Phần 2 : QoS và khả năng QoS
2.5 Kiến trúc QoS 3GPP
Hình 2.4, từ TS 38.300 (Nhóm đặc điểm kỹ thuật Mạng truy cập vô tuyến; NR; NR và NG-RAN Mô tả chung; Giai đoạn 2 [Bản phát hành 16]; Tháng 9 năm 2020), cho thấy một cái nhìn cấp cao về kiến trúc 3GPP QoS, bao gồm cả mạng truy cập vô tuyến (RAN) và mạng lõi (5GC). NG-RAN và 5GC đảm bảo QoS bằng cách ánh xạ các gói tới các luồng QoS thích hợp.
Tại RAN, các đường dẫn mang sóng vơ tuyến có thể truyền một hoặc nhiều luồng QoS, miễn là các thơng số hiệu suất của sóng mang vơ tuyến đủ cho các luồng.Về phía mạng lõi, các luồng trong phiên PDU được trao đổi qua các đường hầm hai chiều tới UPF. Mạng lõi sau đó thực hiện các chức năng cần thiết để hỗ trợ QoS cho mỗi luồng.
24
Hình 2.4 Kiến trúc QoS 3GPP 2.6 Tham số QoS
5QI (định danh 5G QoS): Đây là một giá trị số nguyên được sử dụng làm tham
chiếu đến một tập hợp các giá trị được gán cho các đặc tính QoS. Do đó, sự kết hợp tiêu chuẩn hóa của các đặc tính QoS có thể được cấu hình trước để AN và CN được thơng báo về các đặc tính QoS cho một luồng thơng qua 5QI.
ARP: Bao gồm 3 thuộc tính:
Độ ưu tiên ARP: Xác định tầm quan trọng tương đối của luồng QoS.
Khả năng sử dụng trước ARP: Xác định liệu một luồng QoS có thể nhận tài nguyên
đã được gán cho một luồng QoS khác với mức ưu tiên ARP thấp hơn hay không.
Lỗ hổng bảo mật trước ARP: Xác định xem luồng QoS có thể mất tài nguyên được
gán cho nó hay khơng để chấp nhận luồng QoS với mức ưu tiên ARP cao hơn.
25
Nhóm 17 Lát cắt mạng, QoS và chức năng mạng lõi 5G
RQA (thuộc tính QoS phản chiếu): Tham số không bắt buộc. Một số lưu lượng nhất
định trên luồng này có thể sử dụng QoS phản chiếu.
Tốc độ luồng bit: Có hai loại tốc độ luồng bit. Tốc độ bit được đảm bảo (GBR) đảm
bảo ít nhất dung lượng tốc độ bit tối thiểu cho luồng. Luồng QoS không phải GBR không đảm bảo tốc độ bit. Luồng GBR QoS bao gồm các thông số sau:
Tốc độ luồng bit đảm bảo (GFBR) UL và DL: Biểu thị tốc độ bit được mạng
đảm bảo cung cấp cho luồng QoS trong cửa sổ thời gian trung bình.
Tốc độ luồng bit tối đa (MFBR) UL và DL: Giới hạn tốc độ bit ở tốc độ bit cao
nhất được mong đợi ở luồng QoS
Kiểm sốt thơng báo: Tham số này cho biết liệu thơng báo có được u cầu từ NG-
RAN hay khơng khi GFBR khơng cịn (hoặc có thể trở lại) được đảm bảo cho luồng QoS trong suốt thời gian tồn tại của luồng QoS.
Tốc độ bit tổng hợp: Hai tham số liên quan đến tốc độ bit được liên kết với mỗi UE: Tốc độ bit tối đa tổng hợp trên mỗi phiên (Session-AMBR): Đối với mỗi phiên
PDU của một UE, thông số này giới hạn tốc độ bit tổng hợp có thể được cung cấp trên tất cả các luồng QoS không phải GBR cho một phiên PDU cụ thể. Phiên- AMBR được đo lường qua cửa sổ tính trung bình AMBR, là một giá trị được tiêu chuẩn hóa. Session-AMBR khơng áp dụng cho các luồng GBR QoS.
Tốc độ bit tối đa tổng hợp trên mỗi UE (UE-AMBR): Tham số này giới hạn tốc
độ bit tổng hợp có thể được cung cấp trên tất cả các luồng QoS không phải GBR của một UE.
Giá trị mặc định: Đối với mỗi thiết lập phiên PDU, các giá trị mặc định này áp dụng
cho một hoặc nhiều luồng không phải GBR. SMF truy xuất các giá trị Session- AMBR đã đăng ký cũng như các giá trị mặc định đã đăng ký cho 5QI và ARP và tùy chọn mức độ ưu tiên 5QI từ UDM.
