W systemie bezprzewodowym 5G (piątej generacji) jakość usług (QoS) jest krytycznym aspektem zapewniającym niezawodną i przewidywalną wydajność dla różnych typów usług i aplikacji. Egzekwowanie QoS w systemie 5G obejmuje mechanizmy i procedury w różnych elementach sieci mające na celu ustalanie priorytetów i zarządzanie przepływem danych w oparciu o określone wymagania usług. Przyjrzyjmy się szczegółowo, gdzie w systemie 5G egzekwowana jest funkcja QoS:
- Kompleksowa architektura QoS:
- Płaszczyzna użytkownika i płaszczyzna kontroli: Egzekwowanie QoS w 5G obejmuje zarówno płaszczyznę użytkownika, jak i płaszczyznę kontroli. Płaszczyzna użytkownika jest odpowiedzialna za przesyłanie danych użytkownika, podczas gdy płaszczyzna sterowania zarządza informacjami sygnalizacyjnymi i kontrolnymi.
- Perspektywa end-to-end: Wymuszanie QoS jest rozpatrywane z perspektywy end-to-end, począwszy od sprzętu użytkownika (UE) poprzez sieć dostępu radiowego (RAN), sieć szkieletową, aż do miejsca docelowego lub serwer.
- UE i RAN QoS:
- UE QoS Setting: QoS rozpoczyna się w UE, gdzie urządzenie dostarcza informacji o swoich wymaganiach QoS podczas początkowej konfiguracji połączenia. Obejmuje to parametry takie jak szybkość transmisji danych, opóźnienie i niezawodność.
- Konfiguracja nośnika radiowego: W sieci RAN QoS jest wymuszane podczas konfiguracji nośników radiowych. Dla różnych usług ustanawiane są różne nośniki, a sieć RAN zapewnia, że przydzielone zasoby spełniają określone parametry QoS.
- Adaptacyjna modulacja i kodowanie (AMC): Sieć RAN wykorzystuje techniki takie jak modulacja adaptacyjna i kodowanie, aby dynamicznie dostosowywać parametry transmisji w oparciu o warunki kanału, przyczyniając się do utrzymania pożądanych poziomów QoS.
- QoS sieci rdzeniowej:
- Kontrola zasad i opłat (PCC): Sieć szkieletowa, w szczególności funkcja kontroli zasad i opłat, odgrywa kluczową rolę w egzekwowaniu QoS. PCC obejmuje decyzje polityczne dotyczące QoS, w tym ustalanie priorytetów ruchu i alokację zasobów.
- Zarządzanie sesją: Wymuszanie QoS jest kontynuowane w sieci rdzeniowej poprzez zarządzanie sesją. Obejmuje to ustanawianie, modyfikowanie i zwalnianie sesji w oparciu o określone wymagania QoS używanych usług.
- Inżynieria ruchu: Mechanizmy inżynierii ruchu są stosowane w celu optymalizacji przepływu danych w sieci rdzeniowej, zapewniając efektywne wykorzystanie zasobów i spełniając oczekiwania QoS dla różnych usług.
- Podział sieci i QoS:
- Konfiguracja podziału sieci: W sieci 5G podział sieci jest kluczową koncepcją, która umożliwia tworzenie izolowanych sieci wirtualnych dostosowanych do konkretnych przypadków użycia. QoS jest wymuszane na poziomie podziału sieci, przy czym każdy segment ma swój własny zestaw parametrów QoS.
- Izolacja i alokacja zasobów: Dzielenie sieci umożliwia izolację zasobów dla różnych usług, zapewniając, że wymagania QoS jednego wycinka nie będą miały wpływu na wydajność innego. Jest to szczególnie istotne w przypadku scenariuszy o zróżnicowanych potrzebach w zakresie usług.
- Obsługa nośników i QoS w Evolved Packet Core (EPC):
- Identyfikatory klasy QoS (QCI): QoS charakteryzuje się za pomocą identyfikatorów klasy QoS (QCI) w Evolved Packet Core (EPC). Różne QCI reprezentują różne poziomy usług, takie jak głos, wideo i dane typu „best-effort”, każdy z własnym zestawem parametrów QoS.
- Konfiguracja i modyfikacja nośnika: Ustanawianie i modyfikacja nośników w EPC wiąże się z kwestiami QoS. EPC zapewnia spełnienie określonych parametrów QoS przez cały cykl życia nośników.
