代码改变世界

4G EPS 中的 Bearer

2019-12-12 14:16  云物互联  阅读(8283)  评论(0编辑  收藏  举报

目录

前文列表

4G EPS 第四代移动通信系统
4G EPS 的架构模型
4G EPS 的网络协议栈
4G EPS 的接口类型

承载的内涵

从抽象层面看,所谓承载(Bearer)实际上就是一个 逻辑的数据通道。当我们谈论某个具体的 Bearer 时,我们可以不去考虑底层的细节,Bearer 就是传输数据的实体,上层把数据交给这个实体,就等同于交给对端。将 EPS Bearer 拆分为 Radio Bearer、S1 Bearer 和 S5 Bearer,则代表各个网元实体区间的通道。

EPS Bearer

我们知道,PDN Connection 就是 UE 到 PDN 之间的逻辑数据通路,我们称之为 EPS 端到端业务隧道(End-to-End Service),而 EPS Bearer 就是包含在 PDN Connection 中更小的隧道。PDN Connection 的作用是保证 UE 和 PDN 之间的连通性,在 UE 和 PDN 之间传送 SDFs(Service Data Flow,业务数据流,e.g. IP 数据包),而 EPS Bearer 的作用是实现更精细化的 QoS(Quality of Service,服务质量)控制

由此,引申出 EPS Bearer 的准确定义:在 UE 到 APN(PGW)之间,具有相同 QoS 的 SDFs 称为一个 EPS Bearer

在这里插入图片描述
EPS Bearer 可分为 Default Bearer 和 Dedicated Bearer 两种类型

  • Default Bearer(缺省承载):在 UE 附着(Attach)流程中,UE 会请求 EPS 会建立第一条 UE 与 PDN 之间的 PDN Connection,在建立 PDN Connection 的同时会建立 1 个 Default Bearer,两者具有共同的生命周期,在 PDN Connection 存在期间,Default Bearer 的上下文就始终保持激活。从某种意义来说,Default Bearer 几乎等同于 PDN Connection,前者是后者的外在表现、是 IP 连通性的具体实现,体现了 EPS 的一个重要特征 —— IP Always On(IP 永久在线)。

  • Dedicated Bearer(专用承载):只能由 EPS 发起建立,并且前提是已经建立了 Default Bearer。Dedicated Bearer 为 UE 提供特定的 QoS,所以其上下文表示了 UE 和 PGW 之间额外的传输要求。Dedicated Bearer 被释放时,并不会影响到 Default Bearer。(PS:NB-IoT 不支持 Dedicated Bearer,PGW 通过请求中的 RAT(无线接入技术)类型标签识别并不会为 NB-IoT 激活专用承载。)

因为 UE 可以创建多个 PDN Connection,具有多个 EPS Bearer,所以这些 Bearer 就需要通过 EBI(EPS Bearer Identity)来进行标识。EBI 是由 MME 分配给 EPS Bearer,以 UE 为单位,用于区分同一个 UE 中的多个 EPS Bearer,不同的 UE 之间的 EBI 可以重复。并且 EBI 只适用于 E-UTRAN 接入方式。EBI 长度为 4 位,0-4 作为保留,可用取值范围为 5-15,所以,从 MME 的角度看,UE 最多可有 11 个 EPS Bearer,这也反过来限制了 UE 接的的 APN 数量,以及 PDN Connection 的数量。

在这里插入图片描述
需要注意的是,通过 Dedicated Bearer 的 EBI 是无法判断该 Bearer 所对应的 APN 的,而是需要通过 Dedicated Bearer 对应的 Default Bearer 所具有的 EBI 来识别,因为确定了 Default Bearer,就确定了 PDN Connection,就确定了 APN。而对于 Dedicated Bearer 而言 Default Bearer 的 EBI 称之为 Linked EPS Bearer ID(LBI),只有找到 Default Bearer 所属的 APN,才能知道 Dedicated Bearer 所属的 APN。