Tỷ lệ mất gói tối đa: Tham số này chỉ ra tốc độ tối đa cho các gói bị mất của
luồng QoS có thể được dung nạp trong các hướng uplink và downlink.
26
Các thông số 5G QoS dành riêng cho mạng truy cập có dây: Có các tham số bổ
sung chỉ áp dụng cho mạng truy cập có dây.
Lưu ý rằng tốc độ bit dòng được đảm bảo (GFBR) và tốc độ bit dòng tối đa (MFBR) chỉ áp dụng cho các dòng GBR. Tốc độ bit tối đa tổng hợp trên mỗi phiên và tốc độ bit tối đa tổng hợp của mỗi UE chỉ áp dụng cho các luồng không phải GBR.
2.7 Đặc điểm QoS
Mỗi 5QI đã liên kết với nó một tập hợp các giá trị của các đặc điểm mô tả việc xử lý chuyển tiếp gói mà luồng QoS nhận được từ cạnh nhau giữa UE và UPF. Các đặc điểm sau được liên kết với quy trình QoS:
Loại tài ngun: Có ba loại tài nguyên: GBR, GBR có độ trễ tới hạn và không
phải GBR. Cả hai loại GBR thường được ủy quyền theo yêu cầu, địi hỏi chính sách động và kiểm sốt tính phí. Các định nghĩa về PDB (ngân sách trễ gói) và PER (tỷ lệ lỗi gói) là khác nhau đối với các loại tài nguyên GBR và GBR có độ trễ tới hạn, và MDBV (khối lượng dữ liệu tối đa) chỉ áp dụng cho loại tài nguyên GBR trễ tới hạn. Luồng QoS khơng phải GBR có thể được ủy quyền trước thơng qua chính sách tĩnh và kiểm sốt sạc.
Mức độ ưu tiên: Đặc điểm này chỉ ra mức độ ưu tiên trong việc lập lịch tài
nguyên giữa các luồng QoS và nó có các đặc điểm sau:
Giá trị số thấp nhất tương ứng với mức độ ưu tiên cao nhất.
Mức độ ưu tiên được sử dụng để phân biệt giữa các luồng QoS của cùng một UE và nó cũng được sử dụng để phân biệt giữa các luồng QoS từ các UE khác nhau.
Khi có tắc nghẽn mà tất cả các yêu cầu QoS không thể được đáp ứng cho một hoặc nhiều luồng QoS, mức ưu tiên được sử dụng để chọn luồng QoS nào mà các yêu cầu QoS được ưu tiên để luồng QoS có giá trị mức ưu tiên n được ưu tiên hơn các luồng QoS có giá trị mức ưu tiên cao hơn (n+1, n+2, …).
Trong trường hợp khơng có tắc nghẽn, mức ưu tiên được sử dụng để xác định phân phối tài nguyên giữa các luồng QoS. Ngồi ra, bộ lập lịch có thể ưu tiên các luồng
27
Nhóm 17 Lát cắt mạng, QoS và chức năng mạng lõi 5G
QoS dựa trên các tham số khác (ví dụ: loại tài nguyên, điều kiện vơ tuyến) để tối ưu hóa hiệu suất ứng dụng và dung lượng mạng.
Mọi 5QI tiêu chuẩn hóa được liên kết với một giá trị mặc định cho mức độ ưu tiên, như được chỉ định trong TS 23.501.
Mức độ ưu tiên cũng có thể được báo hiệu cùng với 5QI được tiêu chuẩn hóa tới AN và nếu nó được nhận, nó sẽ được sử dụng thay vì giá trị mặc định.
Mức độ ưu tiên cũng có thể được báo hiệu cùng với 5QI được cấu hình trước tới AN và nếu nó được nhận, nó sẽ được sử dụng thay vì giá trị được định cấu hình trước.
Ngân sách trễ gói (PDB): Đặc tính này, xác định giới hạn trên cho thời gian mà một
gói có thể bị trì hỗn giữa UE và UPF, có các đặc điểm sau:
Đối với một số 5QI, giá trị của PDB là giống nhau trong UL và DL.
Trong trường hợp truy cập 3GPP, PDB được sử dụng để hỗ trợ cấu hình các chức năng của lớp liên kết và lập lịch (ví dụ: thiết lập các trọng số ưu tiên của lập lịch). Đối với các luồng GBR QoS sử dụng loại tài nguyên có độ trễ tới hạn, một gói bị trễ hơn PDB được tính là bị mất nếu cụm dữ liệu khơng vượt quá MDBV trong khoảng thời gian của PDB và luồng QoS không vượt quá GFBR.
Đối với các luồng GBR QoS với loại tài nguyên GBR khơng vượt q GFBR, 98% các gói khơng gặp phải độ trễ vượt quá PDB của 5QI.
Các dịch vụ sử dụng luồng GBR QoS và gửi với tốc độ nhỏ hơn hoặc bằng GFBR nói chung có thể giả định rằng việc giảm gói liên quan đến tắc nghẽn sẽ không xảy ra.
