通用移動(dòng)通信系統(tǒng)的QoS體系結(jié)構(gòu)概論

姜輝 楊洪生 2002/11/11

　　目前，關(guān)于第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)（3G）的研究開發(fā)工作正在全球范圍加速進(jìn)行。對(duì)于這樣一個(gè)全球范圍內(nèi)提供綜合業(yè)務(wù)支持的移動(dòng)通信系統(tǒng)，其業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量(QoS)保證體系的研究是非常關(guān)鍵的問(wèn)題。歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會(huì)(European Telecommunications Standards Institute, ETSI)提出的通用移動(dòng)通信系統(tǒng)(Universal Mobile Telecommunication System, UMTS)，是目前全球范圍幾個(gè)最具有代表性的3G方案之一。本文將對(duì)該系統(tǒng)的QoS體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行概要性探討。

　　UMTS定義QoS的原則

　　制定QoS控制機(jī)制的總體要求包括：

　　● UMTS網(wǎng)絡(luò)的 QoS參數(shù)(和參數(shù)映射)不應(yīng)局限于與其對(duì)接的一種或很少幾種外部網(wǎng)絡(luò)的QoS參數(shù)定義和控制機(jī)制。UMTS的QoS控制機(jī)制應(yīng)當(dāng)是與外部網(wǎng)絡(luò)QoS機(jī)制互相獨(dú)立的，這種機(jī)制能夠在網(wǎng)絡(luò)的不同層面提供QoS保證能力。

　　● 所有QoS參數(shù)定義及其組合必須是無(wú)二義性的。

　　● QoS控制機(jī)制必須支持有效的無(wú)線傳輸資源的利用。

　　● QoS參數(shù)定義及其控制機(jī)制的制訂必須保證核心網(wǎng)絡(luò)和接入網(wǎng)絡(luò)可以互相獨(dú)立地演進(jìn)。

　　● 必須保證UMTS網(wǎng)絡(luò)自身的可演進(jìn)性（盡量降低QoS控制機(jī)制對(duì)未來(lái)UMTS網(wǎng)絡(luò)引入新技術(shù)的影響）。

　　根據(jù)QoS特征，UMTS將接入系統(tǒng)的業(yè)務(wù)分為4類，即會(huì)話類、流類、交互類和后臺(tái)類。區(qū)分4類業(yè)務(wù)的主要依據(jù)是不同業(yè)務(wù)對(duì)時(shí)延的敏感程度。

　　分層的QoS體系結(jié)構(gòu)

1. UMTS分層體系結(jié)構(gòu)和QoS控制的層間映射/分段保證機(jī)制

　　對(duì)圖1的簡(jiǎn)要描述如下：移動(dòng)用戶（MS）到RAN左側(cè)部分是無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線用戶接口（Uu），實(shí)現(xiàn)了用戶業(yè)務(wù)通過(guò)空中無(wú)線鏈路接入3G網(wǎng)絡(luò)的功能，主要包含物理層（采用WCDMA和TD-CDMA技術(shù)）、媒體接入層(MAC)、無(wú)線鏈路層（RLC）；在RAN內(nèi)部通過(guò)協(xié)議中繼（Relay）實(shí)現(xiàn)無(wú)線鏈路和有線鏈路的對(duì)接；在RAN和3G服務(wù)節(jié)點(diǎn)之間的接口（Iu）是以ATM技術(shù)為支撐的有線接入段協(xié)議，為支持Internet業(yè)務(wù)，采用AAL5適配層協(xié)議，物理層（L1）無(wú)明確限定具體傳輸方式；在此之上，透過(guò)RAN、MS和3G服務(wù)節(jié)點(diǎn)之間存在兩個(gè)高層連接，即邏輯聯(lián)絡(luò)層（LLC）和更為復(fù)雜的第三層實(shí)體（L3CE）,L3CE是一些以Client/Server方式構(gòu)件的軟件實(shí)體，實(shí)現(xiàn)諸如無(wú)線資源管理、呼叫控制、移動(dòng)管理等網(wǎng)絡(luò)級(jí)功能；在3G服務(wù)節(jié)點(diǎn)內(nèi)部，為實(shí)現(xiàn)到Internet網(wǎng)絡(luò)的接入，再作一次協(xié)議中繼，這里，第三層實(shí)體的信息映射到通用分組無(wú)線服務(wù)的隧道協(xié)議GTP（GPRS Tunneling Protocol）；3G服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)到3G網(wǎng)關(guān)之間的Gn接口存在清晰的、以TCP/IP協(xié)議為主體的五層對(duì)應(yīng)關(guān)系；構(gòu)建在最上層的是移動(dòng)用戶到3G網(wǎng)關(guān)的UMTS用戶進(jìn)程，它通過(guò)3G網(wǎng)關(guān)進(jìn)入Internet骨干網(wǎng)，最終實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)Internet的訪問(wèn)。


