En una red 5G, la QoS no es solo una etiqueta técnica añadida a los paquetes. Es el mecanismo que decide qué tráfico recibe un tratamiento ordinario de mejor esfuerzo, qué servicio merece recursos garantizados y cómo debe reaccionar la red cuando las condiciones radioeléctricas o la congestión empiezan a afectar la experiencia del usuario. Para los operadores, la QoS está estrechamente vinculada al coste del ancho de banda y a la asignación de recursos de red. Para los usuarios y los socios de servicio, suele manifestarse como calidad de servicio, nivel de suscripción, prioridad comercial o experiencia garantizada.

Un teléfono móvil puede generar muchos tipos de tráfico al mismo tiempo: mensajería, vídeo corto, aula en la nube, juegos, señalización IMS, audio VoNR, vídeo en directo, interacción AR/VR y actualizaciones de aplicaciones en segundo plano. Estos flujos no tienen los mismos requisitos. Un vídeo con búfer puede tolerar más retardo que la voz. La señalización IMS necesita un tratamiento fiable, pero no requiere el mismo ancho de banda que el vídeo. Un servicio industrial crítico en latencia puede exigir un control de retardo y pérdida de paquetes mucho más estricto que una aplicación social ordinaria.

La función de la QoS del 5GC es clasificar estos flujos de datos de servicio, mapearlos en QoS Flows adecuados, asignarles un tratamiento de reenvío y coordinar el UE, el gNB, el UPF, el SMF y las reglas de política para que el plano de usuario se comporte de acuerdo con la intención del servicio.

Valor del servicio y coste de los recursos

La QoS parte de una realidad sencilla: no todos los servicios reciben la misma garantía de red. La mayoría de las aplicaciones públicas de Internet, como la mensajería social, el vídeo corto, la navegación convencional, las aplicaciones de música o el tráfico de aprendizaje en línea, suelen recibir un tratamiento de mejor esfuerzo. Normalmente se gestionan como servicios Non-GBR, lo que significa que la red no promete una tasa de bits garantizada para cada flujo.

Algunos servicios pueden recibir una protección QoS más fuerte porque un usuario, un cliente empresarial o un socio de servicio paga por un tratamiento diferenciado. La cooperación en juegos en línea, las aplicaciones empresariales premium, los servicios AR/VR o los servicios sectoriales de baja latencia pueden gestionarse con una QoS más controlada. Estos servicios pueden utilizar GBR, o tasa de bits garantizada, cuando la red debe reservar o proteger una tasa mínima.

También existen servicios propiedad del operador que pueden recibir protección QoS incluso sin un pago separado del usuario. Los servicios de voz son un ejemplo típico. En 4G esto se trataba a menudo mediante VoLTE, mientras que en 5G la misma lógica puede aparecer en el tráfico relacionado con VoNR. La voz debe mantenerse estable, con baja latencia y ser comprensible, por lo que no siempre puede tratarse como una aplicación ordinaria de mejor esfuerzo.

Del portador al flujo

Una de las diferencias más importantes entre la QoS de 4G y 5G es el paso de un enfoque centrado en portadores a otro centrado en flujos. En 4G, la QoS se construía alrededor del EPS Bearer. Una relación de portador estaba asociada con el portador radio, el túnel S1-U y los recursos de túnel S5/S8. Más portadores solían implicar más estructuras correspondientes de túneles y portadores radio.

En 5G, la unidad QoS clave es el QoS Flow. Una sesión PDU puede transportar uno o varios QoS Flows. Cada QoS Flow se identifica mediante QFI, o identificador de flujo QoS, con valores de 0 a 63. Los paquetes con el mismo QFI reciben el mismo tratamiento de reenvío. Esto proporciona a 5G un modelo de clasificación de servicios más fino y flexible que el antiguo enfoque EPS Bearer.

Una sola sesión PDU puede transportar varios QoS Flows, mientras que el túnel N3 de esa sesión PDU sigue siendo un único túnel. Un DRB puede transportar uno o varios QoS Flows, y el mapeo real entre QoS Flows y DRB lo controla el gNB. Por tanto, el número de DRB no tiene que ser igual al número de QFI. Por ejemplo, un flujo de aplicación Non-GBR y un flujo de juego GBR podrían compartir un DRB en un diseño, o mapearse por separado según la estrategia radio.

