4、UMTS分组业务的QoS实现

　　UMTS对分组业务承载的建立及QoS设置是通过控制面中的会话管理SM来实现的，其中QoS设置主要涉及上述QoS参数。

　　4.1　会话管理SM

　　SM实现QoS架构中的UMTS承载业务，负责协商和设置分组数据在UMTS网络中传输时的QoS，并映射到无线接入承载和CN承载。

　　SM存在于连接管理层CM。CM位于层三（非接入层），由GMM（GPRS Mobile Management）、SM、SMS（Short Message Service）组成，CM在控制协议中的位置如图3所示。其中GMM层为SM和SMS提供信令传送，实现用户和网络侧的连接管理。SM位于移动性管理和用户面之间，向用户面提供服务。它一方面完成核心网络SGSN到GGSN之间的隧道建立修改和释放的控制功能，另一方面完成SGSN和UE之间的RAB建立、修改和释放的控制功能。

图3　UMTS的分组域控制面协议栈

　　SM通过PDP上下文的激活、修改去激活信令流程实现会话管理，一个分组业务和一个PDP上下文对应。PDP上下文存在于UE、SGSN、GGSN，内容包括分组业务在各个实体的标志，业务进行隧道转发的所有信息，RNC、SGSN、GGSN的IP地址、隧道标识和QoS设置等。

　　用户请求一个分组业务时，首先通过SM根据用户的签约服务激活一个PDP上下文，并在UE、RNC、SGSN、GGSN之间进行QoS协商，使各节点提供的服务质量保持统一。由于整个QoS设置的过程非常复杂，所以下面在用户和系统相对稳定的前提下，结合各接口对分组数据的处理对相关参数设置进行说明。

　　4.2　Uu接口

　　在Uu接口上，IP分组往下传，首先PDCP层对IP分组的首部进行压缩，然后RLC层在一定的模式下传输PDCP-PDU，对它进行分段、加密、重传等可能的处理来保证一定的可靠性，将RLC-PDU传到指定的逻辑信道，接着MAC层按一定传输格式组合TFC和一定的优先顺序将逻辑信道的数据流映射到传输信道，物理层对每个传输信道的数据流进行CRC差错检测、交织、分段、速率匹配、复用等处理后扩频调制发送。

　　RB参数通过RRC实现。RRC设置好QoS参数，映射到以下各层的QoS参数来实现：

　　（1）对于业务可靠性方面的主要设置

　　SDU错误率：主要通过RLC的传输模式和物理层的检错编码来实现。

　　SDU格式：设置RLC透明模式传输时RLC-PDU的大小。

　　残余比特错误率：通过设置物理层的信道编码和检错编码来实现。

　　传输顺序：如果是按序传输则设置为RLC确认模式的按序传输，否则其它模式都可以。

　　（2）对于业务时延或抖动方面的主要设置

　　传输时延：通过设置传送格式和RLC的传输模式来实现。同个用户的多个数据流是以一定格式复用到物理层的一帧中的，这通过设置RLC的TTI和每个TTI发送的PDU个数、MAC每个TTI映射到物理信道的传输块个数来实现，RLC每个TTI发送的PDU个数对应MAC每个TTI将相应的传输信道映射到物理信道的传输块个数。TTI越大，PDU个数越小，传输块个数越小，时延就越大，但同时时延抖动就越小，RLC层的缓存就越大。RLC的确认模式的最大重传次数的设置越大，允许的传输时延就越大，但实际的传输时延取决于信道条件。

　　优先级：通过设置传送格式来实现，多个数据流时优先级越高的吞吐量就越大，传输试验就越小。

　　（3）对于业务吞吐量方面的主要设置

　　最大数据速率、保证数据速率：都是通过设置传送格式来实现。

　　4.3　Iu接口和Gn接口

　　对于Iu接口，用户IP数据流经过GTP-U、UDP、IP、链路层ALL5和ATM、物理层的处理。GTP-U主要是保证IP数据流在RNC、SGSN和GGSN间的连贯传输，尤其在用户移动导致RNC、SGSN切换的情况下。所以GTP-U对分组数据有可靠性方面的保证。但Iu接口的用户面协议UP的功能是附加在GTU-U上实现的，所以Iu上的GTP-U支持透明模式和预定义SDU大小模式。透明模式下，GTP-U不对数据流做另外的处理；预定义模式下，GTP-U按预定义的SDU大小将数据流以UP帧为单位发送，并具有检错、速率控制、帧质量分类等功能，可实现吞吐量、可靠性方面的QoS保证。UDP对数据流没有QoS保证。IP网可通过采用IETF提出的Diff Serv和IntServ模型，实现吞吐量、可靠性和时延方面的QoS保证。ALL5主要针对对错误敏感的业务，所以链路层主要实现可靠性方面的保证。

　　对于Gn接口，用户IP数据流经过GTP-U、UDP、IP、链路层、物理层的处理，没有对链路层和物理层进行规定。除了GTU-U没有附加的UP层功能外，GTP-U、UDP、IP的QoS保证与Iu口类似。

　　通过以上分析，可以看出R99版的UMTS提出了一个全面的框架来落实QoS保证，从核心网到接入网都有相应的协议和设置从时延抖动、错误率和吞吐量三方面来保证分组数据业务的质量。核心网方面，ATM网络的可靠传输使得错误率已经不是问题，IP网络采用DiffServ和IntServ模型的结合，所以用户的时延抖动和系统的吞吐量也得到了解决。接入网方面，移动通信环境导致Uu接口的时延抖动、错误率和吞吐量是制约业务QoS的瓶颈。对此，UMTS采用的WCDMA扩频技术和快速功控技术较好地解决了用户吞吐量和系统容量的问题，采用的RLC层通过适当的传输模式的设置可以保证分组业务的时延抖动和错误率。但同时应看到，在某些极端情况下，业务的QoS难以得到保证。比如，UMTS在核心网负荷重时，不能完全保证用户的时延抖动，虽可以通过加大IP网的带宽冗余来暂时缓解，但长远来看可以通过接纳控制机制得到解决。再如，在恶劣的无线信道条件下，UMTS不能完全保证对错误和时延抖动都敏感的多媒体业务的QoS，但这可通过多媒体的错误隐藏和抖动平滑技术来解决。

5、总结

　　3G网络的QoS控制能力是运营商间竞争制胜的关键。由分析可知，在一般情况下UMTS可以较好的保证多媒体业务的端到端QoS，但QoS保证功能仍有待进一步加强。

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