Configurar o suporte e a aplicação QOS para o gateway de pacote ASR 5x00

Introduction

Este artigo fornece uma breve visão geral sobre o suporte de Qualidade de Serviço (QoS - Quality of Service) no Cisco Aggregated Service Router (ASR) 5x00 Packet Gateway (PGW). O suporte à aplicação de QOS é um dos recursos importantes que a PGW precisa para suportar na rede Evolved Packet Core (EPC). Há vários aspectos da QoS que precisam ser suportados em um PGW para que a conformidade com especificações seja compatível. Um portador do Evolved Packet System (EPS) é o nível de granularidade para o controle de QoS no nível do portador no EPC e em outros tipos de Acesso.

Perfil de QoS do portador EPS

O perfil de QoS do portador EPS inclui os parâmetros QCI, ARP, GBR e MBR. Cada portador de EPS (GBR e não-GBR) está associado aos seguintes parâmetros de QoS de nível de portador:

QoS Class Identifier (QCI): Um QCI é um escalar usado como referência para parâmetros específicos do nó de acesso que controlam o tratamento de encaminhamento de pacotes no nível do portador (por exemplo, peso de programação, limiares de admissão, limiares de gerenciamento de fila, configuração de protocolo da camada de enlace, etc.) e que foram pré-configurados pelo operador que detém o nó de acesso (por exemplo, eNodeB). Um mapeamento um a um dos valores de QCI padronizados para características padronizadas é capturado como Technical Specification (TS) 23.203.

Prioridade de alocação e retenção (ARP): O ARP deve conter informações sobre o nível de prioridade (escalar), a capacidade de antecipação (bandeira) e a vulnerabilidade de antecipação (bandeira). O objetivo principal do ARP é decidir se um estabelecimento/solicitação de modificação do portador pode ser aceito ou precisa ser rejeitado devido a limitações de recursos (geralmente capacidade de rádio disponível para portadores de GBR). O ARP também é usado na Policy and Charging Implementation Function (PCEF)/ Policy and Charging Rule Function (PCRF) para Bearer-Binding junto com QCI. Bearer-Binding é um processo de vincular as regras de controle de política e tarifação (PCC) a um portador EPS específico.

Taxa de bits garantida (GBR): Aplicável apenas aos portadores GBR. O GBR indica a taxa de bits que pode ser esperada por um portador GBR. Espera-se que a rede de acesso por rádio (RAN) e o núcleo reservem o GBR para o portador.

Taxa máxima de bits (MBR): Aplicável a portadores GBR e não GBR. O MBR limita a taxa de bits que pode ser esperada por um portador (por exemplo, o excesso de tráfego pode ser descartado por uma função de modelagem de taxa). O MBR de um portador GBR específico pode ser definido maior que o GBR.

Cada acesso de nome de ponto de acesso, por um equipamento de usuário, é associado ao seguinte parâmetro de QoS:

Taxa máxima de bits agregada por APN (APN-AMBR): Ele limita a taxa de bits agregada que pode ser esperada para todos os portadores não GBR de todas as conexões de rede de dados de pacote (PDN) do mesmo APN. O PGW aplica o APN AMBR em downlink. A aplicação do APN AMBR no uplink é feita na UE e, adicionalmente, na PGW.

Cada UE está associado ao seguinte parâmetro de QoS de nível agregado do portador:

Taxa máxima de bits agregada por UE (UE-AMBR): O MME define a UE-AMBR como a soma da APN-AMBR de todos os APN ativos até ao valor da UE-AMBR subscrita. A UE-AMBR limita a taxa de bits agregada que pode ser esperada para todos os portadores não GBR de uma UE (por exemplo, o tráfego em excesso pode ser descartado por uma função de modelagem de taxa). O 4G aplica o UE AMBR em uplink e downlink.

O GBR e o MBR indicam taxas de bits de tráfego por portador, enquanto o UE-AMBR/APN-AMBR denota taxas de bits de tráfego por grupo de portadores.  O GBR e o MBR indicam taxas de bits de tráfego por portador, enquanto o UE-AMBR/APN-AMBR denota taxas de bits de tráfego por grupo de portadores. Cada um desses parâmetros de QoS tem um uplink e um componente de downlink.

