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摘要：本文主要分析了LTE系统架构和QoS技术，重点介绍了铁路站场LTE系统中QoS技术的应用情况，它不仅可以充分发挥QoS技术的优势，而且还可以提高铁路站场LTE系统运行效率。通过对QoS技术进行研究，以期为铁路站场LTE系统的安全运行提供可靠保障，创造出最大化的经济与社会效益。
关键词：铁路站场;LTE系统;QoS技术
通常情况下，铁路GSM-R无线通信系统采用的是窄带通信系统，其不能有效承载当前铁路发展要求，而国际铁路联盟明确提出了LTE系统是下一代宽带移动通信系统，其一般具有低时延、高速率、高安全性和高移动性等优点，是在铁路站场开阔条件下被广泛应用的一类无线传输平台。而QoS属于网络的一种安全机制，其可以有效解决网络阻塞和延迟等问题，降低应用到铁路站场LTE系统中，可以为铁路站场作业提供实时语音通信、视频监控、信息推送、图像传送等信息化应用服务，进而有效提升铁路站场信息化水平。
1.LTE系统架构
这里所提及到的LTE系统主要是由接入网（EUTRAN）、接入网关（aGW）和基站（eNB）构成的双层结构，其不仅可以简化网络，而且还可以有效降低数据传输时延。
通过对图1进行分析得知，终端用户（UE）一般可以通过eNB来实现用户的有效接入，而且eNB间可以通过X2进行相连，并借助Sl接口来实现与网关间的有效通信。实际上，网关一般包含了S_GW（服务网关）和PDN（分组数据网），其中S_GW是3GPP各种演进方案有效衔接的锚点，主要负责用户数据的管理;PDN网关负责为所有移动用户提供全面、周到的服务。在功能上，MME从网关中分割出来，其不仅可以实现独立演进，而且还可以达到网络建设和灵活扩容的目的。
2.Qos技术概述
Qos技术即所谓的服务质量，其一般是指服务可以满足潜在需求和规定的特征总和，反映的是服务工作可以满足被服务者需求的某种程度。通常情况下，不同的应用能够为网络提出延迟、带宽、延迟允许范围、传输费用等一系列复杂的需求，一旦存在满足上述需求的资源，网络就能够为应用提供上述服务，且能够与应用达成协议并构建一定的连接。
3.铁路站场LTE系统对Qos提出的要求
基于铁路站场LTE系统，为了更好的发挥Qos技术的优势，则提出了如下要求：（1）基于策略的Qos控制机制。①eNodeB中RRM模块在无线侧中负责接入Radio QoS User Profile，同时将预留空口资源分配给每个QoS Flow类;②通过发QoSevent可以实现eNodeB向xGW发送相关的资源预留信息，并将该信息转发给核心网PCRF;③在IP侧，要满足IPQos所需要的报文分类、标注、流量整形、队列调度及性能检测等功能;④结合策略协议来确保在无线侧报文与IP侧报文间实现Qos参数映射。（2）MPLS-TE流量工程和VPN功能。①借助MPLS VPN可以对eNB/aGW间流量进行科学、合理分配;②支持IP侧流量工程MPLS。
4. LTE系统QoS技术分析
4.1 LTE系统QoS映射
通过对现有多个系统的覆盖和定位现状进行分析得知，系统间不可避免的会存在互操作现象，如跟踪区更新、切换等，因此对于不同版本的QoS技术属性，其映射要尽可能提供基本相似或相同的QoS，以此来达到预期的映射效果。
4.2 LTE系统的QoS机制
在铁路站场LTE系统中，承载（Bearer）是QoS技术控制的基本粒度，其控制示意图如图2所示。通过对LTE系统的QoS机制进行分析发现，承载相同上的所有数据流量将能够获取相同的QoS保障，反之不同类型的承载一般可以获得不同的QoS保障。
与通用移动通信系统（UMTS）进行对比可以发现，演进的分组系统（EPS）所具有的承载机制存在如下不同之处：（1）借助EPS承载来取代分组数据协议（PDP）上下文，以此来确保一个EPS承载可以看作是分组数据网网关（PDN-GW）与UE间的逻辑电路;（2）在初始附着阶段，可以根据用户签约的默认QoS等级来为其构建一个默认承载，以此来确保每个UE至少存在一个激活的承载，保证在开始业务时用户具有更短的时延;（3）借助网络侧触发方式来构建数据承载流程，其触发条件不仅可以是初始附着阶段移动性管理实体（MME）指示，而且也可以是IP多媒体子系统（IMS）在会话过程中所存在的策略与计费规则间的实体（PCRF）交互、从而便于网络端发起的QoS策略控制。
