基于鐵路站場(chǎng)LTE系統(tǒng)QoS技術(shù)相關(guān)思考與分析

史玉

南京中興軟件有限責(zé)任公司

摘要：本文主要分析了LTE系統(tǒng)架構(gòu)和QoS技術(shù)，重點(diǎn)介紹了鐵路站場(chǎng)LTE系統(tǒng)中QoS技術(shù)的應(yīng)用情況，它不僅可以充分發(fā)揮QoS技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，而且還可以提高鐵路站場(chǎng)LTE系統(tǒng)運(yùn)行效率。通過(guò)對(duì)QoS技術(shù)進(jìn)行研究，以期為鐵路站場(chǎng)LTE系統(tǒng)的安全運(yùn)行提供可靠保障，創(chuàng)造出最大化的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。

關(guān)鍵詞：鐵路站場(chǎng);LTE系統(tǒng);QoS技術(shù)

通常情況下，鐵路GSM-R無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)采用的是窄帶通信系統(tǒng)，其不能有效承載當(dāng)前鐵路發(fā)展要求，而國(guó)際鐵路聯(lián)盟明確提出了LTE系統(tǒng)是下一代寬帶移動(dòng)通信系統(tǒng)，其一般具有低時(shí)延、高速率、高安全性和高移動(dòng)性等優(yōu)點(diǎn)，是在鐵路站場(chǎng)開(kāi)闊條件下被廣泛應(yīng)用的一類(lèi)無(wú)線(xiàn)傳輸平臺(tái)。而QoS屬于網(wǎng)絡(luò)的一種安全機(jī)制，其可以有效解決網(wǎng)絡(luò)阻塞和延遲等問(wèn)題，降低應(yīng)用到鐵路站場(chǎng)LTE系統(tǒng)中，可以為鐵路站場(chǎng)作業(yè)提供實(shí)時(shí)語(yǔ)音通信、視頻監(jiān)控、信息推送、圖像傳送等信息化應(yīng)用服務(wù)，進(jìn)而有效提升鐵路站場(chǎng)信息化水平。

1.LTE系統(tǒng)架構(gòu)

這里所提及到的LTE系統(tǒng)主要是由接入網(wǎng)（EUTRAN）、接入網(wǎng)關(guān)（aGW）和基站（eNB）構(gòu)成的雙層結(jié)構(gòu)，其不僅可以簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)，而且還可以有效降低數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延。

通過(guò)對(duì)圖1進(jìn)行分析得知，終端用戶(hù)（UE）一般可以通過(guò)eNB來(lái)實(shí)現(xiàn)用戶(hù)的有效接入，而且eNB間可以通過(guò)X2進(jìn)行相連，并借助Sl接口來(lái)實(shí)現(xiàn)與網(wǎng)關(guān)間的有效通信。實(shí)際上，網(wǎng)關(guān)一般包含了S_GW（服務(wù)網(wǎng)關(guān)）和PDN（分組數(shù)據(jù)網(wǎng)），其中S_GW是3GPP各種演進(jìn)方案有效銜接的錨點(diǎn)，主要負(fù)責(zé)用戶(hù)數(shù)據(jù)的管理;PDN網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)為所有移動(dòng)用戶(hù)提供全面、周到的服務(wù)。在功能上，MME從網(wǎng)關(guān)中分割出來(lái)，其不僅可以實(shí)現(xiàn)獨(dú)立演進(jìn)，而且還可以達(dá)到網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和靈活擴(kuò)容的目的。

2.Qos技術(shù)概述

Qos技術(shù)即所謂的服務(wù)質(zhì)量，其一般是指服務(wù)可以滿(mǎn)足潛在需求和規(guī)定的特征總和，反映的是服務(wù)工作可以滿(mǎn)足被服務(wù)者需求的某種程度。通常情況下，不同的應(yīng)用能夠?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)提出延遲、帶寬、延遲允許范圍、傳輸費(fèi)用等一系列復(fù)雜的需求，一旦存在滿(mǎn)足上述需求的資源，網(wǎng)絡(luò)就能夠?yàn)閼?yīng)用提供上述服務(wù)，且能夠與應(yīng)用達(dá)成協(xié)議并構(gòu)建一定的連接。

3.鐵路站場(chǎng)LTE系統(tǒng)對(duì)Qos提出的要求

基于鐵路站場(chǎng)LTE系統(tǒng)，為了更好的發(fā)揮Qos技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，則提出了如下要求：（1）基于策略的Qos控制機(jī)制。①eNodeB中RRM模塊在無(wú)線(xiàn)側(cè)中負(fù)責(zé)接入Radio QoS User Profile，同時(shí)將預(yù)留空口資源分配給每個(gè)QoS Flow類(lèi);②通過(guò)發(fā)QoSevent可以實(shí)現(xiàn)eNodeB向xGW發(fā)送相關(guān)的資源預(yù)留信息，并將該信息轉(zhuǎn)發(fā)給核心網(wǎng)PCRF;③在IP側(cè)，要滿(mǎn)足IPQos所需要的報(bào)文分類(lèi)、標(biāo)注、流量整形、隊(duì)列調(diào)度及性能檢測(cè)等功能;④結(jié)合策略協(xié)議來(lái)確保在無(wú)線(xiàn)側(cè)報(bào)文與IP側(cè)報(bào)文間實(shí)現(xiàn)Qos參數(shù)映射。（2）MPLS-TE流量工程和VPN功能。①借助MPLS VPN可以對(duì)eNB/aGW間流量進(jìn)行科學(xué)、合理分配;②支持IP側(cè)流量工程MPLS。

