基于业务优先和用户优先的资源调度

－－－－UMTS中的QoS策略分析

摘要：本文首先分析了移动通讯网络中实施QoS的重要意义，随后以中兴通讯的设备为例，介绍了UMTS系统中QoS信息的签约、传递、协商和运用过程。

关键词：UMTS QoS策略 业务优先 用户优先 资源调度

1 引言

对传统的2G移动通信而言，语音是占有压倒性优势的应用。GPRS缺乏完整的QoS保障机制，运营商无法针对不同用户和不同应用提供差异化服务，制约了移动数据业务的发展。

3G系统除了在空中接口的物理层采用更加复杂的技术，可以提供更高的频谱利用率外，另一个最具代表性的特点就是UMTS真正清晰地定义了端到端的QoS结构。UMTS系统考虑了当前已经存在和未来可能应用的各种多媒体业务，为了保证这些业务的QoS，定义了各种QoS保证手段，从而使系统可以充分发挥自身的技术优势，为用户提供差异化的服务，提高用户的满意度，增加运营收益。

通过端到端QoS机制的具体实施，终端用户将会对移动网络所提供的服务感到满意，而UMTS运营商也能更有效地利用各种资源，开发新兴的高利润移动内容服务。QoS对UMTS系统无线资源的有效利用以及保证运营商最大限度地盈利起着非常关键的作用。

QoS的实施给终端用户带来的利益主要体现在：用户级别的区分，可以保证高端用户能得到比低端用户更好的服务；不同业务应用的区分，体验要求高的业务会得到优先处理，对于有实时性要求的应用，每个网元将尽可能早地处理其数据；而对于没有实时性要求的应用，其数据处理将被延后。

QoS的实施给网络运营商带来的利益主要有：

A） 运营成本效益方面：QoS的机制为网络运营商提供了优化网络资源的有效手段，使得网络运营商能以最少量的网络资源，来满足更多终端用户的需求；

B） 获得新的收入增长点方面：QoS机制可使网络运营商能够提供更多增值业务，使终端用户使用全新但复杂（通常其QoS需求较高）的应用成为可能，为高端用户提供优惠待遇，显示其网络与别人的不同并实现个性化服务，通过提高终端用户的满意度来提升用户忠诚度。

2 UMTS系统QoS策略

3GPP定义了一组QoS参数，用于区分不同的业务属性或用户属性。包括：业务类别、最大速率、保障速率、差错率、传输时延、用户优先级等。在用户使用业务时，UMTS系统可通过QoS参数的不同取值，提供对应级别的服务

下面以中兴通讯UMTS系统的QoS实现为例，详细介绍QoS参数的传递、协商和运用过程。

2.1 用户QoS信息的签约和传递

开户时，QoS参数作为用户签约信息的一部分，存储在归属位置寄存器（HLR）中。

当用户位置更新时，VLR/SGSN会向HLR发起位置更新请求，此时，HLR将用户的签约信息通过Insert Sub. Data消息传递给VLR/SGSN，其中就包含了QoS的签约信息。VLR/SGSN保存该用户的签约信息，供后续业务使用。

部分国外厂商的HLR不支持ARP（占用优先级，通常用来区分用户的优先级别）字段的签约，这将使得高端用户无法享受到优先的资源保障，影响差异化运营策略的开展。

2.2 业务建立过程中，QoS协商和确定

UE使用业务前，首先要发起连接请求。UE会根据后续业务的特征，填写所请求的QoS信息（将实际应用的特征映射到UMTS的QoS参数取值上），并在建立连接请求消息中携带所请求的QoS信息。CN收到UE的连接建立请求后，会将UE请求的QoS信息和该用户签约的QoS进行比较(UE请求的QoS描述的是应用需要的业务能力；签约QoS描述的是用户的签约权限)，得到一个权衡过的QoS，称为协商QoS。

CN随后向RNC发送无线接入承载（RAB）请求，消息中携带了CN确认修改后的协商QoS参数；RNC根据当前的无线资源情况和收到的协商QoS参数，执行接纳控制算法，建立RL/RB，然后返回RAB建立响应。