- Współpraca z sieciami zewnętrznymi:
- Punkty współpracy: Gdy dane muszą przesyłać się między siecią 5G a sieciami zewnętrznymi, w punktach współpracy utrzymywane jest wymuszanie QoS. Zapewnia to spełnienie oczekiwań dotyczących QoS nawet podczas interakcji z innymi sieciami, takimi jak sieci LTE lub inne niż 3GPP.
- Funkcje bramy: Funkcje bramy, w tym bramka sieci danych pakietowych (PDN-GW), odgrywają rolę w egzekwowaniu QoS poprzez zarządzanie przepływem ruchu między siecią 5G a sieciami zewnętrznymi.
- Dynamiczna adaptacja QoS:
- Dynamiczne zmiany QoS: Wymuszanie QoS w 5G nie jest statyczne; pozwala na dynamiczną adaptację w oparciu o zmieniające się warunki sieciowe i wymagania usług. Dzięki temu parametry QoS można regulować w czasie rzeczywistym, aby zapewnić optymalną wygodę użytkowania.
- Decyzje dotyczące zasad: Egzekwowanie QoS obejmuje ciągłe decyzje dotyczące zasad oparte na takich czynnikach, jak obciążenie sieci, przeciążenie i zapotrzebowanie użytkowników. Decyzje te przyczyniają się do dynamicznego zarządzania zasobami i ruchem.
- Kompleksowe monitorowanie i zapewnianie QoS:
- Narzędzia monitorujące: Dostępne są różne narzędzia i mechanizmy monitorujące, które oceniają i zapewniają, że parametry QoS są spełniane w całej sieci. Obejmuje to monitorowanie wydajności, pomiary jakości i analizy.
- Protokoły zapewnienia QoS: Istnieją protokoły i procedury zapewniające zapewnienie QoS, w tym mechanizmy wykrywania i eliminowania odchyleń od określonych parametrów QoS. Przyczynia się to do utrzymania wysokiej jakości doświadczenia użytkownika.
- Wyzwania i rozważania:
- Usługi heterogeniczne: Wyzwanie zapewnienia zróżnicowanego zestawu usług o różnych wymaganiach dotyczących jakości usług, począwszy od niezwykle niezawodnej komunikacji o niskim opóźnieniu (URLLC) po masową komunikację typu maszynowego (mMTC), wymaga starannej orkiestracji i optymalizacji.
- Zarządzanie QoS między domenami: Zapewnienie spójnej jakości usług QoS w różnych domenach, w tym w sieci RAN, sieci rdzeniowej i sieciach zewnętrznych, stanowi wyzwanie. Mechanizmy i standardy współpracy są niezbędne do płynnego zarządzania QoS.
- Konsekwencje dla bezpieczeństwa: Mechanizmy egzekwowania QoS muszą uwzględniać implikacje dla bezpieczeństwa, zapewniając, że ustalanie priorytetów i alokacja zasobów nie naruszą ogólnego stanu bezpieczeństwa sieci.
- Ewolucja dzięki nowym usługom: W miarę pojawiania się nowych usług i aplikacji mechanizmy egzekwowania QoS muszą ewoluować, aby dostosować się do zmieniających się wymagań i zapewnić ciągłą obsługę w różnych przypadkach użycia.
- Ewolucja i rozważania na przyszłość:
- Integracja z AI i ML: Ewolucja QoS w sieci 5G i poza nią może wiązać się ze zwiększoną integracją z technologiami sztucznej inteligencji (AI) i uczenia maszynowego (ML). Technologie te mogą zwiększyć możliwości adaptacyjne i predykcyjne egzekwowania QoS.
- Ulepszenia przetwarzania brzegowego: W miarę jak przetwarzanie brzegowe staje się coraz bardziej powszechne, egzekwowanie QoS może wymagać ulepszeń, aby spełnić wymagania małych opóźnień i wysokiej przepustowości dla aplikacji hostowanych na brzegu sieci.
- Standardyzacja i interoperacyjność: Ciągłe wysiłki normalizacyjne i testowanie interoperacyjności mają kluczowe znaczenie dla zapewnienia spójnego egzekwowania QoS w przypadku sprzętu i wdrożeń sieciowych różnych dostawców.
Podsumowując, egzekwowanie QoS w systemie 5G to złożony i wieloaspektowy proces, który obejmuje różne elementy i procedury sieci. Rozpoczyna się na sprzęcie użytkownika i rozciąga się na radiową sieć dostępową, sieć rdzeniową, podział sieci i punkty współpracy. Dynamiczna adaptacja, narzędzia monitorowania i uwzględnienie różnorodnych usług przyczyniają się do skutecznego wdrażania QoS w sieciach 5G.