Los parámetros clave determinan el tratamiento

Los parámetros QoS del 5GC describen cómo debe gestionarse cada flujo. En el nivel de QoS Flow, los parámetros habituales incluyen 5QI y ARP. 5QI es el identificador de QoS de 5G y evolucionó a partir del concepto QCI de 4G. Representa características del servicio como el nivel de prioridad, el presupuesto de retardo de paquetes, la tasa de error de paquetes, la ventana de promediado y el volumen máximo de ráfaga de datos para servicios GBR críticos en latencia.

ARP significa prioridad de asignación y retención. Ayuda a decidir si un QoS Flow puede establecerse o mantenerse cuando los recursos son limitados. En condiciones de congestión, ARP puede influir en qué flujos se admiten y cuáles tienen más probabilidades de ser liberados o rechazados.

Los flujos GBR tienen parámetros relacionados con la tasa. GFBR define la tasa de bits garantizada del flujo, es decir, la tasa mínima que la red intenta proteger. MFBR define la tasa máxima de bits del flujo; el tráfico que supere ese valor puede descartarse. El control de notificación puede utilizarse cuando el lado RAN no puede satisfacer GFBR, por ejemplo, en malas condiciones radioeléctricas. La tasa máxima de pérdida de paquetes define el nivel de pérdida tolerable para el tráfico ascendente o descendente.

El tráfico Non-GBR se controla de forma distinta. UE-AMBR limita la tasa de bits agregada de todos los QoS Flows Non-GBR del UE, mientras que Session-AMBR limita todos los QoS Flows Non-GBR dentro de una sesión PDU. RQA, o atributo de QoS reflectante, indica si Reflective QoS puede aplicarse a un flujo.

Cómo se mapea el tráfico

La QoS solo es útil cuando los paquetes pueden clasificarse y mapearse correctamente. En 5G, la clasificación ascendente y descendente se trata de forma diferente. Para el tráfico ascendente, el UE realiza la clasificación y el mapeo conforme a las reglas QoS proporcionadas por la red o derivadas por el propio UE. Para el tráfico descendente, el UPF realiza la clasificación conforme al PDR, o regla de detección de paquetes, entregado por el SMF.

Una regla QoS o un PDR incluye información de filtro de paquetes. Puede incluir la dirección IP de origen o destino, prefijo IPv6, puerto de origen o destino, número de protocolo IP, tipo IPv6 Next Header, IPv4 ToS, IPv6 Traffic Class, IPv6 Flow Label, IPsec SPI y dirección del tráfico. Estos filtros indican al UE o al UPF qué paquetes pertenecen a cada QoS Flow.

Si el UPF no puede hacer coincidir un paquete descendente con un PDR válido, el paquete puede descartarse. Esto es importante porque el tratamiento QoS descendente depende de las reglas instaladas por el SMF en el UPF. En sentido ascendente, el UE marca los paquetes según la regla QoS aplicable para colocarlos en el QoS Flow correcto y que después sean tratados por la red de acceso radio.

Reflective QoS reduce la sobrecarga de señalización en determinados casos. Cuando la red activa Reflective QoS, el UPF puede enviar datos descendentes con una indicación RQI. A través del túnel N3 y de la interfaz aérea, el UE recibe el paquete descendente y deriva de él una regla QoS ascendente. Esta regla QoS derivada por el UE contiene un filtro de paquetes ascendente, QFI y prioridad. El UE puede clasificar entonces futuros paquetes ascendentes sin esperar una regla separada entregada por la red.

Preguntas frecuentes

¿Por qué 5G utiliza QoS Flow en lugar de usar únicamente DRB?

QoS Flow pertenece al modelo de tratamiento de servicios de la red central, mientras que DRB pertenece a la gestión del portador radio. Separarlos da a la red más flexibilidad al mapear reglas de servicio en recursos radio.

¿Pueden dos aplicaciones con necesidades de tráfico similares utilizar QoS Flows diferentes?

Sí. El operador también puede considerar la propiedad del servicio, los acuerdos comerciales, la política de suscripción y el modelo de tarificación, no solo los requisitos de ancho de banda o retardo.

¿Qué ocurre cuando el tráfico supera MFBR?

El tráfico que supere la tasa máxima de bits del flujo puede descartarse, porque MFBR define la tasa superior permitida para ese QoS Flow GBR.

¿Por qué 5QI es importante para la planificación de servicios?

5QI proporciona una forma estandarizada de asociar categorías de servicio con expectativas de prioridad, retardo, error de paquetes y tipo de recurso, facilitando el diseño y la comparación del comportamiento QoS.

¿Reflective QoS funciona en todos los terminales?

No. Requiere compatibilidad del UE y una activación correcta de la red. Sin compatibilidad del terminal, el UE no puede derivar la regla QoS ascendente a partir de datos descendentes del plano de usuario.