Tujuan QoS
Banyak operator mobile broadband memiliki tujuan untuk menyediakan pelayanan yang beragam seperti Internet, suara, dan video melalui jaringan akses packet-switched. Pelayanan ini akan menggunakan sumber daya jaringan radio dan core dengan daya layanan yang terbaik seperti menelusuri Internet, dan mengunduh e-mail, dan mereka masing-masing memiliki perbedaan kebutuhan Quality of Service (QoS/Kualitas Layanan). Pada multi layanan, hal ini sangat penting bahwa EPS menyediakan solusi efisien dari QoS yang cukup untuk pengguna ketika melakukan masing-masing jenis layanan melalui jaringan radio.
Sebagai tambahan untuk perbedaan layanan, aspek yang penting adalah perbedaan dari pelanggan. Operator dapat menyediakan perlakuan berbeda pada trafik IP untuk layanan yang sama tergantung dari jenis layanan yang digunakan oleh pengguna. Kelompok dari masing-masing pelanggan dapat ditentukan sehingga memudahkan operator untuk melakukan kebijakannya dengan menentukan jenis QoSnya. Untuk lebih lanjutnya akan dibahas melalui QoS pada E-UTRAN, kinerja dengan GERAN/UTRAN, dan aspek QoS ketika bekerja dengan akses lainnya.
Sebagai konklusinya dibutuhkan standarisasi sederhana dan efektif untuk mekanisme QoS untuk pengembangan mobile broadband dengan banyak vendor. Mekanisme QoS mengizinkan operator untuk menyediakan layanan dan pembedaan pelanggan dan mengendalikan performa dengan trafik paket dari layanan tertentu dan kelompok pelanggan.
QoS pada E-UTRAN
Sebelum pembahasan detail dari parameter QoS dan mekanisme untuk E-UTRAN dan EPS, mula-mula konsep EPS pembawa QoS akan dijelaskan dalam konteks yang lebih luas. EPS hanya meliputi kebutuhan QoS untuk traffic yang berada di dalam EPS, yaitu antara UE dan PDN GW. Jika layanan yang diinginkan luar lingkup tersebut, maka QoS akan dijaga dengan mekanisme lainnya. Pada bahasan ini, hanya akan dibahas EPS yang hanya meliputi kebutuhan QoS untuk traffic yang berada di dalam EPS.
Pembawa EPS merepresentasikan level dari pengendalian QoS pada E-UTRAN/EPS dan menyediakan jalur transmisi logic dengan sifat-sifat QoS di antara UE dan jaringan. Konsep-konsep QoS dari pembawa EPS itu kemudian dipetakan pada konsep-konsep QoS transportasi utama.
1. Perbedaan dibandingkan terhadap QoS untuk pre-EPS GERAN/UTRAN
Solusi QoS untuk E-UTRAN memiliki sedikit perbedaan dibandingkan dengan solusi QoS untuk GERAN/UTRAN. Dua perbedaan menonjol adalah sebagai berikut :
Paradigma Pengendali Bearer
Sejak GPRS rilis 6 muncul terdapat perubahan paradigma pengendali bearer yang awalnya adalah UE yang kemudian muncul bearer yang baru. UE juga mengendalikan pemetaan informasi antara traffic dengan bearer. Kemudian, versi 7 dirilis ketika sistem diubah dengan menggunakan prosedur NW-initiated yang bertujuan untuk menggunakan bearer dan pemetaan informasi traffic. EPS dan E-UTRAN pada lain pihak, mengimplementasikan konsep jaringan total-bearer terkontrol.
Parameter QoS pada Bearer
E-UTRAN atau secara sederhananya adalah parameter QoS yang terasosiasi dengan masing-masing bearer. EPS bearer juga terasosiasi dengan kecepatan bit yang menghasilkan pada keempat parameter QoS untuk bearer dari QoS.
Pre-EPS GPRS dijelaskan sebagai konsep QoS untuk GERAN/UTRAN dengan empat Traffic Classes dan 13 perbedaan sifat bearer QoS. Konsep QoS kebanyakan dirujuk pada “Release 99 QoS” sejak diperkenalkannya untuk Release 99 GPRS. Sifat QoS menspesifikasi kecepatan bit yang terdukung oleh konteks PDP, prioritas traffic, error rates, delay maksimum transfer dan sebagainya. Hal ini menyebabkan kompleksnya suatu sistem dan banyak dari sifat QoS yang tak digunakan secara pakteknya.
