1、引言
3G UMTS（Universal Mobile Telecommunication Systems）是第一个真正清晰定义了端到端QoS结构的移动通信系统。通过端到端QoS机制的具体实施，终端用户可以获得有QoS保证的服务，而WCDMA运营商也能更有效地利用各种资源，提供高利润的新型多媒体服务，例如流媒体、可视电话等。
然而，移动通信系统QoS的实施是非常复杂和困难的。R99版本的UMTS系统并没有明确定义端到端QoS的实现方法，只明确了有关解决方案应该具备的能力，如必须能满足端到端的QoS要求、在移动过程中保持QoS的连贯性等。UMTS为了灵活有效的提供多种业务，必然要分阶段地实现向全IP的演进，因此本文将就终端上的分组业务对UMTS的QoS保证进行分析和探讨。
2、UMTS系统的QoS架构及参数
2.1 UMTS的QoS架构
为了实现端到端QoS，UMTS从业务的起点到业务的终点都建立和使用具有明确定义的属性和功能的承载业务。UMTS的QoS架构如图1所示。
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图1 UMTS的QoS框架结构
从图1可以看出，UMTS给出了分层次、分区域的QoS体系结构，每一层的承载服务都是通过其下一层的承载服务来提供的。
2.2 QoS参数和属性
在UMTS中，尽管QoS参数是按层来定义的，但不同承载业务层的QoS参数基本相似，所以下面仅以UMTS承载业务层的QoS参数为例来简单介绍常用的UMTS定义的QoS参数：
（1）Maximum bit rate（kb/s）：此参数是为了便于无线接口下行链路码的预留。
（2）Guaranteed bit rate（kb/s）：此参数是为了便于基于可用资源的许可控制和资源分配。
（3）Maximum SDU size（byte）：用于许可控制。
（4）SDU format informa tion：它是可能的SDU尺寸列表，当UTRAN以透明RLC协议模式工作的时候需要此信息。
（5）SDU error ratio：指丢失或者检测出差错SDU的比率，用来配置层二（L2）的重发协议和层一（L1）的检错编码。
（6）Delivery order（y/n）：指明是否要求按照顺序传送SDU，这要根据用户协议类型而定。
（7）Residual bit error ratio：指在传送SDU中未检测到的误码率，用来配置L1的信道编码和检错编码。
（8）Delivery of erroneous SDUs（y/n/-）：指明是将检测出有错的SDU标以差错指示后进行传送还是进行丢弃，或者根本不考虑差错检测就进行传送。
（9）Transfer delay（ms）：不同的应用有不同的延迟容忍程度，UTRAN可根据这一参数来设定传送格式和ARQ参数。
（10）Traffic handling priority：指对不同媒体的SDU处理的优先权。对于同一个承载业务，它和参数“保证的比特率”不能同时出现。
（11）A1location/Retention Priority：指分配和保持UMTS承载的优先权。
（12）Source statistics descriptor （speech/unknown）：说明SDU数据源的特征，如果是语音，RAN、SGSN、GGSN和UE可根据经验得出统计复用增益，用于许可控制。
（13）Signaling Indication（y/n）：只用于交互级业务，设为“Yes”，则UE设Traffic handling priority为“1”，它与其他的交互级在优先级和时延上都有所不同。
如果业务是对称的，那么前向和反向的QoS参数应该是相同的，但如果业务是非对称的，则需要分别为上下行链路定义各自的QoS参数。
3、分组数据的传输过程
3G用户在使用分组数据业务时，数据一般经过四个设备才能到达因特网的服务器。这四个设备分别是：UE（User Equipment）、RNS（Radio Network Subsystem）、SGSN（Serving GPRS Support Node）和GGSN（Gateway GPRS Support Node），其中RNS属于UTRAN，SGSN和GGSN属于CN的分组域。
根据UMTS的QoS架构，一个分组业务的UMTS承载是由UE和SGSN间的RAB（Radio Access Bearer）承载和SGSN和GGSN间的GTP（GPRS Tunnel Protocol）隧道承载组成。RAB又由RNC和SGSN之间的GTP隧道以及RNC与UE间的RB（Radio Bear）组成，一个分组业务与以上承载是一一对应的关系。图2给出了分组数据通过四个主要设备经过的协议栈：
图2 UMTS的分组域用户面协议栈
◆PDCP：分组数据汇聚协议，只对分组域的业务进行处理，即透明地传输网络层的分组，以支持多种网络层协议。另外，PDCP提供的头压缩算法能有效压缩网络层分组冗余的首部，提高无线信道的利用率。
◆RLC：无线链路控制协议，为用户和控制数据提供分段/重组、检错、流量控制和重传等功能。对所有的RLC模式，CRC错误检测在物理层上执行，CRC检测结果连同数据一起传递给RLC。RLC层向高层主要提供三种模式的数据传输：TM（Transparent Mode，透明数据传输）、UM（Unacknowledged Mode，非确认模式数据传输）、AM（Acknowledged Mode，确认模式数据传输）。透明模式对高层的数据流不加任何处理，但可以包含分组／重组功能。非确认模式提供检测传输错误和唯一性的功能。确认模式提供自动重传请求机制来纠正传输错误，通过设置最大重传次数或超时时间来限制重传次数。确认模式支持无错传递、唯一传递、顺序传递和无序传递。从透明模式、非确认模式到确认模式，传输可靠性依次增强，传输效率依次降低。另外，在UM和AM模式下，RLC通过在特定的TTI（Transmit Time Interval）内发送特定个PDU来实现流量控制。对于每个RLC实体，有：
RLC的数据速率=RLC每个TTI发送的PDU个数÷TTI
◆MAC：媒体接入控制，执行无线链路层提供的逻辑信道向物理层提供的传输信道间的映射。MAC层主要根据RRC（Radio Resource Control）层的QoS设置，通过设置映射时的优先级、传输信道的传送格式来实现不同数据流的QoS保证。
GTP-U：GTP的传输平面。GTP将上层数据包重新封装发送，通过包头提供路由信息，使封装的数据能够通过互联网络传递。GTP协议分为信令平面GTP-C和传输平面GTP-U，其信令平面主要包含路径管理、隧道管理、位置管理、移动性管理四大类，传输平面则提供了SGSN之间、SGSN和RNC、SGSN和GGSN间数据包传送的隧道。其中隧道管理围绕PDP（Packet Data Protocol）上下文展开，是PS域会话过程的核心。
UDP、IP、ATM都是在现在的宽带网络中充分应用的技术，这里就不敖述了。
