通用移动通信系统的QoS体系结构概论

姜辉 杨洪生 2002/11/11

　　目前，关于第三代移动通信系统（3G）的研究开发工作正在全球范围加速进行。对于这样一个全球范围内提供综合业务支持的移动通信系统，其业务服务质量(QoS)保证体系的研究是非常关键的问题。欧洲电信标准学会(European Telecommunications Standards Institute, ETSI)提出的通用移动通信系统(Universal Mobile Telecommunication System, UMTS)，是目前全球范围几个最具有代表性的3G方案之一。本文将对该系统的QoS体系结构进行概要性探讨。

　　UMTS定义QoS的原则

　　制定QoS控制机制的总体要求包括：

　　● UMTS网络的 QoS参数(和参数映射)不应局限于与其对接的一种或很少几种外部网络的QoS参数定义和控制机制。UMTS的QoS控制机制应当是与外部网络QoS机制互相独立的，这种机制能够在网络的不同层面提供QoS保证能力。

　　● 所有QoS参数定义及其组合必须是无二义性的。

　　● QoS控制机制必须支持有效的无线传输资源的利用。

　　● QoS参数定义及其控制机制的制订必须保证核心网络和接入网络可以互相独立地演进。

　　● 必须保证UMTS网络自身的可演进性（尽量降低QoS控制机制对未来UMTS网络引入新技术的影响）。

　　根据QoS特征，UMTS将接入系统的业务分为4类，即会话类、流类、交互类和后台类。区分4类业务的主要依据是不同业务对时延的敏感程度。

　　分层的QoS体系结构

1. UMTS分层体系结构和QoS控制的层间映射/分段保证机制

　　对图1的简要描述如下：移动用户（MS）到RAN左侧部分是无线接入网络的无线用户接口（Uu），实现了用户业务通过空中无线链路接入3G网络的功能，主要包含物理层（采用WCDMA和TD-CDMA技术）、媒体接入层(MAC)、无线链路层（RLC）；在RAN内部通过协议中继（Relay）实现无线链路和有线链路的对接；在RAN和3G服务节点之间的接口（Iu）是以ATM技术为支撑的有线接入段协议，为支持Internet业务，采用AAL5适配层协议，物理层（L1）无明确限定具体传输方式；在此之上，透过RAN、MS和3G服务节点之间存在两个高层连接，即逻辑联络层（LLC）和更为复杂的第三层实体（L3CE）,L3CE是一些以Client/Server方式构件的软件实体，实现诸如无线资源管理、呼叫控制、移动管理等网络级功能；在3G服务节点内部，为实现到Internet网络的接入，再作一次协议中继，这里，第三层实体的信息映射到通用分组无线服务的隧道协议GTP（GPRS Tunneling Protocol）；3G服务访问点到3G网关之间的Gn接口存在清晰的、以TCP/IP协议为主体的五层对应关系；构建在最上层的是移动用户到3G网关的UMTS用户进程，它通过3G网关进入Internet骨干网，最终实现用户对Internet的访问。


　　通过以上的简要叙述，可以看出UMTS用户接入Internet存在一个复杂的多段、多层次的连接过程，与之对应，UMTS的QoS保证体系是一个多段的层间映射/分段保证机制。图2给出了这一个机制的总体构架。


　　图中每层顶端用粗黑水平线表示的是层间服务访问点，同时也是同层对端业务QoS保证机制实施的一个对端。自上而下地，在最高层定义UMTS用户业务级别的QoS，该QoS由第三层实体和GTP协议实体的QoS保证机制实现；下面第二层被分割为接入网段的承载服务QoS和服务器节点与网关节点间的Gn承载QoS；在接入网段，由LLC完成承载服务QoS到无线接入承载QoS的解释和映射；处于QoS保证体系最底层的无线接入承载QoS被分割为无线接入段的无线承载QoS（由RLC层机制实现）和有线接入段的Iu接口承载QoS（由ATM的AAL5机制实现）。在各层和各段上，设置众多的QoS检测、控制、参数解析/映射、接入控制实体，实现全网络范围的QoS保证。

2. 要解决的重要技术问题

　　以下几个问题为UMTS网络正在考虑的重要问题：

● 支持具体业务的分类以及各类业务具体QoS参数的量化定义;

● 上下层之间QoS参数的解析和映射规程;

● 全网络范围的资源管理和接入控制机制;

● 支持现有异种网络之间QoS机制的互操作性。

结束语

　　3G系统是当今世界上先进的通信、计算机技术的大汇聚。UMTS网络QoS体系集合了ATM网络、IP网络、第二代GSM网络的QoS机制，因此需要构架一个可不断演进的、能够实现与现存各种网络互操作的QoS体系结构。随着实时IP网络技术在未来两年内即将成熟并在骨干网上使用，目前UMTS的网络构架也面临重大的改变：首先在有线接入段使用IP/over SDH，进一步实现无线承载部分高层的IP传输，最终实现“全IP”的网络结构。基于“全IP”的QoS体系结构将是一个看起来更为“单纯”的，也更为新颖、更赋挑战意义的构架。

中国通信网(www.c114.net)

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