Subscribed Parameter QoS
Pada pre-EPS GPRS, profil subscribed QoS berada pada kondisi QoS maksimum teralokasi pada masing-masing konteks PDP. Terminalnya mengaktifkan banyak konteks PDP yang kemudian menghasilkan satu subscribed QoS untuk masing-masing konteks. Tidak terdapat konsep sebagai subscribed QoS untuk bearer yang terdedikasikan, malah PDN GW mendeterminasikan QoS sebagai bearer terdedikasi yang berdasarkan pada otoritas penerimaan QoS dari PCRF (Policy and Charging Rules Function). Maka tak perlu lagi membuat parameter pelanggan spesifik untuk bearer terdedikasi pada HSS. PCRF akan menggantikan tugasnya
2. Parameter QoS pada EPS Bearer
EPS bearer memiliki dua parameter QoS yang terasosiasi dengan QoS Class Identifier (QCI) dan Allocation and Retentio Priority (ARP). QCI dibedakan terhadap perlakuan user-plane pengangkut paket IP pada bearer yang diberikan seharusnya menerima ketika ARP menspesifikasi perlakuan control-plane bearer harus terima.
Mekanisme QoS terasosiasi menyediakan dua fitur esensial yaitu pembagian trafik dan kendali penerimaan resource-based. Konsep class-based QoS menggunakan QCI untuk mengizinkan jaringan membagi antara traffic bearer real time dan non-real-time. Untuk mendukung layanannya dibutuhkan Guaranteed Bit Rate (GBR) tertentu. Jaringan memesan GBR bearer ketika membangun bearer yang sesuai
QoS Class Identifier
EPS menggunakan konsep class-based QoS dimana setiap QoS menandai sebuah QCI. QCI diibaratkan sebuah pointer, atau referensi pada suatu parameter yang mendefinisikan perlakukan paket yang diteruskan pada bearer harus menerima ketika terproses pada sebuah simpul. Parameter node-specific untuk setiap QCI telah diatur sebelumnya oleh vendor.
Alokasi dan Penyimpanan Prioritas
ARP digunakan untuk mengidentifikasi prioritas dari alokasi dan penyimpanan dari bearer. Secara khusus diguankan oleh jaringan untuk memilih membuat bearer atau memodifikasi atau menolak berdasarkan keterbatasan sumber.
EPS mendukung 15 nilai yang berbeda dari ARP. Pada jaringan inti 2G/3G sampai Release 9, jaringan packet core didukung hanya 3 nilai ARP. Ketiga nilai tersebut harus dapat dipetakan ke 15 nilai pada RAN (GERAN dan UTRAN). Karena terbatas maka ketika terjadi panggilan darurat, panggilan tersebut akan melalui circuit-switched layanan suara saja dan mekanisme ARP pada domain packet-switched digunakan hanya untuk tujuan komersial saja walau bagaimanapun pada packet-only EPS, layanan darurat dapat menggunakan domain packet-switched juga.
Ketika situasinya sumbernya langka, jaringan dapat menggunakan ARP untuk memprioritaskan pembuatan dan modifikasi dari bearer dengan high ARP bearer hingga low ARP ketika melakukan kendali penerimaan. ARP juga mendukung pre-emption untuk bearer. Ketika sumbernya sangat terbatas, jaringan dapat menggunakan ARP untuk memilih yang mana bearer yang dibuang.
GBR dan Non-GBR Bearer
Salah satu sifat dari bearer adalah kecepatan bit yang terasosiasi. Terdapat dua tipe bearer yaitu GBR bearer dan Non-GBR bearer. GBR bearer tealh dijelaskan pada parameter QoS. Non-GBR bearer tidak terasosiasi dengan parameter kecepatan bit.
Bearer dengan terasosiasi GBR, artinya memiliki bandwidth sesuasi alokasi bearernya meskipun dimanfaatkan atau tidak. GBR bearer selalu menggunakan sumber melalui koneksi radio bahkan jika tidak ada trafik yang dikirim. GBR bearer hanya diizinkan oleh jaringan jika terdapat sumber yang cukup. Batas MBR bit rate dapat diharapkan menyediakan GBR bearer.
