5G优化案例基于不同场景的5G网络QoS参数配置研究.docx

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5G优化案例基于不同场景的5G网络QoS参数配置研究

基于不同场景的5G网络QoS参数配置研究

XX

4.1测试目的29

4.2针对QCI3参数测试29

4.2.1参数配置29

4.2.2测试方法30

4.2.3测试数据30

4.3针对QCI9参数测试31

4.3.1参数配置31

4.3.25G时延需关注的网管指标33

4.3.3测试方法33

4.3.4测试数据33

4.4测试总结34

4.4.1QCI3测试34

4.4.2QCI9测试34

1背景

5G时代是一个万物感知、万物智能和万物互联的时代，未来不同服务对于网络的要求将是多样化的，为了适配未来不同服务对网络的差异化需求，保证不同业务用户感知需求，江苏电信针对三组业务研究QoS参数配置，并输出指导意见，具体如下：

（1）PDCP、RLC参数组的不同配置对典型业务（实时游戏）时延的影响

（2）非缓冲大数据量业务（如高清视频直播等），验证不同参数配置对业务速率和时延的影响

（3）缓冲类大数据量业务，验证不同参数配置对业务速率的影响。

25GQoS原理介绍

2.1NSA中QoS流

中国电信NSA组网采用Option3x，核心网仍然是EPC，承载建立的信令面都依赖于eNodeB。

NR系统作为SgNB（SecondarygNodeB）参与业务分流，因此NR的QoS配置信息来源于X2接口添加SgNB承载建立的请求信息（SGNBADDITIONREQUEST）或修改SgNB承载建立的请求消息（SGNBMODIFICATIONREQUEST）。

上述消息会携带SgNB上建立承载所需要的QCI

（QoSClassIdentifier）、ARP（AllocationandRetentionPriority）、MBR

（MaximumBitRate）、GBR（GuaranteedBitRate）、UE-AMBR（perUEAggregate

MaximumBitRate）等信息，NR根据这些信息提供差异化QoS保障。

2.2SA中QoS流

5G的QoS模型基于QoS流，与LTE类似，5GQos流可分为保证比特率的GBRQoS流和不保证比特率的Non-GBRQos流，5GQoS模型还支持反射QoS。

QoS流是PDU会话中最精细的QoS区分粒度，两个PDU会话的区别就在于它们的QoS流不一样（就是QoS流的TFT参数不同）；在5G系统中一个QoS流ID（QFI）用于标识一条QoS流；PDU会话中具有相同QFI的用户平面数据会获得相同的转发处理（如相同的调度、相同的准入门限等）；QFI在一个PDU会话内要唯一，也就是说一个PDU会话可以有多条（最多64条）QoS流，但每条QoS流的QFI都是不同的（取值范围0~63），UE的两条PDU会话的QFI是可能会重复的；QFI可以动态配置或等于5QI。

在5GS，一条PDU会话内要求有一条关联默认QoS规则的QoS流，在PDU的整个生命周期内这个默认QoS流保持存在，且这个默认的QoS流要是Non-GBRQoS流。

2.3QoS规则

UE执行上行用户面数据业务的分类和标记，也就是根据QoS规则将上行数据关联到对应的QoS流去。

这些QoS规则可以是显示提供给UE的（也就是在PDU会话建立/修改流程中通过信令显示配置给UE），或者在UE上预配置，或者UE使用反射QoS机制隐式推导出来。

一条QoS流可以有多个QoS规则。

一个QoS规则包含：

关联的QoS流的QFI、数据包过滤器集（一个过滤器列表）、优先级。

每个PDU会话都要配置一个默认的QoS规则，默认的QoS规则关联到一条QoS流上。

默认QoS规则可以配置为允许所有上行包通过。

只要默认QoS规则不包含数据包过滤器集或包含允许所有UL数据包通过的数据包过滤器集，就不会将反射性QoS应用于与默认QoS规则关联的QoS流，并且不再给此QoS流发送RQA。

2.4Qos流配置

一个QoS流是“GBR”还是“Non-GBR”取决于它的QoS配置；一个QoS流的QoS配置包含的QoS参数如下：

Ø每条QoS流的QoS配置都会包含的QoS参数：

5QI、ARP

Ø每条Non-GBRQoS流的QoS配置可能还会包含参数：

反射Qos属性（RQA）

Ø每条GBRQoS流的QoS配置还会包含参数：

保证流比特率（GFBR）、最大流比特率

（MFBR）

Ø每条GBRQoS流的QoS配置可能还会包含：

指示控制、最大丢包率

2.4.15QI

5QI是一个标量，用于索引一个5GQoS特性。

取值范围1~80；标准5QI与QCI的对应关系是一对一映射的，这类规则在最小化配置中存在且不能修改。

例如5QI1映射到QCI1，5QI9映射到QCI9。

其它5QI与QCI的对应关系可自由配置，当出现大于或等于2个QoSFlow映射到相同QCI

时，QoSFlow映射到QCI的原则如下:

-GBR类型，或5QI值为5或69的QosFlow，将会各自单独映射到DRB（这些DRB的QoS等级是相同的，但DRBID不同）。

-Non-GBR类型，或5QI值不为5且不为69的QoSFlow，gNodeB会将多个QoSFlow映射到同一个DRB上。

标准化的5QI映射关系见下表：

5QI

类型

优先级

分组预估时延

误包率

平均窗口

典型业务

1

GBR

2

100ms

10-2

2000ms

会话语音

2

GBR

4

150ms

10-3

2000ms

视频会话

3

GBR

3

50ms

10-3

2000ms

实时游戏，V2X消息，配电–中压，过程自动化–监控

4

GBR

5

300ms

10-6

2000ms

非会话视频

65

GBR

0.7

75ms

10-2

2000ms

关键任务用户平面即按即说语音（例如MCPTT）

66

GBR

2

100ms

10-2

2000ms

非关键用户平面即按即说语音

67

GBR

1.5

100ms

10-3

2000ms

关键任务视频用户平面

75

GBR

2.5

50ms

10-2

2000ms

V2X消息

5

Non-GBR

1

100ms

10-6

N/A

IMS信令

6

Non-GBR

6

300ms

10-6

N/A

基于TCP的视频

7

Non-GBR

7

100ms

10-3

N/A

语音、视频、交互式游戏

8

Non-GBR

8

300ms

10-6

N/A

基于TCP的视频

9

Non-GBR

9

300ms

10-6

N/A

基于TCP的视频

69

Non-GBR

0.5

60ms

10-6

N/A

关键任务延迟敏感信令（例如MCPTT信令）

70

Non-GBR

5.5

200ms

10-6

N/A

关键任务数据（与CQI6/8/9相同）

79

Non-GBR

6.5

50ms

10-2

N/A

V2X消息

80

Non-GBR

6.8

10ms

10-6

N/A

基于TCP/UDP的低时延eMBB业务，AR业务

2.4.2ARP

ARP（Allocation/RetentionPriority），ARP参数包含优先级、抢占能力、可被抢占等信息；优先级定义了UE资源请求的重要性，在系统资源受限时，ARP参数决定了一个新的QoS流是被接受还是被拒绝。

ARP包含三个信息:

（1）优先级（prioritylevel）

定义了UE资源请求的重要性，决定了一个新的QoS流是被接受还是被拒绝。

（2）被抢占能力（pre-emptioncapability）

信息定义了一个业务流是否可以抢占低优先级的业务流的资源。

（3）被抢占脆弱性（pre-emptionvulnerability）

信息定义一个业务流的资源是否可以被高优先级的业务流抢占。

2.4.3RQA

RQA（ReflectiveQoSAttribute）是一个可选参数，其指示了在该QoS流上的某些业务可以受到反射QoS的影响。

仅当核心网通过信令将一个QoS流的RQA参数配给接入网时，接入网才会使能RQI在这条流的无线资源上传输；RQA可以通过N2接口在UE上下文建立和QoS流建立/修改时携带给NG-RAN。

2.4.4指示控制

对于GBR的QoS流，核心网通过该参数控制NG-RAN是否在该GBRQoS流的GFBR无法满足时上报消息通知核心网；如果网络使能通知控制，则NG-RAN发现该流的GFBR无法满足时就要给SMF发送通知，同时继续保持该QoS流的正常运作；至于收到通知后SMF如何处理则属于网络配置的策略。

2.4.5GFBR&MFBR

GFBR表示由网络保证在平均时间窗口上向QoS流提供的比特率；MFBR将比特率限制为QoS流所期望的最高比特率（例如，超过MFBR时数据包可能被UE/RAN/UPF丢弃、延时传输）；网络通过QoS流的优先级调度处理来使比特率在GFBR和MFBR的范围内。