QoS

前文说到,EPS Bearer 的作用就是实现更加精细化的 QoS(Quality of Service,服务质量)控制。所以,在 EPS 中,QoS 控制的基本单位是 EPS Bearer,相同 EPS Bearer 上所有的 SDF 具有相同的 QoS 保障(e.g. 速率、时延和误码率),不同的 QoS 保障需要不同类型的 EPS Bearer 来提供

每当 UE 请求一个新的业务时,PGW 将从 PCRF(策略与计费执行功能)收到 PCC(策略与计费控制)规则,其中就包括业务所要求的 QoS。如果当 Default Bearer 不能满足 PCC 规则所要求的 QoS 时,就需要额外的创建出 QoS 对应的 Dedicated Bearer,以供 UE 使用。在建立了 Dedicated Bearer 之后,Default Bearer 的使用优先级就被降低了。注意,这并非代表 Default Bearer 就没有用处了。

也就是说,什么时候建立 Dedicated Bearer,建立何种 Dedicated Bearer,实际上是与 UE 到 PDN 之间的 SDF 对 QoS 的需求相关的,表现了 UE 对网络质量的期望。例如:对于下载业务,UE 期望网络 速率高;对于游戏业务,UE 期望网络 延迟低;对于视频语音业务。UE 期望网络 平稳(误码率低)。3GPP TS 23.203 根据用户不同的期望将 QoS 划分为多个类别,以 QCI(QoS Class Identity)表示,不同的 QCI 适用于不同的业务类型。

你可能会发现,当使用视频 APP 下载视频的时候网速很快,但用即时通讯 APP 的时候网速又慢了下来。这是因为不同的 UE APP 向网络提出了不同的 QoS 期望。

在这里插入图片描述
根据是否保证速率,QCI 1-9 又分为两大类型

  • GBR(Guaranteed Bit Rate,保证比特率):QCI 1-4,指 EPS Bearer 要求的比特速率被网络 “永久” 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持。只能用于 Dedicated Bearer。例如:VoLTE 中的 IMS 语音和 IMS 视频。
  • Non-GBR:QCI 5-9,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,因而可以长时间地建立。常用于 Default Bearer,也可以用于 Dedicated Bearer。例如:上网业务。

以 IMS 的 VoLTE 业务为例,APN IMS 的 Default Bearer QCI=5,是 Non-GBR 类型;而 VoLTE 业务中 IMS 语音使用的 Dedicated Bearer QCI=1、IMS 视频使用的 Dedicated Bearer QCI=2,都是 GBR 类型,这是因为 VoLTE 需要稳定的带宽来传输 IMS 语音或 IMS 视频数据。

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
至此,我们应该可以理解为什么 VoLTE 能够边打电话边高速上网了:首先 VoLTE 的 APN 是 IMS,与 Internet 的 APN(e.g. 中国移动的 cmnet)不同;其次,VoLTE 的 Voice/Video 都使用了 Dedicated Bearer,网络质量得到了保障
在这里插入图片描述

QoS 的关键参数

从上述表格可以看出,QoS 同样具有 Priority Level(优先级),取值越小优先级越高,当网络资源不能满足所有 SDF 的时延预算(PDB)时,网络调度应首先满足优先级高的 SDF,直到达到其保证速率(GBR)得到满足。下面继续介绍一系列与速率相关的 QoS 参数,包括:GBR,MBR,APN-AMBR 和 UE-AMBR。

在这里插入图片描述

APR

(ARP,Allocation and Retention Priority,分配和保留优先级):ARP 可同时应用于 GBR 和 Non-GBR 承载。主要目的是能够决定是否接受请求的承载建立或修改(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。

每一个 EPS Bearer 都有关联的 QCI 和 ARP。QCI+ARP 的组合是 PDN Connection 唯一标识 EPS Bearer 的依据,每个 QCI+ARP 组合对应的唯一的 EPS Bearer

