作者 | 當青
來源 | 阿裡技術公衆号
為什麼在人多的時候，我的速率會降低，時延會增加呢？
一 5G時頻資源
首先要給大家介紹一下5G時頻資源的概念：
我們所傳輸的資料都是承載在這一個個小格子上的，每個小格子根據調制階級的不同，可以攜帶2~8bit的資訊（QPSK:2bit, 16QAM:4bit, 64QAM:6bit, 256QAM:8bit）。橫坐标是時域，每個小格子是1個OFDM符号，15kHz子載波間隔時，持續1/14毫秒。縱坐标是頻域，一個小格子是一個子載波，在15kHz子載波間隔下占據時域上的15kHz（看上去是句廢話，但是與LTE不同，NR的實體層結構是按照子載波間隔變化的，是以這裡需要限定子載波間隔即SC）。
因為在一個小區（即同一個營運商的一定覆寫範圍内）下，所有使用者是資源共享的，是以你的速率取決于你能被配置設定多少個小格子，你的空口時延取決于你什麼時候能被配置設定上小格子，以及調制政策是否合适，是否産生誤碼和重傳。
基站的排程順序通常是先時域再頻域，即先選出可以在這個子幀上傳輸資料的使用者，再決定給這些使用者每人配置設定多少資源（不同廠家的實作機制會有所不同）。
二 Quality of Service
那麼基站的時頻域使用者選擇的input是什麼呢？給大家介紹一個新的概念：QoS（Quality of Service）。5G有一套标準化的QoS保障制度，使用者的每個PDU session都對應一個或多個QoS流（QoS Flow），每個QoS flow都有一個辨別符QFI（QoS Flow Identifier），然後基站會将QoS流映射到一個無線承載上并進行相應的排程。相比于4G時代，QoS的最小區分顆粒度為無線承載，5G時代的最小顆粒度要小得多，為QoS Flow。一個PDU會話可以對應多個無線承載，一個無線承載又可以對應多個QoS Flow。一個PDU會話中具有相同QFI的使用者面資料會獲得相同的轉發和排程政策，這就使5G的排程比4G靈活得多。具體的映射關系見下圖，不過看不懂也沒關系，你隻需要了解，網絡内的轉發和排程節點有辦法很精确地知道你的業務需求就可以了。
每個QoS流會有一個QoS配置，裡邊會包含：
- 5QI：即QoS特性索引。标準的5QI與QoS對應參數見下圖。
- ARP：接入優先級，在資源擁塞時，通常使用該優先級判斷是拒絕你的請求還是将别人的資源釋放出來給你用。
- GFBR: 保證流比特率，就是即使在擁塞環境下，依然保障你能拿到這個速率。
- MFBR：最大流比特率，為了防止一個使用者占用過多資源，限制了該使用者的最大速率。比如我們購買營運商的不限流量套餐時，有時會被提醒當你每個月的流量超過多少時會被限速，會用到這個參數。
- Maximum packet loss rate:最大丢包率，顧名思義。
- 等等
圖源：
https://blog.csdn.net/u010178611三 保障功能
有了上面這些資訊之後，基站就知道每個使用者的QoS需求啦，然後基站會通過一系列的功能來盡量保障每個使用者的業務需求，我們挑幾個重點的來說：
高速率
- 簡單粗暴，多分資源。
- 信号品質好的客戶排程更高的調制階級，相同的資源可以攜帶更多bit資訊。
- MIMO，不管是單使用者MIMO還是多使用者MIMO，都能顯著提高速率。
- 載波聚合，一個小區的資源不夠，将兩個甚至多個小區的資源聚合起來配置設定給一個使用者。
- 子幀配比：封閉環境可以調整小區的上下行子幀配比來改變系統上下行容量。注意一定要是封閉環境哦，不然會給其他小區帶來很嚴重的幹擾。
低延遲時間
- 更大的子載波間隔：與之對應的是時域上每個OFDM symbol占據更短的時間，相當通過增加頻域資源減少時域資源，傳輸相同資料的時延就變短了。
- 搶占：本來基站已經把資源配置設定給其他使用者了，但是突然有一個緊急且重要的業務請求，那隻能把已經配置設定給别人的資源搶過來給你啦。有兩種方法：
- 告知被搶占的使用者取消原定的資料傳輸，等待資源重新配置設定。
- 兩個使用者同時發送，但是你的發射功率更高，強行将另一個使用者的資料當成幹擾處理。
- 免排程請求或預排程：通常一個使用者想要發送資料，需要先向基站發送排程請求，基站收到後回複該使用者被配置設定的資源，使用者再在被配置設定的資源上傳輸使用者資料。免排程請求或預排程都是通過預先給使用者配置設定資源的方式節省排程請求的時間，也就是我不管你用不用，資源先分給你了，有錢任性！
高可靠
- 低碼率傳輸：即使使用者的信号環境很好，也降低調制階級和MCS來傳輸，確定一次傳成功。
- 重複傳輸：與重傳不同，重傳是指第一次傳輸失敗後，基站重新配置設定資源做再次傳輸。重複傳輸是指，初始排程的時候就将相同的資料重複傳輸N次。在信号環境不好的情況下，重複傳輸可以有效地在保障可靠性的同時降低延遲時間。
- PDCP複制：與重複傳輸類似，都是通過犧牲容量提高可靠性的方法，隻不過重複傳輸是發生在實體層，PDCP複制發生在PDCP層。
- Multiple TRP：多點收發。如果多點傳輸的是相同的内容，就可以增加可靠性，如果多點傳輸不同内容，就可以增加速率。
怎麼樣，是不是聰明又缜密的設計？
四 XG QoS平台
那麼問題來了，這麼多高科技的功能要如何為我服務呢？我要怎麼把我的業務需求告訴給營運商呢？我不懂通信，不知道該下發怎樣的QoS參數怎麼辦？阿裡巴巴達摩院XG實驗室急你所急，我們開發了一個雲網融合XG QoS平台，對接營運商的能開接口，同時将複雜的通信參數翻譯成了簡單的語言，沒有通信背景的同學也可以通過調用我們的平台輕松保障你的業務品質。并且，借助ENS邊緣雲屬地化的分布式部署，就近接入，智能計算，能夠為業務應用提供真正的5G網絡+邊緣雲的端到端品質保證。這樣的雲網融合服務架構，可以更好的賦能5G“低延遲時間，大帶寬，高可靠，廣連接配接，分布式，屬地化”的場景應用。
我們可以提供2項基礎服務：
- 開通：開通客戶應用對平台QoS能力的使用，統一界面，屏蔽平台間差異化。
- 執行：基于應用需求和雲網能力，下發靜态QoS 參數，提供雲網端到端QoS保障。
同時，借助強大的邊緣雲算力資源和排程能力，可以提供預測和動态調整等增值服務：
- 鍊路預測及最優5G鍊路選擇綜合5G鍊路實時狀态、使用者行為模型等多元度關鍵因素，執行QoS預測算法，推導給定時間視窗下的使用者5G端到端系統鍊路變化模型，結合XG QoS平台智能算法，執行使用者準入控制， 或者将使用者重定向到最佳5G服務通道，擷取最優服務。
- 動态QoS參數下發通過大資料與AI識别相同應用不同使用者/業務/操作等因素引起的QoS需求變化，實作千人千面的QoS參數預測與下發。相比于靜态QoS保障，可以更好的應對突發的高網絡品質要求，滿足使用者順暢體驗的同時節省資源。
- 面向群體業務的負載均衡排程預測業務的群使用者QoS的變化趨勢，設計5G網絡負載均衡算法，提升使用者群QoS水準。
我們已經與中國電信，ENS 和6DoF一起，就視訊業務成功驗證了雲網能開平台的QoS保障效果。結果顯示，在保障帶寬場景下，被保障使用者可實作自由視角（6 DoF）流暢播放，沒有卡頓。沒有被保障的使用者在弱網環境下出現明顯示卡頓。
除了保障單個使用者的體驗之外，XG QoS平台也可以提高應用的可用性。對于一些對網絡品質有較高要求的應用，以雲遊戲為例，高品質的遊戲體驗對速率，端到端時延，抖動，丢包等名額均有非常高的要求。在未經保障的網絡裡，可以滿足此要求的覆寫比例較少，成為應用普及的絆腳石。通過QoS保障機制，可以大幅度提升高品質遊戲體驗的覆寫範圍，使玩家可以随時随地的享受順滑的遊戲體驗。
QoS作為5G的一大亮點功能，所能做到的還遠遠不止于此。如果你的業務也對服務品質有很高的要求，想要通過QoS保障來提高服務的可用性和客戶體驗，甚至拓展新的應用場景，歡迎聯系XG實驗室，我們一起探讨，一起突破！
Reference：
3GPP TS 23.501《5G NR标準 下一代無線通信技術》 by Erik Dahlman/Stefan Parkvall/Johan Skold
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