Para portadores GBR, o Bearer QOS Information Element(IE) (na mensagem Create/Update Bearer Request) transporta a taxa de dados GBR e MBR do nível do portador (conforme Technical Specification(TS) 23.401, sec 4.7.3), mas o Flow QOS IE no BRC (Bearer Resource Command) pode transportar apenas a taxa de dados GBR (conforme TS 23.4 s 5.4.5). Cada regra de PCC associada aos portadores de GBR terá sua própria taxa de dados GBR e MBR de nível de regra de PCC. As taxas de dados MBR e GBR de nível de portador para um portador de EPS são calculadas adicionando as taxas de dados MBR e GBR correspondentes às regras PCC associadas a esse portador de EPS.

Para portadores não GBR, a taxa de dados GBR não é aplicável, o Bearer QOS IE sempre transporta a taxa de dados MBR como zero (de acordo com TS 23.401, sec 4.7.3) e mesmo o Flow QOS IE no procedimento BRC tem a taxa de dados MBR como zero (de acordo com TS 23.401, sec 5.4.5). Para portadores não GBR a taxa de dados APN-AMBR pode ser compartilhada por vários portadores, não há taxa de dados separada por portador MBR como tal. Cada regra de PCC associada a portadores não GBR terá sua própria taxa de dados MBR de nível de regra de PCC.

Suporte básico a recursos de QoS

• Suporte à aplicação da taxa de dados APN-AMBR.
• Suporte de imposição de QOS padrão do portador.
• Suporte para imposição de taxa de dados de nível de fluxo de dados de serviço (SDF - Service Data Flow) (regra de PCC).
• Suporte à marcação de ponto de código de serviços diferenciados (DSCP).
• Suporte de ligação do portador.

Suporte de aplicação APN-AMBR

O APN AMBR é um parâmetro de assinatura armazenado por APN no Home Subscriber Server (HSS). A Mobility Management Entity (MME)/Serving Gateway (SGW) fornece APN-AMBR durante o estabelecimento do portador padrão/procedimento de modificação de QOS iniciado por GnGp/HSS. Esse APN-AMBR é autorizado com o PCRF. A PGW então finalmente impõe a taxa de dados APN-AMBR autorizada do PCRF. APN-AMBR limita a taxa de bits agregada que se pode esperar seja fornecida em todos os portadores não GBR de todas as conexões PDN do mesmo APN. Cada um desses portadores não GBR poderia potencialmente utilizar todo o APN AMBR, por exemplo, quando os outros portadores não GBR não transportam tráfego. O PGW aplica o APN AMBR na direção de downlink e uplink.

Com o Gx habilitado, o PGW homenageia sempre os valores de APN-AMBR autorizados pelo PCRF. Se um valor APN-AMBR não for recebido na reautorização Gx com PCRF, os últimos valores APN-AMBR recebidos do PCRF serão aplicados pelo PGW

No Cisco ASR5x00 PGW, a aplicação APN-AMBR pode ser habilitada por APN usando a CLI "apn-ambr rate-limit" no modo de configuração de APN no PGW.

Sintaxe

#configure 
# context context_name 
# apn apn_name 
Entering the above command sequence results in the following prompt:

[context_name]host_name(config-apn)# apn-ambr rate-limit direction { downlink | uplink } [ burst-size { auto-readjust duration seconds | bytes } | violate-action { drop | lower-ip-precedence | shape [ transmit-when-buffer-full ] | transmit } ][ default | no ] apn-ambr rate-limit direction { downlink | uplink }

Uso:

Use este comando para aplicar a AMBR para a APN em portadores que não têm uma taxa de bits garantida (GBR).

Exemplo:

O comando a seguir define a taxa de intermitência de downlink para usar uma duração de reajuste automático de 2 segundos e diminui a precedência IP dos pacotes violadores:

apn-ambr rate-limit direction downlink burst-size auto-readjust duration 2 violate-action lower-ip-precedence

Note: Para obter mais detalhes sobre esta CLI, consulte o guia de configuração da PGW

Suporte de imposição de QOS padrão da portadora

O QOS de portador padrão representa o QOS que é aplicado ao tráfego que flui sobre o portador padrão em uma PDN. As informações de QOS de portador padrão contêm o QCI e o ARP. Sendo um portador não GBR padrão, não há nenhuma taxa de dados no nível do portador associada a seu QOS no nível do portador. O APN-AMBR é aplicável ao portador padrão e é compartilhado com outros portadores não GBR desse assinante para esse APN.