ARP 的 A(Allocation)表示 “分配”、R(Retention)表示 “保留”,ARP 就是 SDF 分配和保留资源的优先级。资源充足时,ARP 没有太大意义,资源紧张时,ARP 就非常重要了。ARP 包含三部分:

  • Priority Level:表示资源请求的优先级,取值范围为 1-15,取值越小则优先级越高。
  • Pre-emption Capability:是否具备 “抢” 资源的能力,取值为 0 或 1。
  • Pre-emption Vulnerability:是否具备 “被抢” 资源的能力,取值为 0 或 1。

通过 ARP 三个参数的组合就能够表述某个 EPS Bearer 在资源紧张的场景中的 QoS 竞争力。例如:Bearer A 可以 “抢”,Bearer B 可以 “被抢”,此时,假若 Bearer A 的优先级大于 Bearer B,那么在资源不足时,Bearer A 可以 “抢占” Bearer B 的带宽资源。

3GPP TS 23.401 也提供了一个 ARP 应用场景:视频通话中两个 EPS Bearer 分别用于 Video 和 Voice,可以配置 Voice 承载的 ARP 优先级高于 Video 承载,当其他高优先级业务需要资源时,eNB 可根据 ARP 优先级保留 Voice 承载,释放 Video 承载,尽可能保持通话的连续性(人见不着,声音还在)。这就解释了为什么我们在信号不好的地方开微信视频时,是卡屏但可以听见的。

GBR、MBR

保证比特速率(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。
最大比特速率(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。

每个 GBR 类型的 EPS Bearer 都有关联的 GBR 和 MBR 参数。GBR 表示可以期望 EPS Bearer 提供速率的下限,MBR 则表示速率的上限。

AMBR

聚合最大比特速率(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。可细分为 APN-AMBR 和 UE-AMBR。

对于 UE,每个 APN 都有关联的 APN-AMBR 参数。APN-AMBR 是 UE 某个 APN 的、所有 PDN Connection 的、Non-GBR 类型承载的速率之和的上限。也就是说,如果 UE 到某个 APN 有多个 PDN Connection,那么就要把所有 PDN Connection 的 Non-GBR 类型承载计入。这也说明另外一个问题:如果 UE 到某个 APN 如果有多个 PDN Connection,则必须使用同一个(物理)PGW,否则无法聚合计算。

比 APN-AMBR 更进一步的是 UE-AMBR,每个注册态(EMM-REGISTERED)的 UE 都有关联的 UE-AMBR。UE-AMBR 是 UE 所有 APN 的、所有 PDN Connection 的、Non-GBR 类型承载的速率之和的上限。

和 APN-AMBR 不同,UE 如果和多个 APN 建立 PDN Connection, 那么这些 APN 可能不在同一个(物理)PGW 上。这些 PDN Connection 的一端只能是同一个 UE,但另一端就不一定是同一个 PGW 了。可见,显然是无法在 PGW 上实现 UE-AMBR 限流的。和 APN-AMBR 相同的是,UE-AMBR 也不能都交给 UE 处理(防止 UE 耍赖),那么就只能在 eNB 上处理了。

简而言之,EPS 在 PGW 和 UE 实现 APN-AMBR 限流,在 eNB 实现 UE-AMBR 限流

UE 是如何选择 EPS Bearer 的?

