PIE je datové pole v signalizaci 3GPP, které udává relativní důležitost relace nebo zprávy za účelem řízení alokace síťových prostředků a zajištění zvýhodněného zacházení pro kritické služby.

Popis

Priority Information Element (PIE) není jediná, monolitická entita, ale konceptuální pole vložené do různých zpráv a datových struktur protokolů 3GPP. Jeho hodnota vyjadřuje úroveň priority, kterou síťové uzly používají pro rozhodování v reálném čase o zacházení s provozem. PIE se vyskytuje na více vrstvách a v různých doménách: na úrovni NAS (Non-Access Stratum) v signalizačních zprávách, jako je Service Request nebo PDN Connectivity Request; na úrovni AS (Access Stratum) pro řízení rádiových prostředků (Radio Resource Control, RRC); v parametrech QoS přenosového kanálu EPS/5GS (Allocation and Retention Priority, ARP); a v signalizaci IMS (např. v hlavičkách SIP pro tísňová volání nebo MCPTT).

Když uživatelské zařízení (UE) iniciuje službu, například tísňové volání nebo vysokoprioritní službu pro kritickou činnost, zahrne specifickou hodnotu PIE do příslušné signalizační zprávy. Například v 5GS nastaví UE hodnotu „5GSM priority“ v PDU SESSION ESTABLISHMENT REQUEST. Síťové uzly, včetně funkce pro správu přístupu a mobility (AMF), funkce pro správu relací (SMF) a gNodeB, tuto hodnotu PIE vyhodnotí. Na základě nastavených politik síť uplatní zvýhodněné zacházení. To může znamenat upřednostnění navázání RRC spojení pro toto UE před jinými UE, přijetí žádosti o zřízení relace i při přetížení sítě (vysoká úroveň priority ARP) a plánování rádiových prostředků pro jeho přenosové kanály s vyšší předností.

PIE funguje v součinnosti s dalšími mechanismy QoS. V jádru sítě je parametr ARP, který obsahuje úroveň priority, schopnost přerušení (pre-emption capability) a zranitelnost vůči přerušení (pre-emption vulnerability), klíčovou konkrétní podobou konceptu PIE pro přenosové kanály. Vysoká priorita ARP může vyvolat aplikaci specifických QoS politik funkcí pro pravidla politiky a účtování (PCRF/PCF). V přístupové síti RAN jsou identifikátor toku QoS (QFI) a identifikátor QoS pro 5G (5QI) mapovány na úrovně priority, které ovlivňují algoritmy plánování paketů v gNodeB. Výsledným celkovým efektem je, že datový tok označený vysokou prioritou PIE má ve srovnání s běžným best-effort provozem nižší latenci, vyšší spolehlivost a větší šanci na úspěšné zřízení relace i při přetížení sítě.

K čemu slouží

PIE existuje, aby řešil základní problém nedostatku a souběhu (contention) prostředků ve sdílených mobilních sítích. Bez standardizovaného mechanismu pro rozlišení důležitosti provozu by se se všemi relacemi zacházelo stejně (best-effort), což by znemožnilo garantovat výkon pro služby, kde je časová citlivost a spolehlivost kritická. To je nepřijatelné pro veřejnou bezpečnost (tísňová volání, komunikace záchranných složek), pro síťovou řídicí signalizaci (která musí projít, aby byla udržena funkce sítě) a další prémiové služby definované operátorem.

Historicky měly rané celulární systémy omezenou podporu pro upřednostňování. Koncept se významně rozvinul se zavedením IMS a plně IP sítí ve 3GPP Rel-7 a později s LTE/EPC. Potřeba konzistentního, celoprovozního mechanismu označování priority se stala naléhavou se standardizací tísňových volání přes IMS, která vyžadují možnost přerušení a garantovaný přístup. PIE poskytuje tento společný „jazyk priority“, kterému rozumí uživatelské zařízení (UE), přístupová síť RAN, jádro sítě i servisní vrstva (IMS).

Navíc snaha o síťové řezy (network slicing) a podporu různých vertikálních odvětví (např. automobilový průmysl, průmyslový IoT) v 5G zvýšila potřebu sofistikovaného řízení priority. Různé řezy a služby mají zcela odlišné požadavky na latenci a spolehlivost. PIE, zejména jako součást 5QI a QoS profilu, umožňuje síti dynamicky aplikovat vhodnou strategii správy prostředků pro každou relaci nebo tok. Je klíčovým prvkem pro funkci „priority service“ definovanou v 3GPP, která zajišťuje, že autorizovaní uživatelé a služby mohou obdržet lepší výkon podle politiky operátora a regulačních požadavků.

Klíčové vlastnosti

• Vložen do více vrstev protokolů (NAS, AS, IMS) pro celoprovozní signalizaci priority
• Řídí prioritu navazování RRC spojení a plánování rádiových prostředků
• Integrální součást parametru Allocation and Retention Priority (ARP) pro správu přenosových kanálů
• Používá se k odvození charakteristik QoS Class Identifier (QCI) / 5G QoS Identifier (5QI)
• Podporuje přerušení (vysokoprioritní relace mohou přerušit nízkoprioritní) a zranitelnost vůči přerušení
• Nezbytný pro zřizování tísňových relací IMS a služeb pro kritickou činnost (MCPTT, MCVideo)

Související pojmy

• ARP – Allocation and Retention Priority
• 5QI – 5G QoS Identifier
• QoS – Quality of Service
• MCPTT – Mission Critical Push to Talk Identity

Definující specifikace

• TR 22.950 (Rel-19) — Feasibility Study on Priority Service
• TS 38.769 (Rel-20) — Ambient IoT Solutions in NR

📖 Anglický originál a plná specifikace: PIE na 3GPP Explorer