Các dịch vụ sử dụng các luồng QoS không phải GBR nên được chuẩn bị sẵn sàng để gặp phải sự cố và chậm trễ gói liên quan đến tắc nghẽn. Trong các tình huống chưa được kiểm tra, 98% các gói khơng được gặp độ trễ vượt quá PDB của 5QI. PDB cho các loại tài nguyên không phải GBR và GBR biểu thị "cận trên mềm" theo nghĩa là một gói "đã hết hạn" (ví dụ: lớp liên kết SDU đã vượt quá PDB) không cần phải bị loại bỏ và không được thêm vào PER.
28
Đối với loại tài nguyên GBR độ trễ tới hạn, các gói bị trễ hơn PDB được thêm vào PER và có thể bị loại bỏ hoặc phân phối tùy thuộc vào quyết định cục bộ.
Tỷ lệ lỗi gói (PER): Đặc điểm này xác định cận trên cho tốc độ PDU (ví dụ: gói IP)
đã được xử lý bởi người gửi của một giao thức lớp liên kết nhưng không được người nhận tương ứng phân phối thành công đến lớp trên. Tương tự, PER xác định giới hạn trên cho tỷ lệ tổn thất gói khơng liên quan đến tắc nghẽn. Đối với các luồng GBR QoS có loại tài nguyên GBR tới hạn trễ, một gói bị trễ hơn PDB được tính là bị mất và được đưa vào PER trừ khi cụm dữ liệu vượt quá MDBV trong khoảng thời gian PDB hoặc luồng QoS vượt quá GFBR.
Cửa sổ trung bình: Đặc điểm này thể hiện khoảng thời gian mà GFBR và MFBR
được tính tốn (ví dụ: trong RAN, UPF và UE). Do đó, tốc độ bit được tính là B/W, trong đó B là số bit được truyền trong một cửa sổ có kích thước W giây.
Mỗi luồng GBR QoS được liên kết với một cửa sổ trung bình.
Mọi 5QI được chuẩn hóa (của GBR và GBR độ trễ tới hạn) được liên kết với một giá trị mặc định cho cửa sổ trung bình.
Cửa sổ trung bình cũng có thể được báo hiệu cùng với 5QI được chuẩn hóa tới (R)AN và UPF, và nếu nó được nhận, nó sẽ được sử dụng thay vì giá trị mặc định.
Cửa sổ trung bình cũng có thể được báo hiệu cùng với 5QI được cấu hình sẵn tới (R)AN, và nếu nó được nhận, nó sẽ được sử dụng thay vì giá trị được cấu hình sẵn.
Khối lượng cụm dữ liệu tối đa (MDBV): Đặc điểm này biểu thị lượng dữ liệu lớn
nhất mà 5G-AN được yêu cầu để phân phát trong khoảng thời gian của 5G-AN PDB (tức là phần 5G-AN của PDB). Mỗi luồng GBR QoS độ trễ tới hạn được liên kết với một MDBV. Mọi 5QI chuẩn hóa của GBR độ trễ tới hạn được liên kết với một giá trị mặc định cho MDBV. MDBV cũng có thể được báo hiệu cùng với 5QI chuẩn hóa cho (R)AN và nếu nó được nhận, nó sẽ được sử dụng thay vì giá trị mặc định. MDBV cũng có thể được báo hiệu cùng với 5QI được định cấu hình sẵn cho (R)AN, và nếu nó được nhận, nó sẽ được sử dụng thay vì giá trị được định cấu hình sẵn.
29
Nhóm 17 Lát cắt mạng, QoS và chức năng mạng lõi 5G
2.8 Ánh xạ 5QI chuẩn hố tới đặc tính QoS
30
2.9 Kết luận
QoS là một phần rất quan trọng của mạng cơng nghiệp, trong các tình huống mà mạng của bạn gặp phải bất kỳ vấn đề nào, chẳng hạn như sử dụng quá mức và tắc nghẽn, thì việc khơng có QoS sẽ dẫn đến tất cả các loại vấn đề. Đối với lưu lượng truy cập yêu cầu truyền thời gian thực hoặc gần thời gian thực - chẳng hạn như Thoại qua IP, chẳng hạn, nó có thể là nguyên nhân gây ra Âm thanh bị cắt xén, cắt nhỏ hoặc không thể hiểu được. Truyền phát video cũng sẽ bị ảnh hưởng, dẫn đến quá nhiều bộ đệm hoặc pixel trong khi phát lại.
