L’opérateur fait face à un problème similaire à l’échelle de tout le réseau. En cas de congestion aux heures de pointe ou lors de grands événements, le cœur de réseau envoie des profils mis à jour avec une bande passante réduite, ce qui abaisse le débit de tous les abonnés à la fois. Tous les services se disputent alors sans distinction la ressource restante. La vidéo et les appels, sur lesquels l’abonné juge la qualité du réseau, se dégradent en premier, et il est difficile pour l’opérateur de redistribuer rapidement la bande passante entre les services.
Le problème ne vient ni de pannes d’équipement ni de la configuration d’un réseau particulier. Le standard 3GPP (3rd Generation Partnership Project) décrit des mécanismes pour limiter la bande passante de l’abonné et de services individuels, mais il ne définit pas quel service obtient la bande passante en premier lorsqu’il n’y en a pas assez pour tous. Dans cet article, nous verrons où se situe cette lacune du standard et comment le PCEF de VAS Experts la comble.
Un plafond, mais pas de règles
Pour comprendre d’où vient cette lacune, il faut se plonger dans la spécification 3GPP TS 23.203 « Policy and charging control architecture » (architecture de contrôle des politiques et de la tarification).
L’architecture QoS du 3GPP repose sur les porteuses : les bearers en LTE et les QoS Flows en 5G. Une porteuse est un canal logique entre le terminal de l’abonné et la passerelle de paquets, avec son propre ensemble de paramètres de qualité.
Dedicated Bearer
Si un flux de données nécessite des paramètres de service spécifiques (débit garanti, latence admissible et taux de perte de paquets) ou une priorité particulière, une porteuse distincte (Dedicated Bearer) est créée pour lui avec son propre profil QoS (QCI/5QI, ARP).
Le standard permet aussi de définir une priorité via l’ARP (Allocation and Retention Priority), mais il s’agit de la priorité de la porteuse, et non d’un service individuel. Le SDF (service definition function) répartit les services entre les porteuses pour lesquelles un QCI et un ARP sont définis. En cas de manque de ressources radio, une porteuse dont l’ARP est faible ne sera pas créée, et une porteuse existante peut être entièrement supprimée. La priorité existe donc au niveau de la porteuse, mais elle n’influe que sur la création ou la suppression de la porteuse entière, avec tous les services qu’elle contient, et ne permet pas de répartir la bande passante de manière souple entre les services.
Default Bearer
Tout le trafic des services pour lesquels aucun canal dédié n’a été créé (web, messageries, YouTube, torrents, mises à jour en arrière-plan) passe par le canal de base, la porteuse par défaut (Default Bearer). Il s’agit toujours d’une porteuse non-GBR (Non-Guaranteed Bit Rate), à laquelle on attribue généralement la classe de faible priorité QCI 9. Le trafic de cette classe est traité selon les ressources disponibles (best effort), et sa remise n’est pas garantie. Pour tout le trafic non-GBR, le standard prévoit un paramètre commun : l’APN-AMBR.
Conformément à la spécification 3GPP, le rôle du PCEF (Policy and Charging Enforcement Function) est de veiller à ce que le débit total de tous les flux de données de service (SDF) non-GBR au sein d’un point d’accès réseau (APN) ne dépasse pas ce plafond. Le standard ne décrit pas comment répartir la bande passante entre des flux concurrents lorsque leur demande totale dépasse le plafond. C’est pourquoi les interfaces par lesquelles le serveur de politiques (PCRF) transmet les règles au PCEF (par exemple, Gx via le protocole Diameter) ne comportent aucun attribut (AVP) permettant de transmettre une telle répartition.
Imaginons que l’offre de l’abonné soit de 50 Mbit/s, alors qu’un torrent ou une mise à jour de jeu peut occuper jusqu’à 100 Mbit/s : le canal est entièrement saturé. Les paquets de la messagerie passent par le même policer que le torrent. Faute de règles d’équilibrage, le policer coupe le trafic sans distinguer les services. Presque toute la bande passante revient alors à celui qui génère le plus de trafic, en l’occurrence le torrent.
Le standard 3GPP réglemente strictement les interfaces entre les nœuds, mais laisse volontairement aux fabricants d’équipements la logique d’ordonnancement (scheduling) et la concurrence du trafic au sein d’un même APN. Résultat : le standard ne prévoit aucun mécanisme de répartition de la bande passante entre les services selon leur priorité.
QoS hiérarchique sur le PCEF de VAS Experts
Chez VAS Experts, ce problème est résolu grâce à la QoS hiérarchique (HQoS) sur le PCEF avec des profils locaux. La bande passante de l’abonné n’est pas augmentée : elle est répartie entre les services selon leur priorité. Les types de trafic prioritaires, comme la voix et le web, en bénéficient en premier, tandis que le P2P et les téléchargements en arrière-plan utilisent le reste.
Deux niveaux de policing
Le niveau supérieur de la hiérarchie est la classe racine HTB (root), c’est-à-dire la bande passante totale de l’abonné. Elle est définie dans le profil de policing (plan tarifaire). On y indique la valeur de l’APN-AMBR (ou le débit de l’offre d’Internet résidentiel), par exemple 50 Mbit/s. Au total, l’abonné ne pourra pas dépasser ce plafond.
