2.5 QoS模型

2.5.1 总体概述

2.5.1.1   QoS流

5G QoS模型基于QoS流，包括GBR QoS流以及Non-GBR QoS流。5G QoS模型还支持反射QoS。在一个PDU会话中，QoS流是可区分QoS的最小单位。QoS流由QFI标识。在用户平面，同样QFI的流得到同样的转发处理（例如排队、许可控制门限）。QFI包含在N3（和N9）的数据包头中，即对e2e包头没有任何改变。QFI应用于所有PDU会话类型。QFI在PDU会话中应是唯一的。QFI可以动态分配，也可以等于5QI。

在5G系统中，QoS流由SMF控制，可以预先配置，或通过PDU会话建立流程或PDU会话修改流程建立。

QoS流可由以下因素定义：

SMF通过N2接口向接入网提供或者预配置在接入网的QoS profile （包含5QL ARP、RQA、GFBR、MFBR、QNC、MPLR等参数）。

一个或多个QoS规则,由SMF通过AMF由N1接口向UE提供、预配置在UE、或者UE根据反射QoS导出。

一个或多个上行和下行PDR,由SMF向UPF提供。

在5G系统中，需要为PDU会话建立与默认QoS规则相关联的QoS流，并在PDU会话的整个生命周期内保持。该QoS流应该是Non-GBR QoS流。

SDF：service data flow，业务数据流，在网络中，具有相同源IP地址、目的IP地址、源端口、目的端口以及协议ID的IP数据流被指定为一个SDF。

2.5.1.2    QoS配置文件

QoS流可以是“GBR”或“Non-GBR”，具体取决于其QoS配置文件。QoS流的QoS配置文件包含QoS参数，如下所述：

l 对于每个QoS流，QoS配置文件应包括QoS参数：

（1）GQoS标识符（5QI）；

（2）分配和保留优先级（ARP）。

l 对于每个Non-GBR QoS流,QoS配置文件还可以包括QoS参数：

（1）Refletive QoS属性（RQA）。

l  对于每个GBR QoS流，QoS配置文件还应包括QoS参数：

（1）保证流量比特率（GFBR）上行和下行；

（2）最大流比特率（MFBR）上行和下行。

l  在仅GBR QoS流的情况下，QoS参数还可以包括：

（1）通知控制；

（2）最大数据包丢失率-上行和下行。

2.5.1.3    对QoS流的控制

支持以下选项来控制QoS流：

a）对于Non-GBR QoS流，当使用标准化的5QI或预配置的5QI并且5QI在QFI的范围内（即，值小于64）时，5QI值可以用作QoS的QFI流。

（1）应在AN中预先配置默认ARP；或

（2）在PDU会话建立或PDU会话修改时，以及每当PDU会话的用户平面被激活时使用NG-RAN时，ARP和QFI将通过N2发送到无线接入网；

b）对于所有其他情况（包括GBR和Non-GBR QoS流），应使用动态分配的QFI。5QI值可以是标准化的，预先配置的或动态分配的。QoS流配置文件和QoS流的QFL应在PDU会话建立/修改时，以及每当PDU会话的用户平面被激活时使用NG-RAN时，通过N2提供给无线接入网。

2.5.1.4    QoS规则

UE基于QoS规则，执行上行用户平面流量的分类和标记,即上行流量与QoS流的关联。这些QoS规则可以是显示地提供给UE（即，通过PDU会话建立/修改过程），也可以在UE中预先配置，或者通过Reflective QoS由UE隐式地导出。QoS规则包含相关QoS流的QFI,匹配规则集和优先值。显式提供的QoS规则包含QoS规则标识符，该标识符在PDU会话中由SMF生成，并且是唯一的。

一个QoS流可以关联多个QoS规则。

当UE告知网络所支持的匹配规则数量时，SMF应确保PDU会话的QoS规则，所使用的匹配规则的总和不超过该数值。

对于每个PDU会话建立，需要将缺省QoS规则发送到UE,并且将它与QoS流相关联。对于IP类型的PDU会话或以太网类型的PDU会话，缺省QoS规则是PDU会话的唯一QoS规则，其匹配规则集可能包含允许所有上行数据包的匹配规则，在这种情况下，最高优先级值应用于QoS规则。

对于非结构化类型PDU会话，缺省QoS规则不包含匹配规则集，在这种情况下，缺省QoS规则定义PDU会话中所有数据包的处理。

只要缺省QoS规则不包含匹配规则集，或包含允许所有上行数据包的匹配规则集，则不应使用Reflective QoS。

2.5.1.5   QoS流的映射

SMF负责将SDF绑定在相应的QoS流上。SMF为新的QoS流分配QFI并从PCC规则和PCF提供的其他信息中导出QoS profile、对UPF的指令和QoS规则。

SMF负责将SDF绑定在相应的QoS流上。SMF为新的QoS流分配QFI并从PCC规则和PCF提供的其他信息中导出QoS profile、对UPF的指令和QoS规则。

