LTE 承载

一、LTE 承载

       LTE是基于承载 Bearer的Qos策略设计,我们把UE到P-GW(PDN-Gateway)之间具有相同Qos的业务流称为一个EPS (Evolved Packet System)承载,EPS承载中UE到eNodeB空口之间的一段称为无线承载(RB, Radio Bearer); eNodeB到S-GW (ServingGateway)之间的一段称为S1 承载。无线承载与S1 承载统称为E-RAB (Evolved RadioAccess Bearer)——即Uu口和S1承载合称。

图:LTE承载的位置关系

      一个RB上可能同时传输多个业务流,但这些业务流的Qos等级是相同的。实际上,RB是eNodeB为UE分配的一系列协议实体及配置的总称,包括PDCP协议实体、RLC协议实体、MAC协议实体和PHY分配的一系列资源等。

       无线承载根据承载的内容不同分为SRB (Signaling Radio Bearer)和DRB (Data RadioBearer)。SRB是系统的信令消息实际传输的通道,DRB是用户数据实际传输的通道。

1、SRB

LTE中,SRB(signalling radio bearers—信令无线承载)作为一种特殊的无线承载(RB),仅仅用来传输RRC和NAS消息,在协议36.331中,定义了SRBs的传输信道:
——SRB0用来传输RRC消息,在逻辑信道CCCH上传输;
——SRB1用来传输RRC消息(也许会包含piggybacked NAS消息),在SRB2承载的建立之前,比SRB2具有更高的优先级。在逻辑信道DCCH上传输;
——SRB2用来传输NAS消息,比SRB1具有更低的优先级,并且总是在安全模式激活之后才配置SRB2。在逻辑信道DCCH上传输。

SRB0

       SRB0是缺省承载,不用UE创建,可以说CCCH逻辑信道可用时SRB0就存在了,CCCH在UE和网络没有建立RRC连接的时候使用SRB0。

  • SRB0没有加密和完整性保护。
  • SRB0上承载的信令有:RRCConnectionRequest、RRCConnectionReject、RRCConnectionSetup和RRCConnectionReestablishmentRequest、RRCConnectionReestablishment、RRCConnectionReestablishmentReject。
  • SRB0在RLC层采用TM模式。

SRB1

       SRB1承载RRC信令(可能会携带一些NAS信令)和SRB2之前的NAS信令(用于建立、释放SRB2),通过DCCH逻辑信道传输,DCCH在UE和网络建立了RRC连接以后使用。

  • SRB1有加密和完整性保护。
  • SRB1上承载的信令有:除了SRB0之外的RRC信令。
  • SRB1在RLC层采用AM模式。

SRB2

       SRB2承载NAS信令,通过DCCH逻辑信道传输,在RLC层采用AM模式。SRB2优先级低于SRB1,安全模式完成后才能建立SRB2。
      LTE中UE发起业务的过程时,先通过SRB0上传输信令建立SRB1,SRB1建立之后UE就进入RRC_Connected状态,然后通过SRB1建立SRB2用来传输NAS信令;利用SRB1建立DRB来传输用户数据。业务过程中通过SRB1进行管理,当业务结束后,通过SRB1将所有的DRB、SRB释放,UE进入到RRC_IDLE状态,此时UE唯一可以使用的资源就是SRB0。

2、DRB

默认承载:一种满足默认QoS的数据的用户承载,用于数据量小且实时性低的数据业务。默认承载可以简单地理解为一种提供尽力而为的IP连接的承载,随着PDN连接的完成而建立,随着PDN的连接的释放而销毁,为用户提供永久在线的IP传输服务。

专用承载:专用承载是在PDN连接的基础上建立的(也就是在默认承载基础上),是为了提供某种特定的QoS传输需求而建立的(默认承载无法满足的)。一般情况下专用承载的QoS比默认承载的QoS要求高。

二、Qos

      在EPS系统中,QoS控制的基本粒度是EPS承载(Bearer),即相同承载上的所有业务数据流(SDF,Service DataFlow)将获得相同的QoS保障(如调度策略、缓冲队列管理、链路层配置等),不同的QoS保障需要不同类型的EPS承载来提供。
根据QoS的不同,EPS Bear可以划分为两大类:GBR(Guranteed Bit Rate) 和 Non-GBR

GBR,固定比特率,是指承载要求的比特速率被网络恒定的分配,即使在网络资源紧张的情况下,相应的比特速率也能够保证。 Non-GBR,非固定比特率,指的是在网络拥挤的情况下,业务需要承受低速率的要求。

