في شبكة الجيل الخامس، لا تمثل جودة الخدمة QoS مجرد وسم تقني يُضاف إلى الحزم. فهي الآلية التي تحدد أي حركة مرور تُعامل بأسلوب أفضل جهد عادي، وأي خدمة تستحق موارد مضمونة، وكيف ينبغي للشبكة أن تستجيب عندما تبدأ ظروف الراديو أو الازدحام في التأثير في تجربة المستخدم. بالنسبة إلى المشغلين، ترتبط QoS ارتباطًا وثيقًا بتكلفة النطاق الترددي وتخصيص موارد الشبكة. أما بالنسبة إلى المستخدمين وشركاء الخدمة، فتظهر غالبًا في صورة جودة الخدمة أو مستوى الاشتراك أو أولوية الأعمال أو تجربة مضمونة.
يمكن للهاتف المحمول أن يولد أنواعًا كثيرة من حركة المرور في الوقت نفسه، مثل الرسائل، ومقاطع الفيديو القصيرة، والفصول السحابية، والألعاب، وإشارات IMS، وصوت VoNR، والفيديو المباشر، وتفاعلات AR/VR، وتحديثات التطبيقات في الخلفية. ولا تمتلك هذه التدفقات المتطلبات نفسها. فالفيديو القابل للتخزين المؤقت يستطيع تحمل تأخير أكبر من الصوت. وتحتاج إشارات IMS إلى معالجة موثوقة، لكنها لا تحتاج إلى عرض النطاق نفسه الذي يحتاجه الفيديو. وقد تتطلب خدمة صناعية حرجة من حيث التأخير تحكمًا أشد بكثير في زمن الوصول وفقد الحزم مقارنة بتطبيق اجتماعي عادي.
تتمثل وظيفة QoS في 5GC في تصنيف تدفقات بيانات الخدمة هذه، وربطها بتدفقات QoS Flow مناسبة، وتعيين معالجة إعادة التوجيه، وتنسيق UE وgNB وUPF وSMF وقواعد السياسة بحيث يعمل مستوى المستخدم وفق الهدف المطلوب من الخدمة.
قيمة الخدمة وتكلفة الموارد
تنطلق QoS من حقيقة بسيطة: ليست كل الخدمات تحصل على ضمان الشبكة نفسه. فمعظم تطبيقات الإنترنت العامة، مثل الرسائل الاجتماعية، والفيديو القصير، والتصفح العادي، وتطبيقات الموسيقى، وحركة التعلم عبر الإنترنت، تُعامل عادةً بأسلوب أفضل جهد. وغالبًا ما تُدار بوصفها خدمات Non-GBR، ما يعني أن الشبكة لا تضمن معدل بت ثابتًا لكل تدفق.
قد تحصل بعض الخدمات على حماية أقوى لجودة الخدمة لأن مستخدمًا أو عميلًا مؤسسيًا أو شريك خدمة يدفع مقابل معاملة تفاضلية. ويمكن التعامل مع التعاون في الألعاب عبر الإنترنت، والتطبيقات المؤسسية المميزة، وخدمات AR/VR، أو الخدمات القطاعية منخفضة التأخير باستخدام QoS أكثر تحكمًا. وقد تستخدم هذه الخدمات GBR، أي معدل البت المضمون، عندما تحتاج الشبكة إلى حجز حد أدنى من المعدل أو حمايته.
توجد أيضًا خدمات مملوكة للمشغل قد تحصل على حماية QoS حتى من دون دفع منفصل من المستخدم. وتعد خدمات الصوت مثالًا شائعًا. ففي الجيل الرابع كان هذا الموضوع يُناقش غالبًا من خلال VoLTE، بينما تظهر الفكرة نفسها في الجيل الخامس ضمن حركة VoNR. ويجب أن يظل الصوت مستقرًا ومنخفض التأخير وواضحًا، لذلك لا يمكن دائمًا معاملته كتطبيق عادي يعمل بأفضل جهد.