　　通過(guò)以上的簡(jiǎn)要敘述，可以看出UMTS用戶接入Internet存在一個(gè)復(fù)雜的多段、多層次的連接過(guò)程，與之對(duì)應(yīng)，UMTS的QoS保證體系是一個(gè)多段的層間映射/分段保證機(jī)制。圖2給出了這一個(gè)機(jī)制的總體構(gòu)架。


　　圖中每層頂端用粗黑水平線表示的是層間服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)，同時(shí)也是同層對(duì)端業(yè)務(wù)QoS保證機(jī)制實(shí)施的一個(gè)對(duì)端。自上而下地，在最高層定義UMTS用戶業(yè)務(wù)級(jí)別的QoS，該QoS由第三層實(shí)體和GTP協(xié)議實(shí)體的QoS保證機(jī)制實(shí)現(xiàn)；下面第二層被分割為接入網(wǎng)段的承載服務(wù)QoS和服務(wù)器節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)間的Gn承載QoS；在接入網(wǎng)段，由LLC完成承載服務(wù)QoS到無(wú)線接入承載QoS的解釋和映射；處于QoS保證體系最底層的無(wú)線接入承載QoS被分割為無(wú)線接入段的無(wú)線承載QoS（由RLC層機(jī)制實(shí)現(xiàn)）和有線接入段的Iu接口承載QoS（由ATM的AAL5機(jī)制實(shí)現(xiàn)）。在各層和各段上，設(shè)置眾多的QoS檢測(cè)、控制、參數(shù)解析/映射、接入控制實(shí)體，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)絡(luò)范圍的QoS保證。

2. 要解決的重要技術(shù)問(wèn)題

　　以下幾個(gè)問(wèn)題為UMTS網(wǎng)絡(luò)正在考慮的重要問(wèn)題：

● 支持具體業(yè)務(wù)的分類以及各類業(yè)務(wù)具體QoS參數(shù)的量化定義;

● 上下層之間QoS參數(shù)的解析和映射規(guī)程;

● 全網(wǎng)絡(luò)范圍的資源管理和接入控制機(jī)制;

● 支持現(xiàn)有異種網(wǎng)絡(luò)之間QoS機(jī)制的互操作性。

結(jié)束語(yǔ)

　　3G系統(tǒng)是當(dāng)今世界上先進(jìn)的通信、計(jì)算機(jī)技術(shù)的大匯聚。UMTS網(wǎng)絡(luò)QoS體系集合了ATM網(wǎng)絡(luò)、IP網(wǎng)絡(luò)、第二代GSM網(wǎng)絡(luò)的QoS機(jī)制，因此需要構(gòu)架一個(gè)可不斷演進(jìn)的、能夠?qū)崿F(xiàn)與現(xiàn)存各種網(wǎng)絡(luò)互操作的QoS體系結(jié)構(gòu)。隨著實(shí)時(shí)IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在未來(lái)兩年內(nèi)即將成熟并在骨干網(wǎng)上使用，目前UMTS的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架也面臨重大的改變：首先在有線接入段使用IP/over SDH，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)無(wú)線承載部分高層的IP傳輸，最終實(shí)現(xiàn)“全I(xiàn)P”的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。基于“全I(xiàn)P”的QoS體系結(jié)構(gòu)將是一個(gè)看起來(lái)更為“單純”的，也更為新穎、更賦挑戰(zhàn)意義的構(gòu)架。

中國(guó)通信網(wǎng)(www.c114.net)

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