QoS em Redes Móveis
O modelo da (QoS) do 5G é baseado em fluxos de QoS, que possuem identificadores únicos. Existem dois tipos de fluxos: com GBR (Taxa de Bits Garantida) e sem GBR. Esses fluxos são utilizados para diferenciar o tratamento de tráfego de usuário. No nível do usuário, os pacotes são filtrados e mapeados para os fluxos de QoS. No nível de acesso, os fluxos de QoS são mapeados para as Portadoras de Rádio de Dados (DRBs). Cada fluxo de QoS possui um perfil com parâmetros e características que podem ser padronizadas ou configuradas dinamicamente [1].
Parâmetros da QoS
Cada fluxo de QoS possui um identificador único chamado Identificador de Fluxo de QoS (QFI). Existem dois tipos de fluxos: Fluxos de QoS com Taxa de Bits Garantida (GBR) e Fluxos de QoS não GBR. O Fluxo de QoS é a menor granularidade de diferenciação de QoS na Sessão PDU. O tráfego da Plataforma do Usuário (UP) com o mesmo QFI recebe o mesmo tratamento de encaminhamento. Cada fluxo de QoS possui um perfil de QoS que inclui parâmetros de QoS e características deles. Os parâmetros aplicáveis dependem do tipo de fluxo GBR ou não GBR. As características de QoS são padronizadas ou configuradas dinamicamente [1,2]. Os parâmetros da QoS para o 5G (5QI) estão listados nos Quadros 1, 2 e 3.
Quadro 1 – Mapeamento padronizado de 5QI para características de QoS com recurso GBR [6].
| Valor 5QI | Nível de prioridade | Limite de atraso de pacote | Taxa de erro de pacote | Volume máximo de dados | Janela de média | Exemplo |
| 1 | 20 | 100 ms | 10^(−2) | N/A | 2000 ms | Voz |
| 2 | 40 | 150 ms | 10^(−3) | N/A | 2000 ms | Live Streaming |
| 3 | 30 | 50 ms | 10^(−3) | N/A | 2000 ms | Jogo em tempo real; V2X |
| 4 | 50 | 300 ms | 10^(−6) | N/A | 2000 ms | Vídeo Não Conversacional (Streaming em Buffer) |
| 65 | 7 | 75 ms | 10^(−2) | N/A | 2000 ms | Voz em Tempo Real Crítica para a Missão Crítica (Push to Talk) |
| 66 | 20 | 100 ms | 10^(−2) | N/A | 2000 ms | Voz em Tempo Real Não Crítica para a Missão (por exemplo, Push to Talk – PTT Não Crítico para a Missão) |
| 67 | 15 | 100 ms | 10^(−3) | N/A | 2000 ms | Mission Critical Video user plane |
| 75 | 25 | 50 ms | 10^(−2) | N/A | 2000 ms | Mensagens V2X |
| 71 | 56 | 150 ms | 10^(−6) | N/A | 2000 ms | Uplink Streaming |
| 72 | 56 | 300 ms | 10^(−4) | N/A | 2000 ms | Uplink Streaming |
| 73 | 56 | 300 ms | 10^(−8) | N/A | 2000 ms | Uplink Streaming |
| 74 | 56 | 500 ms | 10^(−8) | N/A | 2000 ms | Uplink Streaming |
| 76 | 56 | 500 ms | 10^(−4) | N/A | 2000 ms | Uplink Streaming |
Quadro 2 – Mapeamento padronizado de 5QI para características de QoS com recurso Non-GBR [6].
| Valor 5QI | Nível de prioridade | Limite de atraso de pacote | Taxa de erro de pacote | Volume máximo de dados | Janela de média | Exemplo |
| 5 | 10 | 100 ms | 10^(−6) | N/A | N/A | Sinalização IMS |
| 6 | 60 | 300 ms | 10^(−6) | N/A | N/A | Vídeo (buffered streaming) baseado em TCP |
| 7 | 70 | 100 ms | 10^(−3) | N/A | N/A | Voz; vídeo (transmissão ao vivo); jogos interativos |
| 8 | 80 | 300 ms | 10^(−6) | N/A | N/A | Vídeo (transmissão ao vivo) baseado em TCP (por exemplo, www, e-mail, chat, ftp, compartilha- mento de arquivos p2p, vídeo progres- sivo) |
| 9 | 90 | 300 ms | 10^(−6) | N/A | N/A | Vídeo (buffered streaming) baseado em TCP (por exemplo, www, e-mail, chat, ftp, compartilhamento de arquivos p2p, vídeo progressivo) |
| 10 | 90 | 1100 ms | 10^(−6) | N/A | N/A | Vídeo (buffered streaming) baseado em TCP e qualquer outro serviço que pode ser usado por acesso via satélite com essas características |
| 69 | 5 | 60 ms | 10^(−6) | N/A | N/A | Sinalização sensível ao atraso de missão crítica (e.g., sinalização MCPTT) |
| 70 | 55 | 200 ms | 10^(−6) | N/A | N/A | Dados de Missão Crítica |
| 79 | 65 | 50 ms | 10^(−2) | N/A | N/A | Mensagens V2X |
| 80 | 68 | 10 ms | 10^(−6) | N/A | N/A | Aplicações eMBB de baixa latência; reali- dade aumentada |
Quadro 3 – Mapeamento padronizado de 5QI para características de QoS com recurso Delay Critical GBR [6].