من الحامل إلى التدفق
من أهم الفروق بين QoS في الجيل الرابع والجيل الخامس الانتقال من التفكير المرتكز على الحامل إلى التفكير المرتكز على التدفق. ففي الجيل الرابع بُنيت QoS حول EPS Bearer. وكانت علاقة الحامل مرتبطة بالحامل الراديوي ونفق S1-U وموارد أنفاق S5/S8. وكان ازدياد عدد الحوامل يعني عادةً زيادة مقابلة في هياكل الأنفاق والحوامل الراديوية.
في الجيل الخامس، تمثل QoS Flow وحدة QoS الأساسية. ويمكن لجلسة PDU واحدة أن تحمل تدفقًا واحدًا أو أكثر من QoS Flows. ويُعرّف كل تدفق بواسطة QFI، أي معرّف تدفق QoS، بقيم تتراوح من 0 إلى 63. وتحصل الحزم التي تحمل QFI نفسه على أسلوب التمرير نفسه. وهذا يمنح الجيل الخامس نموذجًا أدق وأكثر مرونة لتصنيف الخدمات مقارنة بنهج EPS Bearer الأقدم.
يمكن لجلسة PDU واحدة أن تحمل عدة QoS Flows، بينما يظل نفق N3 الخاص بتلك الجلسة نفقًا واحدًا. ويمكن لـ DRB واحد أن يحمل تدفقًا واحدًا أو أكثر، ويتحكم gNB في الربط الفعلي بين QoS Flows وDRBs. ولذلك لا يلزم أن يساوي عدد DRBs عدد QFIs. فعلى سبيل المثال، قد يشترك تدفق تطبيق Non-GBR وتدفق ألعاب GBR في DRB واحد ضمن تصميم معين، أو قد يُربطان بشكل منفصل وفق استراتيجية الراديو.
المعلمات الأساسية تحدد أسلوب المعالجة
توضح معلمات QoS في 5GC كيفية التعامل مع كل تدفق. وعلى مستوى QoS Flow، تشمل المعلمات الشائعة 5QI وARP. ويشير 5QI إلى معرّف QoS للجيل الخامس، وقد تطور من مفهوم QCI في الجيل الرابع. وهو يمثل خصائص الخدمة، مثل مستوى الأولوية، وميزانية تأخير الحزم، ومعدل أخطاء الحزم، ونافذة المتوسط، والحجم الأقصى لدفعة البيانات لخدمات GBR الحرجة من حيث التأخير.
يشير ARP إلى أولوية التخصيص والاحتفاظ. ويساعد في تحديد ما إذا كان يمكن إنشاء QoS Flow أو الاحتفاظ به عندما تكون الموارد محدودة. وفي حالات الازدحام، يمكن أن يؤثر ARP في التدفقات التي تُقبل والتدفقات الأكثر عرضة للتحرير أو الرفض.
تحتوي تدفقات GBR على معلمات مرتبطة بالمعدل. يحدد GFBR معدل البت المضمون للتدفق، وهو الحد الأدنى الذي تسعى الشبكة إلى حمايته. ويحدد MFBR الحد الأقصى لمعدل البت؛ وقد تُسقط حركة المرور التي تتجاوز هذه القيمة. ويمكن استخدام التحكم في الإشعارات عندما لا يستطيع جانب RAN تحقيق GFBR، مثل حالات سوء ظروف الراديو. ويحدد الحد الأقصى لمعدل فقد الحزم مستوى الفقد المقبول لحركة الوصلة الصاعدة أو الهابطة.
يتم التحكم في حركة Non-GBR بطريقة مختلفة. يحد UE-AMBR من معدل البت الإجمالي لجميع QoS Flows من نوع Non-GBR الخاصة بـ UE، بينما يحد Session-AMBR من جميع تدفقات Non-GBR داخل جلسة PDU واحدة. ويشير RQA، أي سمة QoS الانعكاسية، إلى ما إذا كان يمكن تطبيق Reflective QoS على التدفق.