Non-GBR bearer tidak memiliki alokasi bandwidth yang tetap dan tidak ada jaminan berapa banyak trafik yang dapat dibawa. Ketersediaan dari sumber radio untuk non-GBR yang ada tergantung jumlah total muatan pada cell sama seperti pada QCI terhadap bearer. Pada EPS, non-GBR bearer menilai kebijakan pada keseluruhan level bahkan setiap level bearer-nya.
Jenis bearer apakah GBR atau non-GBR tergantung pada jenis layanan yang dibawa oleh bearer-nya. GBR bearer biasa digunakan untuk layanan yang bagus untuk blok layanan dibandingkan menurunkan layanan penerimaan pada kasus sumber tidak memungkinkan.VoIP dan streaming membutuhkan bandwidth yang konstan dan nilai GBR yang dipastikan baik untuk pengguna. Jika tidak ada sumber yang memungkinkan lebih baik dibua layanan blok. Untuk penjelajahan internet, e-mail dan program chat tidak butuh bandwidth konstan jadi dapat menggunakan non-GBR bearer.
Standarisasi Nilai QoS dan Karakteristik yang berkoresponden
Nilai tertentu QCI telah distandarisasi untuk referensi spesifik karakteristik QoS. Karakteristik Qos menjelaskan perlakuan penerusan paket yang dimana trafik untuk penerimaan bearer ujung ke ujung antara UE dan GW untuk karakteristik kinerja seperti prioritas, packet delay budget dan packet error loss rate. Berikut ini penjelasan singkatnya
Tabel 8.1 Karakteristik Standarisasi QCI
| QCI | Jenis Sumber | Prioritas | Packet Delay Budget (mms) | Packet Error Loss Rate | Contoh Layanan |
| 1 | GBR | 2 | 100 | 10-2 | Conventional voice |
| 2 | 4 | 150 | 10-3 | Conventional video (live streaming) | |
| 3 | 3 | 50 | 10-3 | Real-time gaming | |
| 4 | 5 | 300 | 10-6 | Non-conventional video (buffered streaming) | |
| 5 | Non-GBR | 1 | 100 | 10-6 | IMS |
| 6 | 6 | 300 | 10-6 | Video (buffering streaming) TCP-based (www, e-mail, chat, ftp, p2p filesharing, progressive video, etc) | |
| 7 | 7 | 100 | 10-3 | Video, video (live streaming) interactive gaming | |
| 8 | 8 | 300 | 10-6 | Video (buffering streaming) TCP-based (www, e-mail, chat, ftp, p2p filesharing, progressive video, etc) | |
| 9 | 9 | 300 | 10-6 | Video (buffering streaming) TCP-based (www, e-mail, chat, ftp, p2p filesharing, progressive video, etc) |
1.3. APN-AMBR dan UE-AMBR
Sebagai tambahan pada parameter bit rate terasosiasi dengan masing-masing GBR bearer, EPS juga mendefinisikan parameter AMBR yang terasosiasi dengan non-GBR bearer. Parameternya tidak menunjuk langsung secara spesifik tapi berdasarkan total bit rate yang pelanggan izinkan untuk digunakan untuk keseluruhan non-GBR bearer. Terdapat dua jenis AMBR yaitu APN-AMBR dan UE-AMBR.
APN-AMBR adalah total bit rate yang diizinkan digunakan untuk semua non-GBR bearer yang terasosiasi dengan APN yang spesifik. Parameter ini bisa disebut bagian dari abonemen pengguna tapi mungkin juga dikendalikan oleh PCRF. APN-AMBR membatasi total trafik non-GBR untuk APN, jumlah koneksi PDN dan non-GBR bearer yang terbuka untuk APN. Dengan kata lain jika pengguna memiliki banyak koneksi PDN pada APN yang sama, maka mereka akan berbagi APN-AMBR yang sama.