| Valor 5QI | Nível de prioridade | Limite de atraso de pacote | Taxa de erro de pacote | Volume máximo de dados | Janela de média | Exemplo |
| 82 | 19 | 10 ms | 10^(−4) | 255 bytes | 2000 ms | Automação Discreta |
| 83 | 22 | 10 ms | 10^(−4) | 1354 bytes | 2000 ms | Automação Discreta; Mensagens Vehicle-to-Everything (V2X) |
| 84 | 24 | 30 ms | 10^(−5) | 1354 bytes | 2000 ms | Sistemas de transporte inteligentes |
| 85 | 21 | 5 ms | 10^(−5) | 255 bytes | 2000 ms | Distribuição de energia – alta tensão; mensagens V2X |
| 86 | 18 | 5 ms | 10^(−4) | 1354 bytes | 2000 ms | Mensagens V2X |
| 87 | 25 | 5 ms | 10^(−3) | 500 bytes | 2000 ms | Serviço interativo – dados de rastreamento de movimento |
| 88 | 25 | 10 ms | 10^(−3) | 1125 bytes | 2000 ms | Serviço interativo – dados de rastreamento de movimento |
| 89 | 25 | 15 ms | 10^(−4) | 17000 bytes | 2000 ms | Conteúdo visual para renderização em nuvem/borda |
| 90 | 25 | 20 ms | 10^(−4) | 63000 bytes | 2000 ms | Conteúdo visual para renderização em nuvem/borda |
Alguns Detalhes importantes para ressaltar:
- Identificador de QoS 5G (5QI): Um identificador para características de QoS que influenciam pesos de agendamento, limites de admissão, limites de gerenciamento de fila, configuração do protocolo de camada de enlace, etc.
- Prioridade de Alocação e Retenção (ARP): Informações sobre nível de prioridade, capacidade de substituição (pode substituir recursos atribuídos a outros fluxos de QoS) e vulnerabilidade à substituição (pode ser substituído por outros fluxos de QoS).
- Taxa de Fluxo Garantida (GFBR): Medida ao longo da Janela de Tempo Médio. Recomendado como a taxa de bits mais baixa na qual o serviço sobreviverá.
- Taxa de Fluxo Máxima (MFBR): Limita a taxa de bits ao máximo esperado por este fluxo de QoS.
- Taxa Máxima de Bits Agregada (AMBR): Session-AMBR é por sessão PDU em todos os seus fluxos de QoS. UE-AMBR é para cada UE.
- Controle de Notificação de QoS (QNC): Configura a NG-RAN para notificar o se o GFBR não puder ser atendido. Útil se a aplicação puder se adaptar às condições em mudança. Se perfis de QoS alternativos forem configurados, a NG-RAN indica se um deles corresponde às métricas de desempenho atualmente atendidas.
- Taxa Máxima de Perda de Pacotes: No [3], isso é limitado à mídia de voz.
- Packet Error Loss Rate (PELR): A Taxa de Perda de Erros de Pacote (PELR) é uma métrica que estabelece um limite superior para a taxa de perda de pacotes que ocorrem devido a erros no nível da camada de enlace de uma rede. Ele representa a proporção de Unidades de Dados de Serviço (SDUs) processadas pelo remetente de um protocolo de camada de enlace, mas que não são entregues com sucesso pelo receptor correspondente à camada superior [4]
- Packet Delay and Budget (PDB): Define um limite superior para o tempo que um pacote pode ser atrasado entre o UE (Equipamento do Usuário) e o ponto de terminação N6 na UPF. O PDB se aplica ao pacote DL recebido pela UPF na interface N6 e ao pacote UL enviado pelo UE. Para um determinado 5QI, o valor do PDB é o mesmo no UL e DL [5].
Saiba mais sobre slicing, uma das tecnologias importantes para QoS em 5G, no seguinte artigo: Fatiamento de Rede (slicing) no 5G
Atenção: O texto acima foi extraído do TCC de Douglas Liao, intitulado Implementação de QoS em rede 5G através do Network Slicing, disponível em: https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/248721.
Referências:
[1] LIAO, Douglas. Implementação de QoS em rede 5G através do Network Slicing. 2023. 75 f. TCC (Graduação) – Curso de Engenharia de Controle e Automação, Departamento de Engenharia de Controle, Automação e Computação, Universidade Federal de Santa Catarina. Campus Blumenau, Blumenau, 2023. Disponível em: https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/248721. Acesso em: 13 jul. 2023.
[2] DEVOPEDIA. 5G Quality of Service. 2021. Disponível em: https://devopedia.org/5g-quality-of-service. Acesso em: 6 jun. 2023.
[3] 3GPP. Release 16. 2020. Disponível em: https://www.3gpp.org/specifications-technologies/releases/release-16. Acesso em: 6 jun. 2023.
[4] 3GPP. Digital cellular telecommunications system. 2011. Disponível em: https://www.etsi.org/deliver/etsi%5C_ts/123200%5C_123299/123203/09.09.00%5C_60/ts%5C_123203v090900p.pdf. Acesso em: 6 jun. 2023.
[5] 3GPP. 5G QoS characteristics. 2022. Disponível em: https://www.tech-invite.com/3m23/toc/tinv-3gpp-23-501%5C_za.html. Acesso em: 6 jun. 2023.
[6] 3GPP. 5G; System architecture for the 5G System (5GS). TS 23.501, version 17.9.0, Release 17, July. 2023. Disponível em: https://www.etsi.org/deliver/etsi_ts/123500_123599/123501/17.09.00_60/ts_123501v170900p.pdf. Acesso em: 22 jul. 2022.