之前的文章中我们提到过,UE 是根据 APP 的业务需求(e.g. TCP、HTTP/HTTPs 传输协议)来选择 PDN Connection 的,如果同一个 APN 中具有多个不同 PDN Type 的 PDN Connection 的话,那么 UE 就根据 TCP/IP L3(网络层)协议来完成选择,例如:IPv4 的数据就发往 PDN Type 为 IPv4 的 PDN Connection。

在了解了上面内容之后,我们可以想到,UE 在选择完 PDN Connection 之后,实际上还需要继续选择更加细粒度的 EPS Bearer 来传输数据。这是通过 PF(Packet Filter)和 TFT(Traffic Flow Template)来实现的

  • PF(业务数据过滤器,Packet Filters):用于允许/拒绝 SDF 通过,实现对 SDF 的过滤。如果 SDF 匹配 PF 设定的条件,PDN Connection 就会使用 PF 对应的 EPS Bearer 来传输 SDF。对于 IPv4 类型 SDF 而言,PF 是一个五元组(源/目的 IP 地址,源/目的端口号,协议号)。

:根据 3GPP TS 23.060 描述 PF 应该包含以下条件中的一项或多项(部分项目不能共存):Remote Address and Subnet Mask、ProtocolNumber (IPv4) / Next Header (IPv6)、Local Addressand Mask、Local Port Range、RemotePort Range、IPSec Security Parameter Index (SPI)、Type of Service (TOS) (IPv4) / Traffic class (IPv6) and Mask、Flow Label (IPv6)。

  • TFT(传输流模板,Traffic Flow Template):是一组 PF 的集合,由 PGW 创建并通过 SGW、MME 转发到 UE。分为 UL TFT(UpLink TFT,上行过滤模版)和 DL TFT(DownLink TFT,下行过滤模版)。数据上行方向,UE 通过 UL TFT 将 SDF 映射到对应的 EPS Bearer;数据下行方向,PGW 通过 DL TFT 将 SDF 映射到对应的 EPS Bearer。每个 Dedicated Bearer 都必须关联到某一个 TFT,Default Bearer 也可以关联到 TFT,但通常不会这么做,因为希望所有不能映射到 Dedicated Bearer 的上/下行数据都会被映射到 Default Bearer 上来。

每个 PF 都会具有一个唯一标识 PFI(Packet Filter Identifier),用于 PGW 创建或修改 TFT 时对 PF 进行区分。PFI 只在 TFT 内有效,不同 TFT 之间的 PFI 可以重复。不过,我们更需要关注的其实是 PF 的优先级(Packet Evaluation Precedence)。

在同一个 PDN Connection 中,每个 PF 的优先级是唯一的,取值越小优先级越高。当 UE 发送上行数据时,在 UE 拥有的全部 TFT 中找到优先级最高的 PF 进行匹配,如果没有匹配成功,则依次递减直至成功为止。UE 再将 SDF 映射到包含此 PF 的 TFT 上,最终通过该 TFT 找到对应的 EPS Bearer。如果所有 PF 都不匹配,那么 UE 则将 SDF 映射进没有关联任何 UL TFT 的 EPS Bearer,一般为 Default Bearer。如果所有 EPS Bearer 都有关联了 UL TFT,则 UE 丢弃数据,所以一般不会为 Default Bearer 关联 TFT。

NOTE:这也意味着同一条 PDN Connection 中没有关联到 TFT 的 EPS Bearer 只能有一个,也就只能是 Default Bearer 了。

说得更加准确的话,实际上,UE 保存的 UL TFT 映射了 Radio Bearer;PGW 保存的 DL TFT 映射到了 S5/S8 Bearer;而 SGW 则保存了 S1 Bearer 和 S5/S8 Bearer 之间的映射。对此,在下文中会有更深的认识。

现在我们姑且理解为:UE 会拥有多个 UL TFT,匹配 UL TFT 中的 PF 的 SDF 就会使用 PDN Connection 中与该 TFT 对应的 EPS Bearer 来传输上行数据;PGW 也会拥有多个 DL TFT,匹配 DL TFT 中的 PF 的 SDF 就会使用 PDN Connection 中与该 TFT 对应的 ESP Bearer 来传输下行数据

在这里插入图片描述

E-RAB

在这里插入图片描述

回过头来继续看这张图,EPS Bearer 可以被拆分为三段:Radio Bearer(无线承载,RB)、S1 Bearer 和 S5 Bearer。其中,RB + S1 Bearer 的组合称为 E-RAB