       由于Non-GBR承载不需要占用固定的网络资源,因而可以长时间地存在。默认承载只能是Non-GBR承载。专有承载可以是GBR承载,也可以是Non-GBR。

1、QoS 参数


(1)QCI,用于指定访问节点定义地控制承载级分组转发方式(如调度权重、接纳门限、队列管理门限等)。QCI等级规定有9种,分别对应于不同业务,如下所示:

(2)分配和保留优先级(ARP),ARP可同时应用于GBR和Non-GBR承载。ARP的主要目的是能够决定是否接受请求的承载建立/修改(尤其对于GBR承载的无线容量是否有效) ,或者在资源受限时拒绝上述请求。
(3)保证比特速率(GBR),GBR仅应用于GBR承载, 提供给GBR承载保证的比特速率, GBR承载的业务包括语音、流媒体、实时游戏等。
(4)最大比特速率(MBR),MBR仅应用于GBR承载, 它为业务设置数据传输速率的限制。如果发现业务的数据传输速率超过MBR时, 网络将通过业务量整形算法来限制速率。MBR的值一般大于或等于GBR的值。
(5)聚合最大比特速率(AMBR),AMBR仅应用于Non-GBR承载, 同一个UE的多个SAE承载可以共享同一个AMBR, 即一组SAE承载中的每个承载可以使用全部的AMBR 资源。如果超出了AMBR限制, 网络可能在上行链路和下行链路使用业务流量调节算法,就像MBR的调节算法一样。

       对于EPS来说,什么情况建立“默认承载”或者“专用承载”,就和实际Qos有关。等级相对比较高的Qos,一般是分配给专用承载,而默认承载,使用的是Non-GBR。每当UE请求一个新的业务时,S-GW/P-GW将从PCRF(策略与计费执行功能)收到PCC(策略与计费控制)规则,其中包括业务所要求的Qos。如果默认承载不能满足所要求的Qos时,则需要另外的承载服务,即建立专用承载以提供服务。
       用户的IP数据包需要映射到不同的EPS Bearer,以获得相应的Qos保障。这样的映射关系是通过TFT(Traffic Flow Template)和其中的Packet Filters来实现的。TFT是映射到相应EPS Bearer的所有Packet Filter的集合。Packet Filters表示将用户的一种业务数据流(SDF,Service DataFlow)映射到相应的EPS Bearer上。Packet Filters通常包括源/目的IP地址,源/目的IP端口号,协议号等内容。专用承载必须有与之相应的TFT。相反的,默认承载通常并不配置特定的TFT,或者说,配置的是通用TFT,这样所有不能映射到专用承载的数据包会被映射到默认承载上。TFT分为上行和下行两个方向,其中,上行的TFT在UE侧对上行的数据包进行过滤和映射,下行的TFT在PDN侧对下行的数据包进行过滤和映射。

2、专用承载的建立

专用承载建立过程:

a)PCRF根据UE应用层所需要的QoS信息,生成相应的QoS准则,通过基于Diameter的RAR(Re-Authentication Request)命令发送给PGW。
b)PGW根据相应的Qos准则来配置EPS Bearer的QoS,并发送建立承载请求信令给SGW,SGW将相应的消息转发给MME。
c)MME向eNB发送E-RAB建立请求,包含E-RAB ID,QoS,S-GW。
d)eNB接收建立请求消息后,和UE建立数据无线承载。
e)eNB返回E-RAB建立响应消息,E-RAB建立列表信息中包含成功建立的承载信息,E-RAB建立失败列表消息中包含没有成功建立的承载消息。

专用承载建立流程说明:

1)连接状态下的UE通过UL informationTransfer 消息将Bearer resource allocation Request 消息传递给eNB。(也可能发送Bearer resource modification request消息,用于修改现有承载的参数。)
2)eNB通过UPLINK NAS TRANSPORT消息将Bearer resource allocation Request发送给EPC。
3)EPC通过PCRF进行承载资源申请处理。
4)EPC通过E-RAB SETUP REQUEST传递Activate dedicated EPS bearer context request消息告知eNB。
5)eNB通过重配消息,将NAS消息Activate dedicated EPS bearer context request传递给UE。
6)UE建立专用承载成功,返回RRCConnectionReconfigurationComplete消息。
7)eNB发送E-RAB SETUP RESPONSE消息给EPC,表明无线承载建立成功。
8)UE在发送RRCConnectionReconfigurationComplete后,通过ULinformationTransfer 消息将Activate dedicated EPS bearer context accept消息告知eNB。
9)eNB发送UL NAS TRANSPORT消息Activate dedicated EPS bearer context accept告知EPC。
10)此时,上下行数据已经可以进行发送。
 

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