4.3承载级QoS参数
在铁路站场LTE系统中，承载级QoS参数主要涵盖了QoS等级标识（QCI）、保证比特速率（GBR）、分配与保持优先级（ARP）、聚合最大比特速率（AMBR）和最大比特速率（MBR）。其中，在EPS系统中新增加了QCI和AMBR参数，其余参数均是继续沿用目前的UMTS系统。
不管是Non-GBR承载，还是GBR承载都涵盖了QCI和ARP两个参数，其中QCI属于数量等级，其一般是指控制承载级别的数据包在进行传输处理过程中所对应的接入点参数，如接入门限、调度权重、链路层协议配置、队列管理门限等。ARP一般是指在资源限制的基础上，决定是否接受承载的修改或建立请求。
实际上，除了QCI与APR外，每个GBR承载还实现了与GBR和MBR参数的有效衔接。其中，GBR承载主要用于负责则视频、语音、实时游戏等业务，并借助静态调度和专用承载的方式来实现承载。MBR则会结合实际情况对GBR承载能提供的比特速率进行限制，反映的是GBR承载可以产生期望数据速率的上限。
Non-GBR能够完成对各种数据业务的承载，此时为了提高铁路站场LTE系统的带宽利用率，EPS系统采用了汇聚的概念，并对AMBR参数进行了定义，MBR反映的是到每个PDN连接的IP-CAN会话级所对应的QoS参数，而且相同PDN连接的多个EPS承载能够实现对相同AMBR值的共享。
5.结束语
综上所述，基于铁路站场LTE系统下，要对LTE系統QoS映射、LTE系统的QoS机制、承载级QoS参数等进行全面、系统的分析，这样一来不仅可以优化铁路站场生产流程，而且还可以保障生产作业安全进行，提高站场作业效率的同时，为铁路站场业务宽带化、智能化、信息化管理奠定良好的基础。
参考文献
[1]谢涛涛.LTE系统的QoS机制研究[J].数字化用户，2017，5（48）：85-86.
[2]吴宇.铁路站场LTE-R宽带移动通信系统研究[J].铁道通信信号，2016，11（8）：131-132.
摘要：本文主要分析了LTE系统架构和QoS技术，重点介绍了铁路站场LTE系统中QoS技术的应用情况，它不仅可以充分发挥QoS技术的优势，而且还可以提高铁路站场LTE系统运行效率。通过对QoS技术进行研究，以期为铁路站场LTE系统的安全运行提供可靠保障，创造出最大化的经济与社会效益。
关键词：铁路站场;LTE系统;QoS技术
通常情况下，铁路GSM-R无线通信系统采用的是窄带通信系统，其不能有效承载当前铁路发展要求，而国际铁路联盟明确提出了LTE系统是下一代宽带移动通信系统，其一般具有低时延、高速率、高安全性和高移动性等优点，是在铁路站场开阔条件下被广泛应用的一类无线传输平台。而QoS属于网络的一种安全机制，其可以有效解决网络阻塞和延迟等问题，降低应用到铁路站场LTE系统中，可以为铁路站场作业提供实时语音通信、视频监控、信息推送、图像传送等信息化应用服务，进而有效提升铁路站场信息化水平。
1.LTE系统架构
这里所提及到的LTE系统主要是由接入网（EUTRAN）、接入网关（aGW）和基站（eNB）构成的双层结构，其不仅可以简化网络，而且还可以有效降低数据传输时延。
通过对图1进行分析得知，终端用户（UE）一般可以通过eNB来实现用户的有效接入，而且eNB间可以通过X2进行相连，并借助Sl接口来实现与网关间的有效通信。实际上，网关一般包含了S_GW（服务网关）和PDN（分组数据网），其中S_GW是3GPP各种演进方案有效衔接的锚点，主要负责用户数据的管理;PDN网关负责为所有移动用户提供全面、周到的服务。在功能上，MME从网关中分割出来，其不仅可以实现独立演进，而且还可以达到网络建设和灵活扩容的目的。
2.Qos技术概述
Qos技术即所谓的服务质量，其一般是指服务可以满足潜在需求和规定的特征总和，反映的是服务工作可以满足被服务者需求的某种程度。通常情况下，不同的应用能够为网络提出延迟、带宽、延迟允许范围、传输费用等一系列复杂的需求，一旦存在满足上述需求的资源，网络就能够为应用提供上述服务，且能够与应用达成协议并构建一定的连接。