2.4.6最大丢包率

最大丢包率表示一条QoS流可以忍受的最大丢包率；最大丢包率参数只在GFBR的QoS流上提供。

当前版本，最大丢包率（上行、下行）参数仅在属于语音媒体的GBRQoS流上使用。

2.4.7Session-AMBR&UE-AMBR

每个PDUSession都会有一个会话聚合最大比特率，Session-AMBR是用户订阅数据，SMF从UDM获取；SMF可以直接使用订阅数据的Session-AMBR，或者根据本地策略进行相应修

改后再使用，或使用从PCF获取的该PDU会话的Session-AMBR。

Session-AMBR定义了一个PDU会话的所有non-GBRQoS流的比特率之和的上限，也就是说一个PDU会话的所有non-GBRQoS流的比特速率之和不能大于该PDU的Session-AMBR。

Session-AMBR不应用于GBRQoS流。

每个UE都有一个聚合最大比特率（UE-AMBR），一个UE-AMBR定义了一个UE所有的non-GBRQoS流比特率之和的上限，也就是一个UE的所有non-GBRQoS流的比特率之和不能大于UE-AMBR。

UE-AMBR是用户订阅数据，AMF可从UDM获取出来给RAN使用。

UE-AMBR仅应用于non-GBRQoS流，不应用于GBRQoS流。

AMBR平均窗口，其用于统计Session-AMBR和UE-AMBR，用于Session-AMBR和UE-AMBR的AMBR平均窗口参数是一个标准化值，且是相同的。

2.5QoS管理

2.5.1下行调度QoS保障

在下行调度QoS保障中，gNodeB可以获得下行各承载业务的数据量，并根据输入的QoS参数、信道质量、历史速率等因素综合确定承载的调度优先级和选定需要调度的承载。

下行调度QoS保障可由gNodeB独立完成。

下行基础调度优先级计算公式如下：

下行调度QoS保障包括Non-GBR业务的UE-AMBR限速、Non-GBR业务的最小速率保障、GBR业务的最小速率保障以及GBR业务最大速率限制。

（1）Non-GBR业务的UE-AMBR限速

Non-GBR业务的UE-AMBR速率限制，是针对一个UE下所有Non-GBR承载的。

下行缓存中有待传数据时，每TTI对比该UE所有Non-GBR承载上T时间内传输吞吐量是否大于UEAggregateMaximumBitRateDownlinkxT：

●如果大于，需要暂停各承载的数据分流及调度。

●如果不大于，保持基本的调度计算出的优先级不变。

NSA组网下，T为1000ms；SA组网下，T为3000ms。

（2）Non-GBR业务的最小速率保障

Non-GBR业务的最小速率保障，是针对承载来配置的，用来保障一个Non-GBR承载的下行最小速率。

下行缓存中有待传数据时，每TTI对比一个Non-GBR承载在T时间内传输吞吐量是否小于该承载上所对应的gNBDUMacParamGroup.DlGuaranteedRate配置值xT：

●如果小于，将无线资源优先分配给该承载使用，尽量保障该承载的速率达到该承载的gNBDUMacParamGroup.DlGuaranteedRate配置值。

●如果不小于，保持基本的调度计算出的优先级不变。

NSA组网下，T为1000ms；SA组网下，T为3000ms。

（3）GBR业务的最小速率保障

GBR业务的最小速率保障，是针对一个承载的。

gNodeB通过eNodeB或者5G核心网获取GBR业务的最小速率保障值。

下行缓存中有待传数据时，每TTI对比UEGBR承载上T时间内传输吞吐量是否小于GBR业务的最小速率保障值：

●如果小于，将无线资源优先分配给该承载使用，尽量保障该承载的速率达到GBR业务的最小速率保障值。

●如果不小于，保持基本的调度计算出的优先级不变。

NSA组网下，T为1000ms；SA组网下，T为承载的QCI等级对应的gNBQciBearer.AveragingWindowDur配置值。

（4）GBR业务的最大速率限制

GBR业务的最大速率限制，是针对一个承载限制的。

gNodeB通过eNodeB或者5G核心网获取GBR业务的最大速率限制值。

下行缓存中有待传数据时，每TTI对比UEGBR承载上T时间内传输吞吐量是否大于配置值：

●如果大于，需要暂停该承载的数据调度。

●如果不大于，保持基本的调度计算出的优先级不变。

NSA组网下，T为1000ms；SA组网下，T为承载的QCI等级对应的gNBQciBearer.AveragingWindowDur配置值。

2.5.2上行调度QoS保障

与下行调度QoS保障不同，在上行调度QoS保障中，gNodeB无法准确获得UE上行各承载上需要发送业务的数据量，因此上行调度QoS保障需要UE和gNodeB共同完成。

