QFI je skalární identifikátor, který jednoznačně označuje tok QoS (Quality of Service) v rámci PDU (Protocol Data Unit) relace 5G, aby umožnil jemně odstupňované zacházení s kvalitou služeb při přeposílání paketů.

Popis

Identifikátor toku QoS (QFI) je 6bitové pole (hodnoty 0–63), které slouží jako hlavní nástroj pro správu QoS v uživatelské rovině 5G. Podrobně definovaný v dokumentech 3GPP TS 23.501 (systémová architektura) a TS 38.415 (protokol NG uživatelské roviny) představuje tok QoS nejjemnější úroveň diferenciace QoS v rámci PDU relace 5G. Každý tok QoS je charakterizován souborem parametrů QoS, jako je identifikátor QoS 5G (5QI), priorita přidělení a udržení (ARP), garantovaný bitový tok toku (GFBR) a maximální bitový tok toku (MFBR). QFI jednoznačně označuje všechny pakety patřící do konkrétního toku QoS mezi funkcí uživatelské roviny (UPF) a základnovou stanicí gNodeB (gNB).

Z architektonického hlediska je QFI přidělen funkcí správy relací (SMF) během zřizování nebo modifikace toku QoS. SMF určuje potřebu nového toku QoS na základě požadavků zásad od funkce řízení politik (PCF) nebo aplikační funkce, nebo od uživatelského zařízení (UE) prostřednictvím pravidel QoS. Po přidělení je QFI sdělen gNB a UPF. V datové rovině je QFI zapouzdřeno v hlavičce protokolu GTP-U (General Packet Radio Service Tunneling Protocol for the user plane) na rozhraních N3 (gNB-UPF) a N9 (mezi UPF), konkrétně v rozšiřující hlavičce kontejneru PDU relace. To umožňuje každému mezilehlému uzlu identifikovat tok bez nutnosti hluboké kontroly paketů.

Jak to funguje, zahrnuje konzistentní mapování v celé datové cestě. Když UPF přijímá uplink data, klasifikuje pakety do toku QoS na základě pravidel detekce paketů (PDR), označí je odpovídajícím QFI v hlavičce GTP-U a přepošle je gNB. gNB používá QFI k mapování paketů na příslušný datový rádiový přenos (DRB) pro přenos vzduchem, přičemž aplikuje odpovídající profil QoS (plánování, konfigurace linkové vrstvy). V downlinku může gNB také označit QFI na základě pravidel QoS od UE. Toto end-to-end označování zajišťuje, že zacházení s QoS je konzistentní napříč segmenty rádiové a jádrové sítě, což umožňuje funkce jako reflexivní QoS a efektivní podporu síťového řezání.

K čemu slouží

Identifikátor toku QoS (QFI) byl představen ve verzi 3GPP Release 15 jako základní kámen nového modelu QoS pro 5G, navržený k překonání omezení modelu přenašeče 4G Evolved Packet System (EPS). V LTE byla QoS vázána na přenašeče EPS, což byly relativně statické konstrukty spojující identifikátor třídy QoS (QCI) s konkrétním tunelem (GTP TEID). Tento model byl neefektivní pro relace vyžadující více souběžných služeb s dynamickými požadavky na QoS, protože každý nový požadavek na QoS často vyžadoval nový přenašeč, což zvyšovalo signalizační režii a složitost rádiových zdrojů.

QFI to řeší oddělením logiky QoS od transportního tunelu. Jedna PDU relace (obdoba přenašeče EPS) může podporovat více toků QoS, z nichž každý je identifikován QFI a má nezávislé charakteristiky QoS. To umožňuje dynamické přidávání, modifikaci nebo odebírání toků QoS v rámci existující relace s minimální signalizací. Primárním motivem byla podpora rozmanité palety služeb 5G – od masivního IoT po kritické komunikace – kde jedno zařízení (např. autonomní vozidlo) může současně provozovat navigaci, přenos senzorových dat a infotainment aplikace, z nichž každá má zcela odlišné požadavky na latenci, spolehlivost a šířku pásma.

Dále QFI umožňuje flexibilnější síťové řezání. Různé řezy mohou používat různá mapování mezi QFI a rádiovými zdroji. Také usnadňuje edge computing a scénáře místního průniku tím, že poskytuje jasný identifikátor QoS, kterému rozumí jak jádrová, tak přístupová síť. Tím, že jde o malé pole v hlavičce přenášené v pásmu, umožňuje QFI efektivní a škálovatelné zpracování paketů ve vysokorychlostních funkcích uživatelské roviny, což je klíčové pro dosažení výkonnostních cílů 5G. Představuje posun k pružnější, službami řízené architektuře QoS.

Klíčové vlastnosti

• 6bitový identifikátor jednoznačně označující tok QoS v rámci PDU relace
• Přenášený v rozšiřující hlavičce GTP-U na rozhraních N3/N9 pro identifikaci v pásmu
• Umožňuje více toků QoS s odlišnými profily v rámci jedné PDU relace
• Používaný gNB k mapování toků QoS na příslušné datové rádiové přenosy (DRB)
• Přidělený SMF a může být dynamicky změněn během relace
• Základní pro reflexivní QoS, kde UE může odvodit pravidla QoS pro uplink z downlink QFI

Související pojmy

• 5QI – 5G QoS Identifier
• DRB – Data Radio Bearer
• GTP-U – GPRS Tunnelling Protocol for User Plane
• SMF – Service Management Function

Definující specifikace

• TS 23.501 (Rel-20) — 5G System Architecture Stage 2
• TS 24.193 (Rel-19) — ATSSS Procedures Specification
• TS 24.501 (Rel-19) — 5G NAS Protocols Specification
• TS 24.502 (Rel-19) — 5G Core Access via Non-3GPP Networks; Stage 3
• TS 24.890 (Rel-16) — 5G NAS Protocol for 5GS Stage 3
• TS 26.510 (Rel-19) — Media Delivery APIs for 5GMS and RTC Systems
• TS 26.804 (Rel-19) — 5G Media Streaming Extensions Study
• TR 26.806 (Rel-18) — Technical Report on Smartly Tethering AR Glasses
• TS 26.891 (Rel-16) — Media Distribution Services in 5G System
• TR 26.926 (Rel-19) — Traffic Models & Quality Evaluation for Media/XR in 5G
• TR 26.928 (Rel-19) — Study on eXtended Reality (XR) in 5G
• TS 29.503 (Rel-19) — UDM Service Based Interface Stage 3
• TS 29.508 (Rel-19) — 5G Session Management Event Exposure Service
• TS 29.513 (Rel-19) — 5G PCC Signalling Flows & QoS Mapping
• TS 29.890 (Rel-16) — CT3 5G System Technical Report
• … a dalších 6 specifikací

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