4. LTE系統(tǒng)QoS技術(shù)分析

4.1 LTE系統(tǒng)QoS映射

通過(guò)對(duì)現(xiàn)有多個(gè)系統(tǒng)的覆蓋和定位現(xiàn)狀進(jìn)行分析得知，系統(tǒng)間不可避免的會(huì)存在互操作現(xiàn)象，如跟蹤區(qū)更新、切換等，因此對(duì)于不同版本的QoS技術(shù)屬性，其映射要盡可能提供基本相似或相同的QoS，以此來(lái)達(dá)到預(yù)期的映射效果。

4.2 LTE系統(tǒng)的QoS機(jī)制

在鐵路站場(chǎng)LTE系統(tǒng)中，承載（Bearer）是QoS技術(shù)控制的基本粒度，其控制示意圖如圖2所示。通過(guò)對(duì)LTE系統(tǒng)的QoS機(jī)制進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，承載相同上的所有數(shù)據(jù)流量將能夠獲取相同的QoS保障，反之不同類(lèi)型的承載一般可以獲得不同的QoS保障。

與通用移動(dòng)通信系統(tǒng)（UMTS）進(jìn)行對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，演進(jìn)的分組系統(tǒng)（EPS）所具有的承載機(jī)制存在如下不同之處：（1）借助EPS承載來(lái)取代分組數(shù)據(jù)協(xié)議（PDP）上下文，以此來(lái)確保一個(gè)EPS承載可以看作是分組數(shù)據(jù)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)（PDN-GW）與UE間的邏輯電路;（2）在初始附著階段，可以根據(jù)用戶(hù)簽約的默認(rèn)QoS等級(jí)來(lái)為其構(gòu)建一個(gè)默認(rèn)承載，以此來(lái)確保每個(gè)UE至少存在一個(gè)激活的承載，保證在開(kāi)始業(yè)務(wù)時(shí)用戶(hù)具有更短的時(shí)延;（3）借助網(wǎng)絡(luò)側(cè)觸發(fā)方式來(lái)構(gòu)建數(shù)據(jù)承載流程，其觸發(fā)條件不僅可以是初始附著階段移動(dòng)性管理實(shí)體（MME）指示，而且也可以是IP多媒體子系統(tǒng)（IMS）在會(huì)話(huà)過(guò)程中所存在的策略與計(jì)費(fèi)規(guī)則間的實(shí)體（PCRF）交互、從而便于網(wǎng)絡(luò)端發(fā)起的QoS策略控制。

4.3承載級(jí)QoS參數(shù)

在鐵路站場(chǎng)LTE系統(tǒng)中，承載級(jí)QoS參數(shù)主要涵蓋了QoS等級(jí)標(biāo)識(shí)（QCI）、保證比特速率（GBR）、分配與保持優(yōu)先級(jí)（ARP）、聚合最大比特速率（AMBR）和最大比特速率（MBR）。其中，在EPS系統(tǒng)中新增加了QCI和AMBR參數(shù)，其余參數(shù)均是繼續(xù)沿用目前的UMTS系統(tǒng)。

不管是Non-GBR承載，還是GBR承載都涵蓋了QCI和ARP兩個(gè)參數(shù)，其中QCI屬于數(shù)量等級(jí)，其一般是指控制承載級(jí)別的數(shù)據(jù)包在進(jìn)行傳輸處理過(guò)程中所對(duì)應(yīng)的接入點(diǎn)參數(shù)，如接入門(mén)限、調(diào)度權(quán)重、鏈路層協(xié)議配置、隊(duì)列管理門(mén)限等。ARP一般是指在資源限制的基礎(chǔ)上，決定是否接受承載的修改或建立請(qǐng)求。

實(shí)際上，除了QCI與APR外，每個(gè)GBR承載還實(shí)現(xiàn)了與GBR和MBR參數(shù)的有效銜接。其中，GBR承載主要用于負(fù)責(zé)則視頻、語(yǔ)音、實(shí)時(shí)游戲等業(yè)務(wù)，并借助靜態(tài)調(diào)度和專(zhuān)用承載的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)承載。MBR則會(huì)結(jié)合實(shí)際情況對(duì)GBR承載能提供的比特速率進(jìn)行限制，反映的是GBR承載可以產(chǎn)生期望數(shù)據(jù)速率的上限。

Non-GBR能夠完成對(duì)各種數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的承載，此時(shí)為了提高鐵路站場(chǎng)LTE系統(tǒng)的帶寬利用率，EPS系統(tǒng)采用了匯聚的概念，并對(duì)AMBR參數(shù)進(jìn)行了定義，MBR反映的是到每個(gè)PDN連接的IP-CAN會(huì)話(huà)級(jí)所對(duì)應(yīng)的QoS參數(shù)，而且相同PDN連接的多個(gè)EPS承載能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)相同AMBR值的共享。

5.結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，基于鐵路站場(chǎng)LTE系統(tǒng)下，要對(duì)LTE系統(tǒng)QoS映射、LTE系統(tǒng)的QoS機(jī)制、承載級(jí)QoS參數(shù)等進(jìn)行全面、系統(tǒng)的分析，這樣一來(lái)不僅可以?xún)?yōu)化鐵路站場(chǎng)生產(chǎn)流程，而且還可以保障生產(chǎn)作業(yè)安全進(jìn)行，提高站場(chǎng)作業(yè)效率的同時(shí)，為鐵路站場(chǎng)業(yè)務(wù)寬帶化、智能化、信息化管理奠定良好的基礎(chǔ)。

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