最后，CN向UE发送连接建立完成消息，该消息中的QoS参数经过了RNC、CN的判断、修改和同步。终端若发现接收到的协商QoS和所请求的QoS不同，有两种选择：一是接受该协商QoS作为后续业务的约束；二是请求去除连接，结束本次业务请求。

通过上述的信令交互过程，UE、RNC、CN共同完成了QoS参数的传递和协商过程，将用户签约的权限、应用的需求和系统各设备当前的能力结合在一起，得到一套各方都能接受的QoS协商参数，供后续数据传输控制使用（另一种结果是协商失败，业务请求被拒绝）。

2.3 业务使用过程中，QoS策略的应用

QoS参数协商并同步到各个网元后，如何根据QoS参数进行业务控制，体现用户和业务的差异化服务，是QoS策略的关键所在，各厂家设备会有不同的实现方式。

无线资源管理（RRM）负责整个空中无线接口资源的分配和使用，是QoS控制中最为重要的一个环节。

中兴通讯的RRM模块将QoS参数中业务类别和用户类别映射为基本优先级（一共16级，0~15，15最高，0最低），下表为缺省的基本优先级映射关系表。

表 1 缺省基本优先级映射配置

表中，ARP表示用户优先级，有15个级别（1最高，15最低）；Traffic Class表示业务类别，包括会话类（C-Voice和C-Video）、流类（S）、交互类（交互类业务有THP参数，即Traffic Handling Priority，可进一步细分15个业务优先级别）、背景类（B）。各参数的取值来自业务建立过程中的协商QoS取值。

基本优先级体现了用户和业务的优先关系，在同等无线资源条件下，使高优先级的用户和高优先级的业务能得到更好地服务。

但是，基本优先级仅反映了用户和业务等级，没有反映出该用户该业务对资源的占用情况。数据速率越高，对资源的占用就越大。系统还需要在优先等级和对系统资源占用多寡之间做一个最终的策略抉择。因此，中兴通讯的RRM模块还设计了应用优先级映射表。

应用优先级映射表，是基于基本优先级和实时速率的二维表，表达优先级别和资源占用的策略权衡。各类业务算法执行时，系统最终根据应用优先级映射表进行资源调度，体现差异化服务和资源效率之间的最佳匹配。

无论是基本优先级映射表，还是应用优先级映射表，都是在OMC中可配置调整的。不同的映射数据，可体现不同的运营策略倾向。通过调整基本优先级映射表，可以体现用户等级和业务等级的运营策略倾向；通过调整应用优先级映射表，可以调节高等级用户业务对系统资源抢占的尺度。

3 小结

本文描述了UMTS QoS参数的传递协商过程及运用。业务发起前，首先要进行QoS参数的传递和协商，使得各个网元都明确本次业务的QoS参数值；随合的业务过程中，设备根据这些QoS参数取值进行业务质量的控制，提供差异化服务。

中兴通讯的UMTS设备能在软硬件各个层面对QoS提供全面的支持，不仅将QoS控制与正常业务流程融为一体，而且提供了高效灵活的算法，在满足业务需求的前提下，最大限度地提高资源利用率和灵活性。

中兴通讯提出小区容量、小区覆盖和业务质量是相互均衡制约的设计思想。无线资源管理（RRM）的目标就是达到三者的平衡，QoS调度体现在RRM的各个方面，包括负载均衡、AMR速率控制、功率控制、切换、码资源管理、接纳控制、拥塞和负荷控制、动态无线承载控制等。中兴通讯提出了独特的业务QoS映射机制，将QoS优先级映射设计为一套能够灵活配置的策略。在保证易用性和完备的基础上尽可能简单清晰，使得运营商能够灵活调整QoS优先级的映射机制，以满足不断变化的运营需求。

QoS可以使无线资源得到充分有效的利用，使得针对用户、业务的差异化服务成为可能，从而能显著提高运营质量；它必将成为未来新业务开拓、发展的重要组成部分。