Le second niveau (leaf classes) comprend huit classes, de class0 à class7. Par défaut, class0 a la priorité la plus élevée et class7 la plus faible. Le moteur DPI à signatures reconnaît le protocole ou la destination du trafic (YouTube, BitTorrent, Telegram) et affecte le flux à la classe appropriée. La répartition par classes est définie par un marquage global par protocoles et destinations, ou par un marquage individuel par protocoles pour un abonné donné. Les classes sont associées aux groupes de tarification (rating groups) via une table de correspondance.
Figure 1 — Niveaux de policing
Comment la bande passante est répartie entre les classes
L’administrateur peut choisir entre deux mécanismes de policing.
Le mécanisme principal est HTB (Hierarchical Token Bucket), qui met en œuvre la QoS hiérarchique. Lorsqu’une nouvelle valeur d’APN-AMBR arrive du PCRF, le système la reporte dynamiquement sur la classe racine et répartit cette bande passante entre les classes. Pour chacune des huit classes, on définit un débit garanti (rate) et un débit maximal (ceil).
Ce que cela apporte : le service prioritaire obtient sa bande passante dès l’apparition de son trafic, tandis que le service de faible priorité utilise tout ce qui reste disponible. En l’absence de trafic prioritaire, le trafic de faible priorité peut prendre tout le débit disponible.
Exemple de répartition de la bande passante par classes pour une offre à 50 Mbit/s : # Trafic entrant (vers l'abonné), offre à 50 Mbit/s htb_inbound_root=rate 50mbit # class0 — appels : 5 Mbit/s garantis htb_inbound_class0=rate 5mbit ceil 50mbit # class1 — vidéo : 20 Mbit/s garantis htb_inbound_class1=rate 20mbit ceil 50mbit htb_inbound_class2=rate 8bit ceil 50mbit htb_inbound_class3=rate 8bit ceil 50mbit htb_inbound_class4=rate 8bit ceil 50mbit htb_inbound_class5=rate 8bit ceil 50mbit htb_inbound_class6=rate 8bit ceil 50mbit # class7 — torrents : 1 Mbit/s garanti, mais peut occuper tout le canal lorsqu'il est libre htb_inbound_class7=rate 1mbit ceil 50mbit
Le second est TBF (Token Bucket Filter), un policer sans hiérarchie. Il limite chaque classe indépendamment : la classe reçoit un plafond fixe (rate) et ne le dépasse pas, même si le reste de la bande passante est inutilisé. Les classes sans limite définie ne sont pas restreintes. TBF n’a pas de plafond global.
Ce que cela apporte : une limitation stricte et prévisible, ou le blocage d’une classe de trafic précise.
Exemple de limitation stricte des torrents à 3 Mbit/s :
tbf_inbound_class7=rate 3mbit tbf_class7=rate 3mbit
Ce que cela apporte aux abonnés et aux opérateurs
L’abonné peut désormais téléphoner via sa messagerie tout en téléchargeant un gros fichier, car le torrent passe en class7, avec la priorité la plus faible, et utilise les 50 Mbit/s tant que les autres services n’ont pas besoin du canal. Dès que l’abonné lance un appel ou ouvre YouTube, ce trafic passe en class0 ou class1, et l’ordonnanceur HTB retire aussitôt de la bande passante au torrent au profit du service prioritaire. L’appel ne coupe plus, la vidéo est lue sans interruption et le torrent continue de se télécharger, simplement plus lentement.
Le débit de l’offre n’a pas changé. Seule sa répartition entre les services a changé.
Par ailleurs, l’opérateur tire le maximum de qualité des ressources dont il dispose déjà. Même si, en cas de congestion, le cœur de réseau réduit l’APN-AMBR à 7–10 Mbit/s, les priorités sont maintenues à l’intérieur de cette limite. La bande passante réduite va avant tout à la vidéo et aux appels : la vidéo est lue sans remise en mémoire tampon et les appels dans la messagerie MAX restent en Full HD.
Moins de travail manuel pour l’opérateur
Sans priorités, les rating groups doivent être équilibrés manuellement : élargir l’un pour que l’autre ne soit pas bridé, tout en gardant à l’esprit le volume total de trafic pour que l’ensemble fonctionne.
Avec la HQoS, l’opérateur attribue une fois pour toutes une classe de priorité à chaque service. Il définit les classes et leur ordre en fonction de son modèle économique et des services qui influent le plus sur l’expérience utilisateur. Le profil de policing est créé une seule fois et attribué aux abonnés. Ensuite, la répartition de la bande passante se fait automatiquement sur chaque session d’abonné, quelles que soient les variations de charge du réseau et de la bande passante allouée à l’abonné. Les classes inutilisées peuvent être exploitées plus tard : il suffit de modifier le marquage sur le DPI, sans toucher au profil.
Si, sur votre réseau, les abonnés se plaignent d’appels coupés et de vidéos saccadées alors que le canal radio fonctionne correctement, et qu’en cas de congestion vous devez brider la bande passante de tous sans distinction, il vaut la peine de voir comment la HQoS sur Stingray PCEF se comporte avec votre trafic. Les spécialistes de VAS Experts vous aideront à répartir les services par classes de priorité selon votre modèle économique et vos offres. Écrivez-nous et voyons ensemble par où commencer.
