Porównanie ruchu GBR i non-GBR w sieciach LTE

Porównanie ruchu GBR i non-GBR w sieciach LTE

Dziś przyjrzymy się różnicom między ruchem GBR a non-GBR w sieciach LTE. Zrozumienie tych dwóch kategorii przepływu danych jest kluczowe dla projektowania, zarządzania i optymalizacji jakości usług (QoS) w nowoczesnych sieciach komórkowych. Artykuł koncentruje się na praktycznych aspektach ich funkcjonowania, mechanizmach alokacji zasobów, wpływie na jakość połączenia oraz ich zastosowaniu w realnych scenariuszach sieciowych.

Podstawowe definicje i kontekst QoS w LTE

W LTE (Long Term Evolution) ruch danych jest zarządzany poprzez mechanizmy Quality of Service (QoS), które kontrolują priorytety, przepustowość oraz opóźnienia w sieci. Istnieją dwa główne typy przepływów danych: Guaranteed Bit Rate (GBR) oraz non-Guaranteed Bit Rate (non-GBR). Każdy z tych typów ma inne wymagania dotyczące przydziału zasobów radiowych i inne zachowanie w przypadku przeciążenia sieci.

Charakterystyka ruchu GBR

Przepływ GBR gwarantuje użytkownikowi określoną minimalną przepustowość bitową, nawet w warunkach zwiększonego obciążenia sieci. Ten typ ruchu wymaga rezerwacji zasobów radiowych i sieciowych na czas trwania sesji. Operatorzy przypisują mu ściśle zdefiniowane parametry QoS, takie jak:

• GBR (Guaranteed Bit Rate): minimalna szybkość transmisji zapewniona użytkownikowi.
• MBR (Maximum Bit Rate): maksymalna dozwolona szybkość transmisji.
• QCI (QoS Class Identifier): klasyfikator przypisujący zestaw parametrów jakości usług, np. QCI=1 dla VoLTE.

Usługi wymagające nieprzerwanego strumienia danych – jak głos czy wideo w czasie rzeczywistym – korzystają z ruchu GBR, ponieważ opóźnienia i utraty pakietów mogłyby poważnie zakłócić jakość usługi.

Charakterystyka ruchu non-GBR

Ruch non-GBR nie gwarantuje żadnej minimalnej przepustowości. Zamiast tego działa na zasadzie „najlepszego wysiłku” (best effort), gdzie zasoby przydzielane są dynamicznie, w zależności od dostępności i obciążenia sieci. Ten typ przepływu ma przypisane tylko maksymalne limity (AMBR – Aggregate Maximum Bit Rate), co ogranicza jego wpływ na inne sesje.

• Brak gwarantowanej przepustowości: możliwe opóźnienia i utraty danych.
• Niższy priorytet: zasoby są przydzielane po zaspokojeniu potrzeb ruchu GBR.
• Elastyczność: dobrze sprawdza się przy aplikacjach tolerujących zmienne warunki transmisji.

Usługi takie jak przeglądanie stron internetowych, portale społecznościowe czy aplikacje działające w tle typowo korzystają z non-GBR. W przypadku przeciążenia sieci sesje non-GBR mogą zostać ograniczone lub zakończone w pierwszej kolejności.

Mechanizmy zarządzania ruchem i priorytetyzacja

Zarządzanie ruchem w LTE odbywa się przez kontrolę QoS przy pomocy parametrów takich jak QCI, ARP (Allocation and Retention Priority) oraz limity przepustowości. Parametr QCI odgrywa kluczową rolę w określaniu charakterystyki danego przepływu – od priorytetu, przez opóźnienia, po tolerancję utraty pakietów. Poniższa tabela prezentuje przykładowe wartości QCI i ich właściwości:

Parametr ARP decyduje o tym, które przepływy zostaną utrzymane lub odrzucone w przypadku przeciążenia zasobów – ruch GBR z wysokim ARP ma pierwszeństwo przed non-GBR z niskim ARP.

Praktyczne implikacje i scenariusze wykorzystania

W rzeczywistych wdrożeniach operatorzy starają się równoważyć wykorzystanie przepływów GBR i non-GBR. Przykładowo, użytkownik prowadzący rozmowę VoLTE oraz równolegle korzystający z aplikacji społecznościowej będzie miał aktywne oba typy przepływów. Mechanizmy QoS pozwalają na równoczesne świadczenie usług krytycznych i niekrytycznych, z zachowaniem priorytetu dla tych pierwszych.

Warto też zaznaczyć, że przepływy GBR są znacznie bardziej obciążające dla sieci radiowej i rdzenia sieci – wymagają ciągłej dostępności określonych zasobów, co zmniejsza elastyczność zarządzania siecią. Z tego powodu ich liczba w komórce jest ściśle kontrolowana. Z kolei przepływy non-GBR pozwalają na lepsze wykorzystanie dostępnej przepustowości, ale kosztem przewidywalności jakości transmisji.

W sieciach 5G i ewoluujących wersjach LTE stosuje się mechanizmy dynamicznego zarządzania QoS (np. network slicing), które pozwalają na jeszcze bardziej elastyczne podejście do alokacji ruchu GBR i non-GBR w zależności od usług, użytkownika i warunków sieciowych.

Dla pogłębienia wiedzy warto również zapoznać się z tematyką klasyfikacji QCI i ich mapowania na usługi użytkownika – pozwala to lepiej zrozumieć, jak LTE zarządza jakością transmisji w różnych przypadkach.