E-RAB(E-UTRAN Radio Access Bearer)是 EPS 中的 RAB,由与 eNB 相关的两段承载(RB + S1 Bearer)构成,所以称之为 “无线访问承载”。E-RAB 通过 E-RAB ID 来进行标识,由 MME 分配。E-RAB 作为 EPS Bearer 的一部分,与 EPS Bearer 一一对应,所以 E-RAB ID 也和 EBI(EPS Bearer ID)一一对应。例如:EPS Bearer 的 EBI 为 5,那么 E-RAB ID 也为 5。

虽然从上图看,E-RAB 处于 EPS Bearer 的下层,但实际上两者是包含关系,E-RAN 出于方便 EPS 系统运行逻辑(对无线访问连接的管理)的考虑被设计出来,在信令流程中常作为整体操作(建立、修改、释放)。例如:MME 向 eNB 发送 E-RAB Setup Request 要求 eNB 建立 E-RAB 时,E-RAB 会被作为一个整体创建。同样的,在 UE 切换中,eNB 发生变化时,E-RAB 也会作为一个整体被修改;如果 eNB 的空闲定时器(User Inactive Timer,常见配置为 10 秒或 20 秒)超时了,E-RAB 也会作为一个整体释放。

那么,为什么要释放 E-RAB 呢?是因为空口的资源宝贵,UE 没有上下行数据时,网络侧就应该释放资源给其他的 UE,而且 UE 保持连接态也会持续耗电。由 eNB 来负责监测 UE 的活跃性,通过监测 DRB 缓存来实现。在空闲定时器超时后通知 MME 释放 E-RAB 资源,包括:控制平面的 NAS 信令连接(RRC 连接和 S1AP 连接),以及用户平面的 E-RAB(RB 和 S1 Bearer)。

需要注意的是,释放 E-RAB 并不会导致 PDN Connection 的断开。前文中提到,PDN Connection 要保证 UE IP 的 “永久在线”,所以并不会因为 E-RAB 资源的释放就轻易的断开 PDN Connection,即:Default Bearer 是支持部分释放的,但不能全部释放,除了主动断开 PDN Connection。PDN Connection 体现在 ESM Context 中,UE、PGW、MME 都保存了 PDN Connection 的信息,包括其核心属性:APN、PDNType、UE IP 等,这些都不会因为 E-RAB 的释放而丢失。Default Bearer 体现在 UE、eNB、SGW、PGW 等实体具体占用的资源中(e.g. NE IP、Port、TEID 等)。所以,只要 S5 Bearer 存在,Default Bearer 就存在,虽然可能并不完整。

在 Default Bearer 不完整的情况下,当 UE 希望进行上下行传输时,网络侧首先需要再次建立 NAS 信令连接,然后通过 Service Request(业务请求)流程建立 E-RAB,再构成了完整的 Default Bearer。但实际上,此时的 eNB 可能以及不是原来的 eNB 了,体现了 UE 的移动性

为了便于管理 E-RAB,EPS 提供了相应的控制信令来完成传输网元(UE、eNB、SGW)之间的连接,主要包括三个部分:NAS 信令、RRC 信令和 S1AP 信令,以及用来传输信令的各种更加细粒度(RB、S1 Bearer) Bearer。另外 E-RAB 的管理主要体现在 S1 Bearer,包括 E-RAB 的建立、修改和释放。而对于 RB 的管理,即空口连接的管理可以看做是 E-RAB 管理过程中的子过程

Radio Bearer

Radio Bearer,简称 RB。上文提到,EPS 对 RB 的管理,即对 Uu 空口连接的管理,是 E-RAB 管理的子过程。RB 是 eNB 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,以及 MAC 层和 PHY 层分配的一系列资源等。RB 在 UE 到 eNB 之间的 Uu 接口上传输数据,任何在 Uu 接口上传输的数据都要经过 RB