UE-AMBR mendefinisikan per subscriber dan total bit rate yang diizinkan untuk dikonsumsi untuk semua non-GBR bearer pada UE. Profil abonemen memiliki pelangganan UE-AMBR. Bagaimanapun, nilai UE-AMBR aktual yang ditetapkan oleh jaringan telah di buat pada minimumnya dari pelangganan UE-AMBR dan jumlah APN-AMBR yang aktif.
UE-AMBR dan APN-AMBR tidak bergantung satu sama lain dan operator dapat memilih menggunakan salah satunya atau keduanya. Kedua jenis AMBR merupakan peralatan untuk operator untuk menjelaskan model bisnis.
1.4 Penanganan User-Plane
Berikut ini terdapat perbedaan penganan user-plane fungsi QoS seperti pada gambar 8.2 untuk E-UTRAN/EPS. The UE dan GW (PDN GW untuk GTP-based S5/S8 dan Serving GW untuk PMIP-based S5/S8) menghasilkan uplink dan downlink pemfilteran paket respektif sesuai urutan dari peta aliran paket.
GW dan eNB dapat diimplementasikan fungsinya yang berhubungan ke pengendalian penerimaan dan penanganan pre-emption untuk mengizinkan node-node ini mencapai batas dan mengendalikan muatan ke node tersebut. Fungsi-fungsi ini dapat diambil dari nilai ARP sebagai input untuk pembedaan perlakuan dari bearer yang berbeda.
Implementasi fungsi GW dan eNB lebih jauh ke arah kebijakan kecepatan. Tujuannya adalah untuk menjaga jaringan dari kelebihan muatan dan menjaga bahwa layanan yang mengirim data yang sesuai dengan kecepatan maksimum bit rate. Untuk non-GBR bearer, PDN GW melakukan kebijakan kecepatan mendasar pada nilai APN-AMBR untuk trafik uplink dan downlink, selama eNB melakukan kebijakan kecepatan dasar pada nilai UE-AMBR untuk uplink maupun downlink.
Pada Release 10, dukungan untuk GBR bearer dengan nilai MBR lebih besar daripada nilai GBR. Sebelumnya Release 10, hanya MBR yang sama dengan GBR yang terdukung. Keuntungannya adalah pemanfaatan lebih baik dari codec yang adaptif yang mampu secara otomatis berganti antara kecepatan codec yang berbeda. Dengan MBR lebih besar dari GBR, kecepatan bit minimum dijamin oleh jaringan selama bandwidth tambahan dimanfaatkan pada aplikasinya jika memungkinkan. Mekanisme feedback pada 3GPP digunakan ketika jaringan melakukan pemicuan untuk mendeteksi suatu aplikasi ketika bandwidthnya cukup atau tidak. Mekanisme ini ada pada Release 9 dengan menggunakan IP-based ECN yang terspesifikasi pada IETF RCF 3168.
Dengan menyediakan ECN-based pre-warning dan periode baru sebelum packet drop, Codec dapat lebih bagus untuk dibandingkan terhadap naskah dimana reduksi keepatan di dasarkan pada paket yang dijatuhkan. Pada Release IP skema level ECN hanya diaplikasikan untuk akses E-UTRAN dan untuk multimedia, ketika Release 10 fiturnya diperluas termasuk akses UTRAN seperti layanan video. 3GPP tidak memiliki spesifikasi dari feedback yang ada dari jaringan ke pemicu penambahan codec rate.
Gambar 8.3 menjelaskan penganganan ECN saat bekerja untuk trafik uplink. Untuk lebih jelas dapat dilihat pada gambar berikut
Untuk mendistribusikan sumber jaringan radio antara pembuatan bearer, eNB mengimplementasikan fungsi jadwal uplink dan downlink. eNB bertanggungjawab untuk mengatur protokol layar bawah dari koneksi radio dari bearer dalam akordinasi dengan karakteristik QoS terasoisiasi dengan bearer.
Pada pengeriman level, transport basis IP antara sifat jaringan EPC, tidak ada sesuatu yang perlu diperhatikan dari bearer EPS dan termasuk antrian manajemen dan perlakukan penerusan paket yang dilakukan menurut mekanisme pemindahan layer seperti DiffServ.
Referensi : Olsson, Magnus et al. EPC and 4G Packet Networks – Driving the Mobile Broadband Revolution Second Edition : Academic Press.2013.UK
PCRF PCEF dan EPC 