O PGW impõe o QOS de portadora padrão autorizado pelo PCRF ou por política local. Se nenhuma Gx ou política local estiver habilitada, a QOS padrão solicitada será aplicada no PGW. O suporte de PGW para aplicar o Default-bearer é semelhante ao suporte de aplicação APN-AMBR, com acionadores de eventos correspondentes para QOS Default-Bearer (DEFAULT-EPS-BEARER-QOS-CHANGE event-trigger ou algum outro) sobre Gx ou Política local.

Suporte de imposição de nível SDF (regra de PCC)

O Cisco ASR5x00 PGW suporta a funcionalidade PCEF que está em conformidade com a estrutura de PC baseada no 3GPP (^rd Generation Partnership Project) baseada na especificação TS 23.203 e TS 29.212 da 3GPP. Como parte do suporte à funcionalidade PCEF, o PGW suporta política e controle de tarifas no nível de SDF ou de regra de PCC e tem suporte para a interface Gx para interação com o servidor PCRF. O PGW suporta o PCEF baseado em Ligação de Portador de regras de PCC para o tipo de sessão IPCAN 3GPP-EPS. Abaixo está o arquiteto de estrutura do PCC que o Cisco ASR5x00 PGW está em conformidade com:

Para as regras do Dynamic PCC instaladas pelo PCRF, a vigilância no nível do SDF no PGW é aplicada com base nas taxas de dados do QOS no nível de regra do PCC. O tráfego que atinge esta regra de PCC dinâmico seria policiado em relação à taxa de dados de MBR de regras de PCC. Qualquer pacote que exceda o MBR configurado seria descartado. O policiamento é obtido mantendo as contagens de token no nível de fluxo.

Para regras estáticas ou regras pré-definidas ativadas por PCRF, o PGW (PCEF) pode ter a vigilância ITC (Intelligent Traffic Control) aplicada no nível de SDF com base nos limites de fluxo configurados nas ações de tarifação. O tráfego que atinge essas regras com suas ações de tarifação com limites de fluxo configurados seria policiado sobre esses valores de limite de fluxo. Para regras estáticas e predefinidas, o policiamento será feito para a taxa de dados MBR e GBR (se aplicável). Dependendo da opção de limite superior configurada na ação de cobrança (violate-action <value> OR overaction <value>), os pacotes seriam descartados ou o TOS remarcado como zero. O policiamento é obtido mantendo contagens de token no nível de ID de conteúdo.

A CLI para configurar a funcionalidade de policiamento de ITC na ação de cobrança é a seguinte:

configure

active-charging service <acs_service_name>

charging-action <charging_action_name1>

flow limit-for-bandwidth direction downlink peak-data-rate 4000 peak-burst-size 1024 violate-action discard committed-data-rate 3200 committed-burst-size 512 exceed-action discard

exit

charging-action <charging_action_name2>

content-id 1

exit

charging-action <charging_action_name3>

flow action terminate-flow

end

Note: Para a intermitência de vigilância de nível SDF, o tamanho da intermitência só pode ser configurado como um tamanho fixo. Nenhuma opção de ajuste automático é fornecida.

Suporte de marcação DSCP

O PGW suporta marcação DSCP dos pacotes de dados que são transmitidos pelos portadores EPS. Os níveis de DSCP podem ser atribuídos a padrões de tráfego específicos para garantir que os pacotes de dados sejam entregues de acordo com a precedência com a qual são marcados. As marcas do DifServ são aplicadas ao cabeçalho IP de cada pacote de dados do assinante transmitido pela(s) interface(s) S5/S8/SGi. A PGW suporta marcação DSCP para pacotes de dados IPv4 e IPv6. A marcação DSCP no cabeçalho IP é feita de acordo com o IETF RFC 2474.

No PGW baseado em Cisco ASR5x00, a marcação DSCP é habilitada no PGW ao associar

associate qci-qos-mapping <table-name>

Uma tabela QCI-QOS em uma configuração de serviço PGW ou ela pode ser configurada por APN , tabela QCI associada em APN tem precedência para uma chamada. Por padrão, se não houver nenhuma tabela de mapeamento QCI-QOS associada, portanto, por padrão, a marcação DSCP será desabilitada no PGW. As tabelas de mapeamento QCI-QoS são usadas para mapear valores QCI para parâmetros QoS apropriados.