（1） SMF向RAN提供以下信息：

•QFI；

•QoS profile；

•传输层数据包标记（例如在N3接口外部IP头中的DSCP值）（可选）。

（2） SMF向UPF提供以下信息，用于UPF对数据流进行分类、带宽限制、用户层数据流标识：

•下行PDR包含SDF的下行数据包匹配信息，上行PDR包含SDF的上行数据包匹配信息；

•PDR优先级（与相应的PCC规则相同）；

•QoS相关的信息；

•相应的数据包标记信息（例如QFI DSCP）；

•RQI（仅应用于下行PDF）（可选）。

（3） SMF向UE提供如下信息：

•PDU会话唯一的QoS规则标识；

•PCC规则所绑定的QoS流的QFI值；

•SDF中的上行匹配规则集合，下行匹配规则集合（可选）；

•优先级（与相应的PCC规则相同）；

•PCC规则中包含的QoS参数（仅应用于动态分配的QFD。

UE根据QoS规则将上行数据流绑定在相应的QoS流，然后再把QoS流绑定在相应的接入网资源。用户平面流量的分类和标记原理以及QoS流量到接入网资源的映射如图25所示。

在下行方向，UPF基于DL PDR的匹配规则集，以其优先级的顺序，对输入数据分组进行分类。

UPF使用QFI通过N3（和N9）用户平面标记，传达用户平面流量的分类。接入网将QoS流绑定到无线资源。QoS流和无线资源之间没有严格的1:1关系。由接入网建立必要的无线资源，QoS流可以映射到并释放它们。接入网应当向SMF指示，何时释放QoS流所映射的无线资源。

如果未找到匹配的DL PDR,则UPF将丢弃下行数据包。

（1） 上行方向：

•对于IP类型或以太网类型的PDU会话，UE按照QoS规则的优先级，根据QoS规则中匹配规则集中的上行匹配规则，评估上行数据包，直到找到匹配的QoS规则；

•如果未找到匹配的QoS规则，则UE将丢弃上行数据包；

•对于非结构化类型的PDU会话，缺省的QoS规则不包含匹配规则集，允许所有上行数据包。

UE使用匹配的QoS规则中的QFI将上行数据包绑定到QoS流。然后，UE将QoS流绑定到无线资源。

2.5.1.6 下行流量

以下特征适用于下行流量的处理：

•UPF基于PDR将用户平面流量映射到QoS流；

•UPF使用Session-AMBR,对数据包计数以进行计费；

•UPF在5G核心网和RAN之间的单个通道中发送PDU,UPF在封装头中包括QFI另外，UPF可在封装标头中，包括Reflective QoS激活的指示；

•UPF在下行方向中进行传输级别的分组标记，例如在外部IP头中设置DiffServ代码点。可基于相关QoS流的5QI和ARP,进行传输级别的分组标记；

•无线接入网基于QFI和相关联的5G QoS配置文件，将来自QoS流的PDU映射到特定的无线资源，还需考虑与下行分组相关联的N3通道；

•如果Reflective QoS适用，则UE创建一个新的QoS规则。

MBR：Max Bit Rate，最大比特速率，即最大带宽，超过MBR的数据流量都通过数据策略丢弃

2.5.1.7  上行流量

以下特征适用于上行流量处理：

•UE使用存储的QoS规则，将上行流量映射到QoS流。UE用匹配的QoS规则的QFI来标记上行PDU,并发送上行PDU；

•无线接入网通过N3通道向UPF发送PDU。当从无线接入网向核心网传递上行分组时，无线接入网在上行PDU的封装头中，包括QFI值，并选择N3通道；

•无线接入网在上行方向中执行传输级分组标记,传输级分组标记可以基于相关QoS流的5QI和ARP。

在适用的情况下，如果在PDU会话建立/修改期间，SMF提供了传输级分组标记值。

•（例如，DSCP值），则无线接入网可使用该传输级分组标记值；

•UPF验证上行PDU中的QFL是否与提供给UE的QoS规则一致，或者在Reflective QoS情况下由UE隐式导出的QoS规则；

•UPF和UE使用Session-AMBR,执行数据包计数以进行计费。

2.5.1.8  AMBR/MFBR执行和速率限制

对于UL CL PDU会话，UL和DL Session-AMBR应在，SMF选定的支持UL CL功能的UPF中实施。此外，DL Session-AMBR应在终止N6接口的每个UPF中分别实施。

对于多归属PDU会话，UL和DL Session-AMBR应在支持分支点功能的UPF中实施。此外，DL Session-AMBR应在终止N6 口的每个UPF中分别实施。

对于Non-GBR QoS流，无线接入网应基于UE,实施UL和DLUE-AMBR。

如果UE接收到Session-AMBR,则UE将使用Session-AMBR,基于PDU会话，对Non-GBR流量执行上行速率限制。

每个SDF的MBR对于GBR QoS流是必需的，但对于Non-GBR QoS流是可选的。MBR在UPF中实施。

对于GBR QoS流,MFBR在UPF的下行链路中实施;在无线接入网的下行链路和上行链路中实施。非结构化PDU的QoS控制，在PDU会话级别执行，并且每个PDU会话仅最大支持一个5G QoS流。

当PDU会话传送非结构化PDU时，由SMF提供QFI该QFI将应用于任何数据包。

2.5.1.9   优先值

QoS规则优先级值和PDR优先级值，分别确定QoS规则或PDR的评估顺序。QoS规则或PDR的评估，按其优先级值的递增顺序执行。