3.铁路站场LTE系统对Qos提出的要求
基于铁路站场LTE系统，为了更好的发挥Qos技术的优势，则提出了如下要求：（1）基于策略的Qos控制机制。①eNodeB中RRM模块在无线侧中负责接入Radio QoS User Profile，同时将预留空口资源分配给每个QoS Flow类;②通过发QoSevent可以实现eNodeB向xGW发送相关的资源预留信息，并将该信息转发给核心网PCRF;③在IP侧，要满足IPQos所需要的报文分类、标注、流量整形、队列调度及性能检测等功能;④结合策略协议来确保在无线侧报文与IP侧报文间实现Qos参数映射。（2）MPLS-TE流量工程和VPN功能。①借助MPLS VPN可以对eNB/aGW间流量进行科学、合理分配;②支持IP侧流量工程MPLS。
4. LTE系统QoS技术分析
4.1 LTE系统QoS映射
通过对现有多个系统的覆盖和定位现状进行分析得知，系统间不可避免的会存在互操作现象，如跟踪区更新、切换等，因此对于不同版本的QoS技术属性，其映射要尽可能提供基本相似或相同的QoS，以此来达到预期的映射效果。
4.2 LTE系统的QoS机制
在铁路站场LTE系统中，承载（Bearer）是QoS技术控制的基本粒度，其控制示意图如图2所示。通过对LTE系统的QoS机制进行分析发现，承载相同上的所有数据流量将能够获取相同的QoS保障，反之不同类型的承载一般可以获得不同的QoS保障。
与通用移动通信系统（UMTS）进行对比可以发现，演进的分组系统（EPS）所具有的承载机制存在如下不同之处：（1）借助EPS承载来取代分组数据协议（PDP）上下文，以此来确保一个EPS承载可以看作是分组数据网网关（PDN-GW）与UE间的逻辑电路;（2）在初始附着阶段，可以根据用户签约的默认QoS等级来为其构建一个默认承载，以此来确保每个UE至少存在一个激活的承载，保证在开始业务时用户具有更短的时延;（3）借助网络侧触发方式来构建数据承载流程，其触发条件不仅可以是初始附着阶段移动性管理实体（MME）指示，而且也可以是IP多媒体子系统（IMS）在会话过程中所存在的策略与计费规则间的实体（PCRF）交互、从而便于网络端发起的QoS策略控制。
4.3承载级QoS参数
在铁路站场LTE系统中，承载级QoS参数主要涵盖了QoS等级标识（QCI）、保证比特速率（GBR）、分配与保持优先级（ARP）、聚合最大比特速率（AMBR）和最大比特速率（MBR）。其中，在EPS系统中新增加了QCI和AMBR参数，其余参数均是继续沿用目前的UMTS系统。
不管是Non-GBR承载，还是GBR承载都涵盖了QCI和ARP两个参数，其中QCI属于数量等级，其一般是指控制承载级别的数据包在进行传输处理过程中所对应的接入点参数，如接入门限、调度权重、链路层协议配置、队列管理门限等。ARP一般是指在资源限制的基础上，决定是否接受承载的修改或建立请求。
实际上，除了QCI与APR外，每个GBR承载还实现了与GBR和MBR参数的有效衔接。其中，GBR承载主要用于负责则视频、语音、实时游戏等业务，并借助静态调度和专用承载的方式来实现承载。MBR则会结合实际情况对GBR承载能提供的比特速率进行限制，反映的是GBR承载可以产生期望数据速率的上限。
Non-GBR能够完成对各种数据业务的承载，此时为了提高铁路站场LTE系统的带宽利用率，EPS系统采用了汇聚的概念，并对AMBR参数进行了定义，MBR反映的是到每个PDN连接的IP-CAN会话级所对应的QoS参数，而且相同PDN连接的多个EPS承载能够实现对相同AMBR值的共享。
5.结束语
综上所述，基于铁路站场LTE系统下，要对LTE系統QoS映射、LTE系统的QoS机制、承载级QoS参数等进行全面、系统的分析，这样一来不仅可以优化铁路站场生产流程，而且还可以保障生产作业安全进行，提高站场作业效率的同时，为铁路站场业务宽带化、智能化、信息化管理奠定良好的基础。
参考文献
[1]谢涛涛.LTE系统的QoS机制研究[J].数字化用户，2017，5（48）：85-86.
[2]吴宇.铁路站场LTE-R宽带移动通信系统研究[J].铁道通信信号，2016，11（8）：131-132.