A tabela de mapeamento QCI-QOS é usada para configurar a configuração de marcação DSCP. Abaixo está a CLI para a configuração de marcação DSCP para um QCI (num) na direção de uplink/downlink:

Sintaxe

qci num [ {downlink | uplink} { encaps-header { copy-inner | dscp-marking hex } |
userdatagram dscp-marking hex [ encaps-header { copy-inner | dscp-marking hex } ] }]

Por exemplo:

configure
   qci-qos-mapping <name>
      qci 1 user-datagram dscp-marking <hex>
      qci 3 user-datagram dscp-marking <hex>
      qci 9 user-datagram dscp-marking <hex>
      exit

Acima da CLI está configurada para cada QCI (intervalo padrão de 1 a 9) e para cada direção (uplink ou downlink). Por padrão, não existe nenhuma configuração para um QCI para uma direção, então nenhuma marcação de DSCP é feita, portanto, é necessária uma configuração explícita para habilitar a marcação de DSCP. Usando esta CLI, você pode configurar o valor de DSCP a ser marcado para o cabeçalho IP externo (cabeçalho IP de túnel usando a opção "encaps-header") e/ou mesmo o valor de DSCP a ser marcado no cabeçalho IP interno (cabeçalho IP de payloads usando a opção "userdatagram") do pacote de túnel. Para a marcação do cabeçalho externo, você pode configurar para copiar os cabeçalhos IP internos (usando a opção "copy-inner"), marcação DSCP ou um valor específico (usando a opção "dscp-marking"). Na direção Uplink, o túnel pode ser um túnel SGi, como IP-in-IP, GRE ou outros. Na direção Downlink, o túnel será um túnel GTPU na interface S5/S8/Gn.

A CLI para configurar a ação de cobrança para executar a marcação DSCP é a seguinte:

ip tos { af11 | af12 | af13 | af21 | af22 | af23 | af31 | af32 | af33 | af41 | 
af42 | af43 | be | ef | lower-bits tos_value } [ uplink | downlink ]

Suporte de ligação do portador

O Cisco ASR5x00 PGW suporta a funcionalidade PCEF que é compatível com a estrutura de PC baseada em 3GPP baseada nas especificações TS 23.203 e TS 29.212 de 3GPP

Sendo um PCEF, ele precisa oferecer suporte a políticas e aplicação de tarifas no nível de regras de SDF ou PCC, suportando, assim, QOS baseado em fluxo e aplicação de tarifas. Além disso, a PGW também precisa suportar a função Bearer-Binding. Bearer-Binding é um processo de ligação de regras de PCC a um portador específico. Para EPS, o PGW precisa suportar PCEF-based Bearer-Binding para IPCAN Session type 3GPP EPS. Na ligação ao portador baseada em PCEF, o PCRF não conhece os portadores e apenas fornece as regras do PCC ao PCEF para vinculá-lo aos portadores. O PGW (PCEF) recebe as diretivas do PCRF para ativar/atualizar/desativar as regras do PCC, com base neste PGW, em seguida, gera solicitações para criar/atualizar/excluir os portadores do EPS usando procedimentos de criação/atualização/exclusão iniciados pelo PGW.

No PGW, cada regra de PCC a ser ativada é recebida do PCRF, com seu próprio nível de regra de PCC QOS, que inclui taxas de QCI, ARP e Dados (somente MBR se QCI for QCI não-GBR QCI ou MBR e GBR se QCI for GBR QCI). Cada portador de EPS é identificado exclusivamente por uma combinação de QCI+ARP. Durante a ligação do portador a um candidato portador para vincular uma regra a ser identificada com base no fato de o portador QCI+ARP corresponder ao da regra do PCC.

Uma nova regra do PCC está vinculada a um portador pela função de vinculação de portador da seguinte maneira:

•  Se já existir um portador cujo QCI+ARP corresponda a regras de PCC QCI+ARP, esse portador será selecionado para ligar a regra de PCC. Nesse caso, um procedimento de Portador de Atualização iniciado por PGW é acionado para adicionar os filtros de pacote referentes a esta regra de PCC ao portador e, se for um portador de GBR, as taxas de dados de GBR e MBR são atualizadas de acordo com a taxa de dados adicional de GBR e MBR necessária para esta nova regra de PCC. Para não GBR, nenhuma alteração na taxa de dados MBR é transmitida, pois não há uma taxa de dados MBR por nível de portador para portadores não GBR.

• Se não houver nenhum portador existente cujo QCI+ARP corresponda ao das regras do PCC, o PGW acionará um procedimento de criação de portador iniciado pelo PGW para criar um novo portador com a nova combinação QCI+ARP.