كيفية ربط حركة المرور
لا تكون QoS مفيدة إلا عندما يمكن تصنيف الحزم وربطها بصورة صحيحة. وفي الجيل الخامس، تتم معالجة تصنيف الوصلة الصاعدة والهابطة بشكل مختلف. بالنسبة إلى حركة الوصلة الصاعدة، ينفذ UE التصنيف والربط وفق قواعد QoS التي توفرها الشبكة أو يستنتجها UE بنفسه. أما حركة الوصلة الهابطة، فيصنفها UPF وفق PDR، أي قاعدة اكتشاف الحزم التي يرسلها SMF.
تتضمن قاعدة QoS أو PDR معلومات مرشح الحزم. وقد تشمل عنوان IP للمصدر أو الوجهة، وبادئة IPv6، ومنفذ المصدر أو الوجهة، ورقم بروتوكول IP، ونوع IPv6 Next Header، وIPv4 ToS، وIPv6 Traffic Class، وIPv6 Flow Label، وIPsec SPI، واتجاه الحركة. وتوضح هذه المرشحات لـ UE أو UPF أي الحزم تنتمي إلى كل QoS Flow.
إذا تعذر على UPF مطابقة حزمة في الوصلة الهابطة مع PDR صالح، فقد تُسقط الحزمة. وهذا مهم لأن معالجة QoS في اتجاه الوصلة الهابطة تعتمد على القواعد التي يثبتها SMF داخل UPF. وفي اتجاه الوصلة الصاعدة، يضع UE العلامات على الحزم وفق قاعدة QoS السارية حتى تُدرج في QoS Flow الصحيح، ثم تعالجها شبكة النفاذ الراديوي.
تقلل Reflective QoS حمل الإشارات في بعض الحالات. فعندما تفعّل الشبكة Reflective QoS، يستطيع UPF إرسال بيانات الوصلة الهابطة مع إشارة RQI. ومن خلال نفق N3 والواجهة الهوائية، يستقبل UE حزمة الوصلة الهابطة ويستنتج منها قاعدة QoS للوصلة الصاعدة. وتحتوي قاعدة QoS المستنتجة بواسطة UE هذه على مرشح حزم للوصلة الصاعدة وQFI وأولوية. وبعد ذلك يستطيع UE تصنيف حزم الوصلة الصاعدة اللاحقة من دون انتظار قاعدة منفصلة ترسلها الشبكة.
الأسئلة الشائعة
لماذا يستخدم الجيل الخامس QoS Flow بدل الاعتماد على DRB فقط؟
ينتمي QoS Flow إلى نموذج معالجة الخدمات في الشبكة الأساسية، بينما يرتبط DRB بمعالجة الحامل الراديوي. ويمنح الفصل بينهما الشبكة مرونة أكبر عند ربط قواعد الخدمة بموارد الراديو.
هل يمكن لتطبيقين ذوي متطلبات حركة متشابهة استخدام QoS Flows مختلفة؟
نعم. فقد يراعي المشغل أيضًا ملكية الخدمة، والاتفاقيات التجارية، وسياسة الاشتراك، ونموذج الفوترة، وليس متطلبات النطاق الترددي أو التأخير فقط.
ماذا يحدث عندما تتجاوز حركة المرور قيمة MFBR؟
يمكن إسقاط الحركة التي تتجاوز الحد الأقصى لمعدل بت التدفق، لأن MFBR يحدد الحد الأعلى المسموح به لتدفق QoS من نوع GBR.
لماذا تعد 5QI مهمة لتخطيط الخدمات؟
توفر 5QI طريقة موحدة لربط فئات الخدمات بتوقعات الأولوية والتأخير وأخطاء الحزم ونوع الموارد، ما يسهل تصميم سلوك QoS ومقارنته.
هل تعمل Reflective QoS على كل الأجهزة الطرفية؟
لا. فهي تتطلب دعم UE وتفعيلًا صحيحًا من الشبكة. ومن دون دعم الجهاز الطرفي، لا يستطيع UE استنتاج قاعدة QoS للوصلة الصاعدة من بيانات مستوى المستخدم في اتجاه الوصلة الهابطة.