31
Nhóm 17 Lát cắt mạng, QoS và chức năng mạng lõi 5G
Phần 3 : Lát cắt mạng3.1 Khái niệm 3.1 Khái niệm
Một trong những tính năng quan trọng nhất của 5G là cắt mạng. Cắt mạng liên quan đến các cơng nghệ ảo hóa như SDN và NFV, cho phép Nhà khai thác mạng 5G để cung cấp các mạng tùy chỉnh bằng cách tạo ra nhiều mạng đầu cuối ảo, được gọi là các lát mạng. Mỗi phần mạng có thể được xác định theo các yêu cầu khác nhau về chức năng, QoS và người dùng cụ thể
*Ưu điểm của mạng dựa trên lát cắt so với mạng truyền thống
Việc phân chia mạng có thể cung cấp các mạng logic với hiệu suất tốt hơn so với các mạng có kích thước phù hợp với tất cả
Một phần mạng có thể tăng hoặc giảm quy mơ khi u cầu dịch vụ và số lượng người dùng thay đổi
Các lát mạng có thể cách ly tài nguyên mạng của một dịch vụ với các dịch vụ khác cấu hình giữa các phần khác nhau khơng ảnh hưởng đến mỗi khác. Do đó, độ tin cậy và bảo mật của mỗi lát cắt có thể được nâng cao
Một lát mạng được tùy chỉnh theo yêu cầu QoS, có thể tối ưu hóa việc phân bổ và sử dụng tài nguyên mạng vật lý
a. Cơ sở hạ tầng mạng lõi
32
b. Các thiết bị IoT lớn
Hình 3.1. Các lát mạng 5G triển khai trên cùng 1 cơ sở hạ tầng
3.2 Yêu cầu đối với lát cắt mạng*Yêu cầu chung *Yêu cầu chung
Các yêu cầu chung cho việc phân chia mạng như sau:
Hỗ trợ là cần thiết để cung cấp kết nối cho người dùng gia đình và chuyển vùng trong cùng một phần mạng.
Trong cấu hình mạng 5G dùng chung, các nhà khai thác có thể áp dụng tất cả các yêu cầu đối với tài nguyên mạng được phân bổ của họ
IMS cần được hỗ trợ như một phần của phần mạng. IMS cần được hỗ trợ độc lập với các lát mạng.
*Yêu cầu quản lý
Các yêu cầu quản lý đối với việc phân chia mạng như sau:
- Nhà điều hành sẽ có thể tạo, sửa đổi và xóa một phần mạng.
- Nhà điều hành phải có thể xác định và cập nhật tập hợp các dịch vụ và khả năng được hỗ trợ trong một phần mạng.
- Nhà điều hành có thể định cấu hình thơng tin liên kết UE với một phần mạng.
- Nhà điều hành sẽ có thể định cấu hình thơng tin liên kết một dịch vụ với một phần mạng.
33
Nhóm 17 Lát cắt mạng, QoS và chức năng mạng lõi 5G
- Nhà điều hành phải có thể gán UE cho một phần mạng, để di chuyển UE từ phần mạng này sang phần mạng khác và xóa UE khỏi phần mạng dựa trên đăng ký, khả năng của UE, công nghệ truy cập đang được sử dụng bởi UE, chính sách của nhà điều hành và các dịch vụ được cung cấp bởi phần mạng
- Cần có cơ chế để VPLMN (mạng di động mặt đất công cộng được truy cập), theo ủy quyền của HPLMN (mạng di động mặt đất cơng cộng gia đình), để gán UE cho một phần mạng có các dịch vụ cần thiết hoặc cho một phần mạng mặc định.
- Lưu lượng và dịch vụ trong một phần mạng không được ảnh hưởng đến lưu lượng và dịch vụ trong phần mạng khác trong cùng một mạng.
- Việc tạo, sửa đổi và xóa một phần mạng khơng được có hoặc ảnh hưởng tối thiểu đến lưu lượng và dịch vụ trong các phần mạng khác trong cùng một mạng.
- Một lát mạng phải có thể mở rộng quy mơ (tức là, điều chỉnh dung lượng của nó.
- Nhà khai thác mạng có thể xác định dung lượng tối đa cho một phần mạng
- Nhà khai thác mạng có thể xác định dung lượng khả dụng tối thiểu cho một phần mạng. Việc chia tỷ lệ của các phần mạng khác trên cùng một mạng sẽ khơng ảnh hưởng đến tính khả dụng của dung lượng tối thiểu cho phần mạng đó.
- Nhà khai thác mạng có thể xác định dung lượng tối đa cho một phần mạng.
- Nhà khai thác mạng có thể xác định thứ tự ưu tiên giữa các phần mạng khác nhau trong trường hợp nhiều phần mạng cạnh tranh về tài nguyên trên cùng một mạng.
3.3 Cách xác định lựa chọn 1 lát cắt mạng
Thông tin hỗ trợ lựa chọn lát mạng đơn (S-NSSAI) xác định một lát mạng duy nhất. Một S-NSSAI bao gồm hai yếu tố: