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过了一个年，磨磨蹭蹭快两个月没有更了，不过这两个月也没闲着，撸了3卷《通鉴纪事本末》、4卷《聊斋志异》，还有一些杂七杂八的白话文，收获很大。技术研究久了，陶冶一下中国传统文学感觉生活突然丰富了不少 ^-^。 经过前面8篇文章的详解，QoS控制原理基本介绍完了。控制原理部分主要局限在控制面的SMF和PCF。从本篇开始就切换赛道，进入到真刀真枪肉搏的UPF、gNB和UE，重点介绍SMF和PCF的控制信息是如何分发到各个实体，进而影响用户面数据转发的。 Reflective QoS部分也写的基本差不多了，但是还有一些细节的问题再补充，后续彻底研究透彻了再发出来。其实，之前我自身也没有深入到这个层面，个人工作岗位是维护甚至是大半个走流程的文员，突然深入到底层细节问题，仍然会发现很多思维盲点没有彻底贯通，希望各位同学耐心等候。写详解系列文章的目的也是看完这些文章，就不用互联网上各种百度谷歌了，避免看起来介绍了很多，好像说明白了，实际上坑也埋了不少。 \

5GC中PCF负责生成QoS控制策略下发给SMF，SMF负责推导具体的QoS控制数据。我们知道SMF是5GC的控制面NF，不具体负责数据包的转发，负责用户数据转发的是UPF、gNB。虽然我们在3.1.3章节把QoS控制原理的技术细节都介绍了，貌似讲的挺有道理，但这些“QoS参数、QoS Flow Binding等知识是如何影响数据包转发的”并没有介绍。SMF设想的再好，比划的再花哨，也只是空中楼阁闭门造车，UPF才具体负责数据包的转发，UPF、gNB甚至UE如何做才是实实在在影响5G QoS的关键，是对用户体验直接负责的网络实体。鬼子进村了、美国“卡脖子”了，拿出PPT口若悬河的讲一通，既无法退敌也解决不了喘气的问题，莫不如踏踏实实的从边区造、汉阳造开始，一步一个脚印的修炼真功夫。

从本章节开始我们就具体看看SMF形成的那一套控制逻辑是如何一点一点的影响数据包转发的。

SMF根据PCF下发的会话策略信息推导出UPF、gNB、UE使用的QoS控制规则，发送给UPF、RAN和UE，共同实现对用户面业务的控制。SMF本地需要保存PCC Rule和UPF的PDR、RAN的QoS Profile及UE的QoS Rule之间的映射，也就是他们之间的关联关系。这些关联关系保证的是同一类业务（使用相同的Packet Filter过滤出的SDF）的上下行数据在同一个QoS Flow中传输。这样，当PCC Rule更新时，SMF就知道该更新哪个QoS Profile和QoS Rule，进而就知道该调整哪些数据包的转发。

对于一个从外部DN进入到5G网络的数据包，需要在UPF、NG-RAN中进行转发，最终落地到UE，那么该数据包在UPF、NG-RAN中的QoS控制的一致性都是通过QFI关联的，也就是说对于同一个QoS Flow中的数据包在UPF、NG-RAN中会受到一致的业务转发对待，不会出现在UPF中被认为是高服务质量的QoS Flow，而到NG-RAN中变成了低优先级服务质量的QoS Flow。

注：

上面提到了外部DN网络*，*我们知道在IP网络中，IP数据包的包头中有ToS/DSCP的字段，用于表示在IP网络中不同业务类型数据的QoS服务级别或者说重要性级别。问题是，5G中的QoS保障机制和IP网络数据包的QoS服务级别并不在同一个参考系中，也就是说二者参考的基准不一致，但是，这两者又不能完全割裂起来，比如在外部DN上的一个实时性高的数据包标记为高优先级，这个IP数据包进入到5G网络后使用了最低转发优先级，这种逻辑刨除竞争关系也不一定合乎常理。这就涉及到DN网络IP数据包的ToS/DSCP和5G网络的5QI、ARP等参数的映射关系。另外还有一个问题，5G网络内部也是使用IP协议进行数据包转发的，那么5G网络内部的IP数据包头中的ToS/DSCP（外部包头）和GTP包中的内部IP数据包头的ToS/DSCP的映射关系是怎么样的呢？这些内容都会在5G QoS原理专题最后再进行讨论。

下图是上下行用户面数据包在5G网络中经过UPF、NG-RAN、UE进行分类、标记以及映射到QoS flows的处理过程图：

数据在不同网络实体的处理过程如下：\

·           下行数据

UPF根据SMF下发的下行PDR中的Packet Filter Set对下行数据包进行分类，并将数据包映射到QoSflow，然后执行该QoS flow对应的QoS控制。这一步利用的就是我们前面介绍的QoS Binding部分的知识。UPF将分类后的数据包在N3接口用QFI进行标记，并将该数据包发送给(R)AN。(R)AN收到分组数据后，根据QFI找到对应的DRB（data radio bearer）和相应的QoS参数执行QoS控制，并将数据发送给UE。

