS优先级调度策略进行分析时，必须在两种不同的策略场景中开展测试，通过对5G QoS特性在基站空口侧调度情况进行分析，可以让5G QoS发挥出应有的价值。空口上行带宽能够为用户提高端到端的业务保障，属于SLA保障的关键与必须突破的瓶颈；而对空口资源分配策略进行分析与验证，则正是掌握5G QoS策略的必要环节，通过在现网中完成5G测试环境的搭建，可以大幅提高测试准确性[3]。

3.3.1 组网方案与原理

在组网运行过程中，数据流量将会从A端主机进入5G CPE，然后流量将会直接上传到gNB中，并经过RAN承载网进入5G核心网，流量经由5G外网段最终将会进入Z端主机。此时流量将被划分为三条端对端的专线，即PC1、PC2、PC3主机分别对应的PC11、PC22、PC33。通过在三条专线分别构建PDU会话，能够生成三种QoS流，此时通过针对QoS流来设置5QI，就能够有效分析空口侧的带宽情况。在应用环境下，基站上行带宽大约可以达到230 Mbps，单CCPE最大带宽约为150 Mbps，该数据可以利用空口测试仪测量获取。

3.3.2 GBR QoS流优先级调度运用

在GBR QoS流中，优先级调度在核心网中需要针对三条业务QoS流配置所面对的5QI参数来配置5QI所对应的GFBR、MFBR参数。在分析参数时，应该注意在空口拥塞的情况下，针对配置参数条件进行分析，以此来获取配置参数的实际效果。通过对处于拥塞条件下，不同5QI所承载的QoS带宽进行分析，能够验证出带宽是否能在使用中满足设计期间所预计的保障效果，通过在应用中凸显调度优先级用户相互之间存在的差异性，可以在分析中让QoS优先级调度差异性进一步得到提升。通过在三条QoS流中分别选择5QI值，可以有效提高分析结果的精确度。通过对数据进行分析可以发现，在GBP QoS中，QoS流与GFBR的总数小于上行宽带时，在空口拥塞下，QoS流依然会得到绝对保障，此时QoS流将会占据部分原属于Non-GBR的空口资源。除此之外，由于GFBR与MFBR相互之间的部分并没有保障，因此还会出现大量的丢包情况。

3.3.3 Non-GBR QoS优先级调度应用

在对Non-GBR QoS优先级调度进行应用时，同样要在核心网侧针对三条业务线的QoS流配置对应的5QI参数，在此期间，所有5QI参数都必须在基站侧配置所对应的优先级加权因子。在应用期间，需要对相关参数在空口拥塞条件下的保障效果进行分析，并对拥塞条件下所有5QI所对应QoS流的带宽情况进行观察与判断，以此来验证QoS流能否真正满足预期中的保障效果，并表现出调度优先级下不同用户所存在的差异性[4]。在应用过程中，所使用的三条QoS流将会分布选择各不相同的5QI值，若某一条线路的业务流其上行宽带超过了由加权因子计算后所得出的带宽参数，就意味着该业务流在运行中达到的带宽拥塞的状态。通过进行对应用测试可以发现，采用Non-GBR的加权因子调度策略能够计算出最终结果，这意味着当空口质量、时延等影响因素足够稳定时，Non-GBR QoS优先级调度将会与上行调度优先级加权因子之间产生直接联系，由于二者的联系为正比关系，因此在对加权因子进行调整时，带宽所分配的数值也将会随之发生改变。

3.4 5G QoS优先级调度下的2B业务分析

2B业务属于5G在发展中的核心应用，在面对垂直行业进行带有差异性的2B业务创新时，所获取到的价值将会得到持续的增长，并更好地满足用户需求。作为运营商在运营期间的主要挑战，无线网络要以终端的方式大面积对接各种关键点，其中带有差异性等级保障极为重要。在5G正式进行商用的初期，所采用的QoS策略，将成为实现不同等级业务差异化管理的核心元素，该策略可以在结合5G QoS理论模型与现网环境时，对5G条件下GBR业务调度以及Non-GBR加权因子调度的实现方法进行分析，通过设计不同的策略模式，并以应用测试的方式进行分析，能够在对比测试期间，验证不同等级GBR与Non-GBR业务在使用中所得到的真实效果，并实现对空口侧两者不同带宽调度行为、保障作用的分析。通过对比分析可以得出，GBR业务在空口拥塞的运行条件下，同样能够获取到绝对保障，即最低限度保障。而Non-GBR则无法获得足够的保障。需要注意的是，在空口资源相对较为紧张时，GBR业务在运行期间可以大规模抢占原属于Non-GBR业务的资源，即在5G QoS优先级调度下，Non-GBR将会按照调度优先级以及加权因子比例来重新规划并分配空口资源，重新得到规划的空口资源将会更好地实现业务等级划分。在5G 2B业务研发中，可以结合实际需求来满足不同用户真实要求，实现带有差异性的服务，进而充分发挥属于5G网络应有的价值。

3.5 5G时代2B业务的发展

2B业务作为企业与企业相互之间开展的一种商业模式，能够将企业网络以及企业中各种产品与服务借助网络与客户进行联系，5G网络凭借其极强的技术力，可以为客户提供良好的业务服务，进而为企业发展提供帮助。在5G时代，5G所拥有的技术性能要远远强于4G，在5G QoS优先级调度下，2B业务的发展将会步入崭新的时代。人口红利的消失意味着2C市场的增速将会随之放缓，因此2B企业用户将必然会逐渐占据2C用户的市场消费份额，成为5G市场的关键用户。5G 2B作为市场发展的关键点，将会促使新企业商业模式的转型，在转型过程中，5G QoS优先级调度将会成为5G 2B业务的发展契机，因为5G QoS优先级调度能够让2B业务变得更加具有灵活性，通信价值同样会有所提高。只要能够在商业模式的变化中对5G QoS优先级调度进行合理利用，就可以推动2B行业在未来发展中实现技术、业务上的突破[5]。