佘廣橋，段紅光，李 暾

（1.重慶郵電大學(xué)通信學(xué)院，重慶400065;2.重慶重郵信科通信技術(shù)有限公司，重慶 400065）

隨著網(wǎng)絡(luò)向全I(xiàn)P化的快速發(fā)展，由無(wú)線(xiàn)接口長(zhǎng)期演進(jìn)（LTE）和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)演進(jìn)（SAE）兩個(gè)重要部分組成的演進(jìn)分組系統(tǒng)（EPS）成為支持全面的分組系統(tǒng)之一。EPS系統(tǒng)中定義了分組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)（PDN）連接業(yè)務(wù)的概念，PDN連接業(yè)務(wù)是指EPS網(wǎng)絡(luò)提供在UE與PLMN的外部PDN之間的IP連接，可支持一個(gè)或者多個(gè)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流的傳輸。

在EPS系統(tǒng)中，服務(wù)質(zhì)量（QoS）的控制基本粒度是承載，即同一承載上的所有業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流將獲得同樣的QoS保障，不同承載類(lèi)型提供不同的QoS保障。一個(gè)EPS承載可看作UE與PDN_GW之間的邏輯電路，業(yè)務(wù)流模板（TFT）中的每個(gè)分組包過(guò)濾器（PF）對(duì)應(yīng)一個(gè)EPS承載。通過(guò)與承載對(duì)應(yīng)的PF，將PDN下的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流進(jìn)行分類(lèi)并分發(fā)到不同的EPS承載上傳輸。

下文將通過(guò)介紹TFT基本概念，分析上行方向的業(yè)務(wù)流模板（TFT）如何將不同QoS需求的IP分組數(shù)據(jù)匹配發(fā)送到相應(yīng)的EPS承載上，然后給出一種PF與IP分組包之間的匹配實(shí)現(xiàn)方案。

1 TFT概述

1.1 EPS承載

EPS系統(tǒng)提供端到端QoS，其沿用了UMTS系統(tǒng)相似的QoS框架，即分層次、分區(qū)域的QoS體系結(jié)構(gòu)，上層的QoS要求分解為下層的QoS屬性，下層為上層提供承載業(yè)務(wù)。EPS承載業(yè)務(wù)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 EPS承載業(yè)務(wù)架構(gòu)

在上行方向中，UE存儲(chǔ)一上行分組過(guò)濾器和一數(shù)據(jù)無(wú)線(xiàn)承載之間的映射關(guān)系去建立業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流和數(shù)據(jù)無(wú)線(xiàn)承載的綁定。在下行方向中，PDN網(wǎng)關(guān)存儲(chǔ)一下行PF和一S5/S8承載的映射關(guān)系去建立業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流和S5/S8的綁定。在上行和下行方向中，eNB存儲(chǔ)一數(shù)據(jù)無(wú)線(xiàn)承載和一S1承載之間的一一映射關(guān)系去建立數(shù)據(jù)無(wú)線(xiàn)承載和S1承載的綁定。在上行和下行方向中，服務(wù)網(wǎng)關(guān)存儲(chǔ)一S1承載和一S5/S8承載之間的一一映射關(guān)系去建立S1承載和S5/S8的綁定。

EPS系統(tǒng)中有以下承載類(lèi)型概念:默認(rèn)承載、專(zhuān)用承載、保證比特速率（GBR）承載和Non-GBR承載，其關(guān)系如表1中所示。

表1 EPS承載關(guān)系

1.2 TFT概念

用戶(hù)的IP包需要映射到不同的EPS承載，以獲取相應(yīng)的QoS保障，這樣的映射關(guān)系是通過(guò)TFT及其中的分組過(guò)濾器（PF）來(lái)實(shí)現(xiàn)的。TFT是相應(yīng)EPS承載上所有PF的集合，PF表示將用戶(hù)的一種用戶(hù)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流（SDF）映射到相應(yīng)EPS承載上。

一個(gè)TFT由一個(gè)或多個(gè)下行分組過(guò)濾器或是0個(gè)及多個(gè)上行分組過(guò)濾器組成。其中每個(gè)PF通過(guò)惟一分組過(guò)濾器標(biāo)識(shí)符（PF ID）來(lái)識(shí)別，同時(shí)含有一優(yōu)先級(jí)索引（EPI），該EPI的取值在使用相同 IP地址和APN的所有EPS承載的同一方向（上行或下行方向）下是惟一的，優(yōu)先級(jí)取值范圍是0（優(yōu)先級(jí)最高）～255（優(yōu)先級(jí)最低）。

因此，每個(gè)合法的上行或下行PF都包含:在給定TFT中的惟一PF ID、在同一IP地址和APN的同一方向（上行或下行）的所有PF中的惟一EPI以及至少一個(gè)下列屬性:

1）Remote Address and Subnet Mask;

2）Protocol Number（IPv4）/Next Header（IPv6）;

3）Local Port Range;

4）Remote Port Range;

5）IPSec Security Parameter Index（SPI）.IPSec;

第8段里endless procession of women，endless一詞的使用給讀者留下深刻的印象，可以想象,他經(jīng)歷的女性的確不少。這些女性如同行軍般一個(gè)接一個(gè)出現(xiàn)在他生命里。

6）Type of Service（TOS）（IPv4）/Traffic class（IPv6）and Mask;

7）Flow Label（IPv6）。

其中“remote”代表外網(wǎng)實(shí)體，“l(fā)ocal”代表 MS。以上屬性中，有些屬性是可與其他屬性共存的，而有些屬性是不能與一些特定屬性共存的。如表2中列出了PF有效屬性組合，其中標(biāo)記“X”的屬性可以共存在同一PF中。通過(guò)EPS承載索引（EBI）可將所有PF與EPS承載相互映射，每個(gè)EPS承載有對(duì)應(yīng)的EBI參數(shù)和TFT，而每個(gè)TFT最多含有16個(gè)PF。PDN連接與EPS承載、TFT、PF關(guān)系如圖2所示。