·           上行数据

UE通过SMF下发的QoS rule中的UL filters将上行数据包映射到QoS flow，并且对QoS flow进行标记。UE将QoS flow匹配到DRB，把数据发送到(R)AN。(R)AN收到后根据QFI执行QoS控制，并将分组数据发送到UPF。

这就是上下行数据包在5G网络中的映射、转发的全过程。我们后面的章节就是详解各个网络实体之间到底是如何互相配合贯彻执行SMF的QoS控制计划。

最后，需要注意的是：后续介绍的QoS Rule、PDR等等和QoS控制相关的概念都是和PDU Session相关联的，也就是说，QoS Rule、PDR等的作用范围限制在PDU Session内，比如：UE与CMNET网络和IMS网络建立了两个PDU Session，那么PCF针对CMNET和IMS会分别下发不同的策略控制信息，二者之间没有数据需要共享。

从下面UE发起的PDU Session建立流程图中可以看到，SMF和PCF交互完成之后，下一步就是和UPF交互（N4 Session Establishment Request/Response），之后和NG-RAN和UE交互（Namf_Communication_N1N2MessageTransfer、N2 PDU Session Request等消息）。所以，SMF为UPF推导的PDR、为NG-RAN推导的QoS Profile、为UE推导的QoS Rule都是包含在这些信令消息中分别发送给UPF、NG-RAN和UE。所以，本章节重点研究的就是SMF推导的QoS控制信息是如何分发给UPF、NG-RAN和UE的。

注：

QoS Profile在TS 23.501 5.7.1.2章节中说明是发送给NG-RAN使用的，但是，通过前面QoS binding部分的详解可以看出来，SMF在进行绑定的时候比较的就是QoS Profile。所以，SMF推导的QoS Profile并不是只发送给NG-RAN使用，SMF自身也需要保存QoS Profile。从QoS Profile的命名也可以看出来，QoS Profile（QoS档案文件）是对QoS Flow特性的描述。每个QoS Flow具有什么样的特性，其特性参数都包含在QoS Profile中，既然SMF用于控制QoS Flow，所以一定会保存QoS Flow对应的QoS Profile信息。

在PDU Session的建立流程中，如下图，SMF推导的QoS控制信息包含在下面红框中的几条信令进行分发：

QoS控制信息的下发根据是否开启Reflective QoS，有两种不同的信令流程。在未开启ReflectiveQoS功能时，SMF会向UE、NG-RAN和UPF分别下发相关的QoS控制信息。在开启了Reflective QoS功能时，SMF只会向NG-RAN、UPF下发QoS控制信息，此时UE的QoS控制信息由UE自行推导。

为了后续理解QoS控制信息在每个网络实体中的作用，先介绍QoS Rule和Reflective QoS的相关内容。

QoS Rule用于UE对用户面的上行业务进行分类、标记，即：将上行业务和QoSFlow关联起来，以便于在数据转发时采用不同的转发标准。对于IP类型或者Ethernet类型的PDU Session可以通过QoS Rule将数据包映射到不同的QoS Flow上，但是对于非结构化（Unstructured）类型的PDU Session，所有的上行数据包会全部映射在同一个QoS Flow，即：Default QoS Flow，里进行转发。

QoS Rule分为Signalled QoS rules和Derived QoS rules两种类型。Signalled QoS rules由SMF根据PCC Rule推导，并在PDU Session Establishment/Modification流程的最后通过信令由SMF经AMF发送给UE；Derived QoS rules为启用Reflective QoS时，由UE根据下行用户面业务自行推导的QoS Rule。

另外，在Non-3GPP接入场景时可能会在UE上预先配置QoS Rule。

3.1.4.2.1.1 Signalled QoSrules

SMF在PDU Session建立或更新流程中可以通过会话NAS消息为UE提供一个或者多个Signalled QoSrules。在一个PDU Session中，SMF至少需要为UE提供一个Signalled QoS rule，并且如果SMF只提供了一个Signalled QoS rule，那么这个Signalled QoSrule也是default QoS rule。

Signalled QoS rules的定义如下图，包含的具体内容有：

-       QoS Rule ID（DRI）

该ID值由SMF生成，且在PDU Session中是唯一的。DRI的取值范围是1～255，0不使用；

-       DQR标记

表示下发的QoS Rule是否是default QoS rule，并且该DQR标记位后续不能改变。

对于IP或者Ethernet类型的PDU Session，网络下发的default QoS rule，在下行方向上可能包含0个或者多个Packet Filter，上行方向上可能包含能够匹配上所有数据包的Packet Filter、或者在上下行都包含能够匹配上所有数据包的Packet Filter、或者在上行方向除了包含能够匹配上所有数据包的Packet Filter还包含0个或者多个其它上行Packet Filter。

