1、为什么需要QoS？

不管是在有线网络（以太网、IPTV之类等）和无线网络（LTE、Wi-Fi等），都有QoS（Quality of Service，服务质量）的概念。不同网络的QoS遵循不同的协议规范（如IETF RFC，IEEE 802，3GPP等协议规范），但它们都是为了保证消费等级更高的用户能够享受更好的服务、或者是保证更高优先级的业务。

由于LTE网络是一张数据网，上面承载各种业务（如：上网浏览、语音、在线游戏等）。由于业务特性和需求的不同（例如：不同业务对于时延的敏感性、对于传输带宽的要求不同等），所以需要LTE网络能够提供不同业务、不同用户的QoS服务。

2、LTE网络中的QoS

在LTE网络中，核心网（EPS）、无线侧（eNB）在QoS流程中分别扮演不同角色。总的来说，QoS相关的一些主动约束、设定，更多的是在核心网侧进行（例如用户签约速率的设置、用户承载的业务优先级等）；无线侧更多的是在执行核心网的策略：根据核心网发下来的QoS参数，对无线侧资源进行调度。

在UE附着（Attach）到LTE网络的过程中，需要创建连接UE和P-GW的EPS承载（UE <-> eNB <-> S-GW <-> P-GW）。每个UE可以有多条承载，数量取决于其所用的业务（例如：浏览网页、IPTV、语音等）以及运营商对不同业务所采取的策略。如下图所示：如果UE使用多项业务（例如访问多个网站），从P-GW侧来看，存在多个IP数据流（IP flow），P-GW需要将这些IP流映射到SDF（Service Data Flow，业务数据流），然后经过SDF级QoS处理再映射到承载，传递给UE。经过P-GW映射之后，在LTE网络内部进行承载级的QoS处理。

3、QoS与承载的关系

3GPP 定义的EPS 承载业务分层架构如下图所示。

在EPS中，QoS控制的基本单元是承载。映射到同一个EPS承载的业务数据流将得到同样的QoS保障 (如调度策略、无线承载策略等)。如果想对两个SDF (Service Data Flow，业务数据流)提供不同的QoS，则这两个SDF需要分别建立不同的EPS 承载。

1、承载的种类

LTE网络中，EPS 承载可按照建立时间分为两种类型：默认承载（Default EPS Bearer）、专用承载（Dedicated EPS Bearer）。

从UE附着（Attach）网络开始，必须建立一条承载，这就是“默认承载”。默认承载在UE附着网络时就创建、并一直保持激活，直至UE从网络去附着（Detach）（这也就是LTE为UE提供“永远在线”的IP连接）。

在默认承载之后创建的承载都称为“专用承载”。例如UE一开始连接网络是为了上网，那么在UE Attach时，给它分配一条“默认承载”，该承载可提供数据上网业务。如果之后UE要发起语音呼叫，通常语音业务有QoS要求，核心网将语音业务QoS定义为GBR（Guaranteed Bit Rate，保证速率）业务。那么原有的默认承载（Qos类型为Non-GBR）将无法满足语音呼叫的QoS要求，这时就需要创建一条新的承载（称其为“专用承载”）。

2、承载相关的参数

默认承载的QoS类型是Non-GBR（Non-Guaranteed Bit Rate，非保证速率），意思是该承载只提供“尽力而为”（换句话说“不保证质量”）的传输。

专用承载可以是GBR、也可以是Non-GBR。

其中，默认承载是由核心网通过S1口的Initial Context Setup Request消息通知eNB进行建立的，如下图所示。

从图中可以看到，在Initial Context Setup Request信令中有我们关心的一些内容：

“eRABToBeSetupList”中的ERAB ID和ERAB级别QoS参数，例如QCI= 9，ARP（Allocation Retention Priority，分配保留优先级）=1。

1、QCI的划分

QCI（QoS Class Identifier，QoS等级标识）用于衡量提供给SDF（服务数据流）的包的转发行为（如丢包率，包的分组时延预算）。3GPP 23.203协议6.1.7.2小节给出了LTE系统9种标准QCI的特性，如下表所示。

从表中可以看到QCI 1 ~ 4是GBR业务，QCI 5 ~ 9是Non-GBR业务。表中还给出了各个QCI的优先级为（1~9）、分组时延预算（Packet Delay Budget，PDB）为（50ms ~ 300ms） 、误丢包率（Packet Error Loss Rate）为（10--2  ~  10-6）。

2、QCI与承载的关系

结合上一期提到的默认承载与专用承载再来看QCI优先级。

对于默认承载，它只支持Non-GBR类型的业务，QCI优先级为5~9，支持从信令到语音、视频、游戏、文件传输等等。

而对于专用承载，它既可以支持GBR业务，又可以支持Non-GBR业务。对于GBR业务的专用承载，QCI优先级为1~4，用于支持语音、在线视频通话、实时游戏、观看视频。对于Non-GBR业务的专用承载，QCI优先级为5~9，功能和Non-GBR业务的默认承载类似。

不过需要注意，QCI5仅用来传VoLTE的信令。比如在VoLTE语音或视频通话时，会建立一条QCI=5的默认承载传信令，同时建立一条QCI=1或QCI=2的专用承载传数据。

ARP（Allocation and Retention Priority，分配和保留优先级）：当LTE网络中资源不足且有新的EPS承载需要建立时，LTE网元（如P-GW、S-GW或eNB）将会根据ARP来决定是否删除已有承载来建立新的承载或者是拒绝建立新的承载（例如：删除已有低优先级承载、建立新的高优先级承载）。

协议规定ARP有15个等级，取值为1~15，1为最高优先级。

ARP仅在决定是否创建新的EPS承载时需要考虑。一旦新的EPS承载已经建立、数据已经开始在该承载上传输，这时ARP将不再起作用、网元此时也不再管ARP的值。ARP的一个典型应用就是“紧急VoIP电话”，例如110。当网络资源不足时，如果有一个新的紧急VoIP呼叫（110）进来，此时将会删除一个已存在的EPS承载，去建立新的紧急VoIP呼叫。