表2 有效PF屬性組合

圖2 PDN連接與EPS承載、TFT、PF關(guān)系

EPS系統(tǒng)中，PDN連接可能存在多個(gè)專(zhuān)用承載（含有多個(gè)PF），PF匹配按PF優(yōu)先級(jí)從高到低原則依次與PDU進(jìn)行匹配。如果接收的PDP協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU）頭部參數(shù)與某PF中有效屬性組合的屬性值全匹配，則PDU與PF匹配成功，同時(shí)PDU可在本PF映射的無(wú)線(xiàn)承載上傳輸。

2 TFT使用

在使用相同的IP地址和接入點(diǎn)名稱(chēng)（APN），同時(shí)存在2個(gè)或以上的基于不同QoS業(yè)務(wù)需求的EPS承載的情況下，UE和網(wǎng)絡(luò)之間的IP分組數(shù)據(jù)通過(guò)TFT來(lái)區(qū)分在哪個(gè)EPS承載上進(jìn)行傳輸。

TFT模板主要完成以下功能:

1）完成接收到的所有IP分組包與PF匹配，直至匹配成功;

2）將匹配成功的IP分組包與EPS承載進(jìn)行綁定及傳輸。

以下描述上行方向IP分組包與PF綁定過(guò)程，參考圖3。

1）首先選用優(yōu)先級(jí)最高的PF進(jìn)行匹配，若匹配成功，則將IP分組包與相應(yīng)的承載進(jìn)行綁定;

2）若匹配失敗，則選擇具有低一級(jí)優(yōu)先級(jí)的PF進(jìn)行匹配，直到綁定成功或所有PF都匹配完成為止;

3）若默認(rèn)承載上沒(méi)有分配TFT，所有PF匹配未成功的IP分組包將與默認(rèn)承載綁定傳輸，否則丟棄本IP分組包。

圖3 IP分組包與PF匹配過(guò)程

從以上所述可知，PF與IP分組包的匹配過(guò)程主要是實(shí)現(xiàn)IP分組包分類(lèi)到正確無(wú)線(xiàn)承載傳送，送往何種無(wú)線(xiàn)承載是根據(jù)匹配成功的PF中對(duì)應(yīng)EBI映射得出的。

3 匹配實(shí)現(xiàn)流程

TFT中分組過(guò)濾器PF與IP分組包的匹配，利用各個(gè)PF中存在的屬性值與IP分組包包頭信息（如源端口、目的端口、協(xié)議號(hào)等）進(jìn)行比較來(lái)實(shí)現(xiàn)，IP分組包與PF匹配根據(jù)PF優(yōu)先級(jí)從高到低原則匹配。PF中存在的屬性值通過(guò)從網(wǎng)絡(luò)側(cè)獲取，然后保存到UE中用于之后的IP包匹配比較。利用bitmap表示PF中各屬性的有效性，根據(jù)表2可知此bitmap可用8位無(wú)符號(hào)字符構(gòu)造:某比特對(duì)應(yīng)某匹配屬性，當(dāng)某比特位為1時(shí)表示此屬性有效，需要匹配比較，反之無(wú)效，不匹配比較，只使用前7比特位。表3表示bitmap中比特位對(duì)應(yīng)PF屬性，其中bitmap中最低比特位對(duì)應(yīng)第1比特位。圖4為PF與IP分組包匹配實(shí)現(xiàn)流程圖。

表3 bitmap中各比特位含義

通過(guò)圖4的實(shí)現(xiàn)流程最終可實(shí)現(xiàn)各個(gè)上行IP分組包在正確的無(wú)線(xiàn)承載進(jìn)行傳送。

圖4 PF與IP分組包匹配實(shí)現(xiàn)

4 小結(jié)

EPS系統(tǒng)中，用戶(hù)能夠建立多個(gè)承載，體驗(yàn)不同業(yè)務(wù)需求，如果沒(méi)有很好地及時(shí)地將IP分組包與PF匹配成功傳輸，會(huì)影響用戶(hù)體驗(yàn)。本文通過(guò)對(duì)TFT模板的研究，對(duì)于上行方向PF與IP分組包之間的匹配給出一種基本的匹配實(shí)現(xiàn)方案，為了更快實(shí)現(xiàn)PF與IP分組包的匹配，對(duì)本文給出方案的優(yōu)化可作為下一研究目標(biāo)。

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［1］3GPP TS23.008 V10.3.0，Mobile radio interface layer 3 specification［S］.2011.

［2］3GPP TS23.060 V10.4.0，General packet radio service（GPRS）［S］.2011.

［3］3GPP TS23.401 V10.5.0 ，General packet radio service（GPRS）enhancements for evolved universal terrestrial radio access network（E-UTRAN）access［S］.2011.

［4］3GPP TS24.301 V10.3.0 ，Non-access-stratum（NAS）protocol for evolved packet system（EPS） ［S］.2011.

［5］3GPP TS36.300 V10.5.0，Evolved universal terrestrial radio access（E-UTRA）and evolved universal terrestrial radio access network［S］.2011.

［6］查敦林，郭曉東，孫知信.LTE/SAE的QoS研究［J］.計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2010，20（11）:250-252.

［7］黃韜，智江，劉韻潔.EPS系統(tǒng)的QoS機(jī)制［J］.中興通訊技術(shù)，2008（6）:45-49.