值得注意的是,虽然 PDCP 对控制面和用户面都支持加密保护,但只会在用户面支持 RoHC(Robust Header Compression,头压缩协议,减少 IP Header 占用资源),也只对控制面支持完整性保护。另外,有些业务对时延敏感(e.g. 语音通话、实时游戏),有些业务对可靠性敏感(e.g. IMS 信令),则可以在 RLC 层,分别通过配置的 UM、AM 模式来满足不同需求。

:RLC 提出了三种模式

  • 透明模式(Transparent Mode,TM):不添加 RLC 头,可以分段/级联。
  • 非确认模式(Unacknowledged Mode,UM):必须添加 RLC 头,两种传送数据方式:1. 检测且将没有出错的数据传递到高层;2. 立即传递到高层。
  • 确认模式(Acknowledged Mode,AM):必须添加 RLC 头,无错传递(通过重发机制保证),顺序传递或无序传递(仅用于上行切换),唯一传递(相同检测功能)。

但实际上,RB 在协议层面的实体主要只会看 PDCP(Packet Data Convergence Protocol,分组数据汇聚协议)。上层(e.g. UE APP)将业务数据交给 PDCP 实体,经过逐层封装(以及分段、映射、复用)后经 PHY 层发送,接收方(一般是 eNB)再逐层解封,最后由对端 PDCP 实体将业务数据交给上层。从上层的角度看,提供传送数据服务的 PDCP 实体,就是 RB,而并不了解 PDCP 的细节。

在这里插入图片描述

RB 可以传送业务数据,也可以传送信令数据。通常而言,用于业务数据(上层为 User Plane Entity)的承载称为 DRB(Data Radio Bearer);用于信令数据(上层为 Control Plane Entity)的承载称为 SRB(Signalling Radio Bearer)。在建立 EPS Bearer 时,MME 向 eNB 发送 E-RAB Setup,eNB 向 UE 发送 RRC Connection Reconfiguration,PDCP 内容就是 DRBs to ADD。

在这里插入图片描述

  • DRB(Data Radio Bearer,数据无线承载):传输的是用户面(数据平面)的数据包。根据 QoS 不同,UE 与 eNB 之间可同时最多建立 8 个 DRB。也就说是 UE 最多存在 8 个 Default Bearer,即:8 个 PDN Connection

  • SRB(Signaling Radio Bearer,信令无线承载):承载的是控制面的数据,用于 RRC 和 NAS(位于 PDCP 之上)的消息传输。根据承载信令的不同分为以下三类:

    • SRB0:承载 RRC 连接建立之前的 RRC 信令, 使用 CCCH 逻辑信道,msg3、4 均使用 SRB0,在 RLC 层采用 TM 模式;
    • SRB1:承载 RRC 信令和 SRB2 建立之前的 NAS 信令,SRB1 先于 SRB2 建立,所以使用 DCCH 逻辑信道,msg5 使用 SRB1,在 RLC 层采用 AM 模式;
    • SRB2:承载 NAS 信令,使用 DCCH 逻辑信道,在 RLC 层采用 AM 模式。SRB2 总是在 E-UTRAN 安全模式完成后才能建立;

在这里插入图片描述
DRB ID 用来区分 UE 的多个 DRB,取值范围为 1-32。但因为 MAC 层的逻辑信道仅有 LCID=3-10 是用于 DRB 的(LCID=1-2 用于 SRB),所以实际上 UE 最多只能有 8 个 DRB。相应的,UE 最多可有 8 个 EPS Bearer,即 8 个 PDN Connection。