UE侧QoS保障：

gNodeB通过综合考虑信道质量，历史传输速率以及业务的QCI级别计算出UE的调度优先级。

UE获得到上行调度机会后，被调度的UE根据逻辑信道保障速率、逻辑信道优先级、逻辑信道的PacketDelayBudget、逻辑信道分组信息进行二次调度，从而控制UE各承载的差异化。

gNodeB侧QoS保障：

gNodeB侧的QoS保障主要是通过综合考虑信道质量，历史传输速率以及业务的QCI级别确定UE的调度优先级。

上行基础调度优先级公式在gNodeB侧是按照UE

级别来计算的，公式如下：

。

上行调度QoS保障包括Non-GBR业务的UE-AMBR限速、Non-GBR业务的最小速率保障、GBR业务的最小速率保障以及GBR业务的最大速率限制。

（1）Non-GBR业务的UE-AMBR限速

Non-GBR业务的UE-AMBR速率限制，是针对一个UE所有Non-GBR承载的。

当用户上行BSR>0时，每TTI对比该UE所有Non-GBR承载上T时间内传输吞吐量是否大于UEAggregateMaximumBitRateUplink的配置值xT：

●如果大于，需要暂停各承载的数据分流及调度。

●如果不大于，保持基本的调度计算出的优先级不变。

NSA组网下，T为500ms；SA组网下，T为3000ms。

（2）Non-GBR业务的最小速率保障

Non-GBR业务的最小速率保障，是针对承载来配置的，用来保障一个Non-GBR承载的上行最小速率。

当用户上行BSR>0时，每TTI对比一个Non-GBR承载上T时间内传输吞吐量是否小于gNBDUMacParamGroup.UlGuaranteedRate的配置值xT：

●如果小于，需要提高该承载的调度优先级，将无线资源优先分配给该承载使用，尽量保障该承载的速率达到gNBDUMacParamGroup.UlGuaranteedRate的配置值。