-       QFI

该QFI就是PCF下发给SMF的PCC Rule绑定的QoS Flow的QFI。

-       PacketFilter Set

该字段是可选的，也就是说可以不包含数据包过滤器。QoS rule中可以包含0个或者多个上行packet filters、0个或者多个下行packet filter、0个或者多个上下行的packet filter或者是上述中的任何组合。Packet Filter Set是SMF根据PCF下发的PCC Rule中的上行SDF Filter推导出来的。

从这里可以看出来，当不包含过滤器的时候，按照3GPP规范的定义，对default Qos rule确实有不同的处理方法。对于非结构化类型的PDU Session，或者处于NB-N1模式时，只能存在default QoS rule这么一个Qos rule。

-       QoS Rule优先级

通常设置为PCF下发的PCC Rule的优先级。

-       对于动态指定的QFI，SMF除了下发QoS Rule，还会下发QoS Flow关联的QoS参数，如5QI、GFBR、MFBR、AveragingWindow等，

SMF可以触发PDU Session更新流程删除任何除default QoSrule以外的QoS Rule。

同一个QoS Flow可以关联0个、1个或者多个QoS Rule，也就是说，可以有多条上行业务数据流SDF（经过Packet Filter Set过滤的数据流）在同一个QoS Flow中传输。和我们前面介绍的多个PCC Rule可以关联到同一个QoS Flow是一致的。因为QoS Rule就是SMF根据PCC Rule推导的。

在PDU Session Establishment/Modification流程中，UE发送的PDU Session建立请求会携带Maximum number of supported packet filters字段，用于表示UE支持的最大过滤器的数量，该字段在SMF发送给PCF的SM Policy AssociationEstablishment中会放置在numOfPackFilter中携带给PCF，以保证PCF下发packet filter时不会超过UE上报的最大值。虽然对于IP类型或者Ethernet类型的PDU Session，packet filter支持的最大值会多于16个，但为了保证兼容性，目前的UE实现一般都是最大设置为16。

SMF在PDU Session establishment流程中都会发送给UE一个default QoS rule，用于关联某个QoS Flow，也就是缺省QoS Flow。对于IP类型和Ethernet类型的PDU Session，该QoS Rule的优先级最低（优先级值最大），其中包含的Packet Filter Set是能够匹配上任何上行数据包的过滤器，也就是用于在多个QoS Rule中作为兜底的QoS Rule。

对于非结构化类型的PDU Session，default QoS rule不包含Packet Filter Set，也就是任何上行数据包都会匹配到default QoS Rule关联的QoS Flow上，对所有的上行数据包一视同仁，采用相同的处理方式，具有相同的转发处理待遇。同样，对于非结构化类型的PDU Session只能有一个QoS Rule，就是default QoS Rule。

注：

对于Default QoS rule是否包含Packet Filter Set，目前在多个规范中的说法不一致，有的规范文件说明是包含能匹配上任何数据包的Packet Filter Set，有的文件说明是可以不包含PacketFilter Set，或者两种情况都有，但作用都是一样的，就是作为兜底的QoSrule。

如果default QoS rule不包含PacketFilter Set或者包含了匹配任何上行数据包的Packet Filter Set，那么该default QoS rule关联的QoSFlow不适用于Reflective QoS。SMF也不会把该QoS Flow的RQA标记发送给NG-RAN。这句话简单来说，就是缺省QoS Flow不能开启Reflective QoS。

最后，对于Signalled QoSrules，并不完全是由SMF主动发送给UE的，在个别场景下，UE也可以请求SMF发送Signalled QoS rules，比如：UE请求将某个SDF绑定到dedicated QoS flow上。此时UE就可以请求SMF下发Signalled QoS rules。这种场景一定是在PDU Session更新流程中才会出现，否则根本无从谈起dedicatedQoS flow的概念。UE请求Signalled QoS rules的方法是UE在向SMF发送PDU SESSION MODIFICATIONREQUEST消息（如下图所示）中将Requested QoSrules字段中的分离比特位置“1”（即：segregation bit），并且需要UE自己分配一个QoS Rule的优先级发送给SMF（该优先级值不能在70~90之间）。SMF收到该请求后会下发相应的QoS Rule。

3.1.4.2.1.2 DerivedQoS rules

Derived QoS Rule实际上就是后面介绍的Reflective QoS。这里先提前简单介绍一下，下一小节ReflectiveQoS进行详细介绍。

Derived QoS rule的组成如下：

QFI

上行的packet filter

-  优先级值为80（十进制）

所有UE推导的Derived QoS Rule的优先级值均设为标准值80。网络侧下发的QoS rule的优先级值范围：70～99。

和Signalled QoS Rule一样，同一个QFI也可以关联多个Derived QoS Rule。对于一个给定的上行packet filter，UE最多只能推导出来一个Derived QoS rule。