在这里插入图片描述

实际上,从物理实现的层面来看,在 UE 和 eNB 之间真正传送数据的是 PHY 的无线信道,DRB 是在 PDCP 层上抽象出来的(用户面)逻辑数据通道,UE 和 eNB 使用 DRB ID 区分 UE 的多个 DRB。但问题是,eNB 不只为一个 UE 服务,eNB 会同时向多个 UE 发送信号,UE 也会收到 eNB 发送给其他 UE 的信号,所以 eNB 和 UE 之间还需要对其他的 UE ID(RNTI)进行区分。例如:在下行方向,RRC 连接建立时,eNB 会给 UE 分配一个 C-RNTI(Cell Radio Network Temporary Identity,小区无线网络临时身份),UE 使用 C-RNTI 对 PDCCH(物理下行控制信道)进行解扰,通过其中的 DCI(Downlink Control Information,下行控制信息)才能在相应的位置解调出自己的 PDSCH(物理下行共享信道),最终获得自己的下行数据。

S1 Bearer

S1 Bearer(S1 承载)在 eNB 到 SGW 之间传输业务数据,通过 S1AP 信令来进行管理的,包括 S1 Bearer 的建立、修改和释放。可分为

  • S1-U 接口:传输的是 eNB 到 SGW 之间的用户面数据。
  • S1-MME 接口:传输的是 eNB 到 MME 之间的控制面数据。

S5/S8 Bearer

S5/S8 Bearer(S5/S8 承载):在 SGW 和 PGW 之间传输数据。S5 和 S8 接口的区别在于:当 SGW 和 PGW 归属同一运营商时(Intra-PLMN)时使用 S5;当 SGW 和 PGW 归属不同运营商(Inter-PLMN)时使用 S8。S5 和 S8 本质上没有太大的区别。

Dedicated Bearer 的建立流程

EPS Dedicated Bearer 的建立,可以由网络侧发起,也可以由 UE 侧发起。

  • Dedicated Bearer 建立的信令流程由网络侧发起:不要求 UE 的应用层了解 EPS Bearer 的 QoS 信息,UE 的应用层可以通过应用层协议(信令)与网络侧协商 QoS 的相关信息,如:SIP/SDP、RTSP 等,但这种应用层的 QoS 协商并不包含承载层 QoS 的内容;
  1. PCRF 根据 UE 应用层所需求的 QoS 信息,生成相应的 PCC 规则(包含 QoS 信息),通过基于 Diameter 的 RAR(Re-Authentication Request)命令发送给 PGW。
  2. PGW 根据相应的 QoS 信息来配置 EPS Bearer 的 QoS,并发送建立承载请求信令给 SGW。
  3. SGW 将相应的消息转发给 MME。
  4. MME 向 eNB 发送 E-RAB 建立请求,包含 E-RAB ID、QoS 和目的 SGW 等信息。
  5. eNB 接收建立请求消息后,建立 RB(DRB)。
  6. 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。
  • Dedicated Bearer 建立的信令流程由 UE 侧发起:UE 的应用层直接向网络侧提出承载层 QoS(包括:QCI、GBR 等)的申请,如果网络侧接受了 UE 的请求,就会与 UE 进一步进行信令交互,建立 Dedicated Bearer。
  1. 连接状态下的 UE 通过 UL informationTransfer 消息将 Bearer resource allocation Request(或者是 Bearer resource modification request)消息传递给 eNB。
  2. eNB 通过 UPLINK NAS TRANSPORT 消息将 Bearer resource allocation Request(或者是 Bearer resource modification request)消息发送给 EPC。
  3. EPC 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 Reconfiguration 消息,将 NAS 消息 Activate dedicated EPS bearer context request 传递给 UE。
  6. UE 建立 Dedicated Bearer 成功,返回 RRC Connection Reconfiguration Complete 消息,表明承载建立成功。
  7. eNB 发送 E-RAB SETUP RESPONSE 消息给 EPC,表明 RB 建立成功。
  8. UE 在发送 Reconfiguration Complete 完成后,通过 UL information Transfer 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。

至此,UE 已经可以通过 Dedicated Bearer 发送上下行数据了。

在这里插入图片描述