●如果不小于，保持基本的调度计算出的优先级不变。

NSA组网下，T为500ms；SA组网下，T为3000ms。

（3）GBR业务的最小速率保障

GBR业务的最小速率保障，是针对一个承载的。

当用户上行BSR>0时，每TTI对比UEGBR

承载上T时间内传输吞吐是否小于配置值：

●如果小于，将无线资源优先分配给该承载使用，尽量保障该承载的速率达到配置值。

●如果不小于，保持基本的调度计算出的优先级不变。

NSA组网下，T取值固定为500ms；SA组网下，T取值等于承载的QCI等级对应的gNBQciBearer.AveragingWindowDur配置值。

（4）GBR业务的最大速率限制

GBR业务的最大速率限制，是针对一个承载限制的。

当用户上行BSR>0时，每TTI对比UEGBR承载上T时间内传输吞吐是否大于配置值：

●如果大于，需要暂停该承载的数据调度。

●如果不大于，保持基本的调度计算出的优先级不变。

NSA组网下，T取值固定为500ms；SA组网下，T取值等于承载的QCI等级对应的gNBQciBearer.AveragingWindowDur配置值。

35G用户面各协议层参数介绍

3.1SDAP层相关参数配置

SDAP实体位于SDAP子层，每个PDU会话都会建立对应的SDAP实体，一个UE可以有对多个SDAP实体（因为一个UE可以同时建立多个PDU会话）。

（1）SDAP层主要功能包括：

Ø传输用户面数据。

Ø为上下行数据进行QoSFlow到DRB的映射。

Ø在上下行数据包中标记QoSFlowID：

在数据包上加上SDAP头，即标记QFI。

Ø为上行SDAP数据进行反射QoS流到DRB的映射：

根据下行数据包的SDAP头推导出上行“QoS流—DRB的映射”规则。

QoSFlow到DRB的映射

3.2PDCP层相关参数配置

PDCP子层架构

在NR中，PDCP层位于RLC层之上，SDAP层（用户面）或RRC层（控制面）之下。

它通过

SAP（ServiceAccessPoint）与SDAP/RRC层进行通信，并通过RLC信道与RLC层进行通信。

除SRB0外，每个无线承载对应一个PDCP实体，一个PDCP实体可以与1/2/4个RLC实体相关联。

（1）PDCP子层的主要功能包括：

Ø用户平面数据的包头压缩和解压缩，。

Ø安全性功能：

用户和控制平面协议的加密和解密、完整性保护。

Ø数据的传输功能：

下层重建时，对向上层发送的PDU顺序发送和重排序；对映射到AM模式的RB的下层SDU进行重排序。

ØPDCPSDU重传和丢弃，PDCPPDU的复制和重复丢弃。

（2）PDCP子层的主要参数包括：

ØdiscardTimer：

该参数表示PDCP丢弃定时器的大小,如果参数配置过大，会造成业务延时不能满足QCI要求；如果配置过小，会造成PDCP层数据丢弃严重，影响吞吐量。

建议值：

QCI1,QCI2,QCI7,QCI65,QCI66：

低频UM模式MS150（150）；低频AM模式MS300（300）；

QCI3,QCI75,QCI79：

UM模式MS50（50）；低频AM模式MS300（300）；QCI4：

UM模式MS150（150）；AM模式MS300（300）；

QCI5,QCI6,QCI8,QCI9,QCI69,QCI70：

UM模式MS150（150）；AM模式INFINITY（无

穷大）；

ØReorderingTimer：

该参数表示PDCP重排序定时器的大小，该参数代表PDCP重排序时间窗口，如果该定时器配置较小，则导致发送端频繁的TCP重传，浪费资源；如果配置过大，则导致接收端判断乱序包传输失败时延较大，不能及时触发TCP重传，从而造成业务延时和吞吐量下降。

建议值：

QCI1,QCI2,QCI7,QCI65,QCI66:

低频UM模式MS50（50）;低频AM模式NSADC场景参

数配置为MS300（300）,其他场景参数配置为MS200（200）;

QCI3,QCI75,QCI79:

低频UM模式MS20（20）;低频AM模式NSADC场景参数配置为MS300（300）,其他场景参数配置为MS100（100）;高频UM模式MS15（15）;

QCI4,QCI5,QCI69:

低频UM模式MS50（50）;低频AM模式NSADC场景参数配置为MS300（300）,其他场景参数配置为MS1500（1500）;高频UM模式MS15（15）;

QCI6,QCI8,QCI9,QCI70:

低频UM模式MS50（50）;低频AM模式NSADC场景参数配置

为MS300（300）,其他场景参数配置为MS180（180）;

ØDlDataPdcpSplitMode：

该参数用于设置下行数据PDCP分流模式，取值“SCG_AND_MCG”时为动态分流，表示根据分流算法动态向LTE网元和5G网元分流；取值“MCG_ONLY”为主站分流，表示只向LTE网元分流；取值“SCG_ONLY”为辅站分流，表示只向5G网元分流。

在QCI2~QCI4,QCI65~QCI67,QCI75,

QCI82~QCI85场景下，该参数配置不生效，仅向辅站分流。

建议值：

SCG_ONLY（仅向辅站分流）

ØPdcpSnSize：

该参数表示gNodeB和UE的下行PDCP序列号长度。

PDCP序列号应足够长以避免大量的数据包丢失而导致的HyperFrameNumber（HFN）不匹配，但PDCP序列号越长PDCP头开销越大，降低有效数据吞吐量。

AM模式下PDCP序列号长度应和RLC序列号长度保持一致，UM模式下PDCP序列号长度应大于等于RLC序列号长度，否则，会有丢包风险。

建议值：

QCI1,QCI5,QCI65,QCI66,QCI69:

BITS12（12）；QCI2,QCI3,QCI4,QCI6,QCI7,QCI8,QCI9,QCI70,QCI75,QCI79:

BITS18（18）；

ØUlDataSplitPrimaryPath：

该参数用于设置上行数据分流的主路径，其中MCG指主小区组，SCG指辅小区组。

取值为“MCG”时，表示上行数据分流主路径为MCG；取值为“SCG”时，表示上行数据分流主路径为SCG。

建议：

SCG（分流主路径为SCG）

ØUlDataSplitThreshold：

该参数用于设置UE做LTE-NRNSADC时上行数据分流

的门限，如果UEPDCP缓存高于门限，UE会同时向主站和辅站分流，在QCI2~QCI4,QCI65~QCI67,QCI75,QCI82~QCI85场景下，该参数配置不生效，仅向辅站分流。

建议值：

INFINITY（INFINITY）

ØPdcpReportPollingPeriod：

该参数表示option3X架构下，NRPDCP向LTERLC发起reportpolling的周期。

该参数设置越小，轮询周期越短，分流越精确，TCP业务吞吐率越高，但该参数设置的值小于X2时延时