一、EPS中承载的概念
EPS承载:指为在UE和PDN之间提供某种特性的QoS传输保证,分为默认承载和专用承载。一个EPS承载是UE和PDN GW间一或多个业务数据流(Service Data Flow,SDF)的逻辑聚合。
默认承载:一种满足默认QoS的数据和信令的用户承载。默认承载可以简单地理解为一种提供尽力而为IP连接的承载,随着PDN连接的建立而建立,随着PDN的连接的拆除而销毁。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。专用承载在UE关联了一个UL业务流模板(TrafficFlowTemplate,TFT),在PDN GW关联了一个DL业务流模板,TFT中包含业务数据的过滤器,而这些过滤器只能匹配符合某些准则的分组。
在一个PDN链接中,只有一个默认承载,但可以有多个专用承载。一般最多为11个专用承载。(问题:如果超过11个承载会出现什么情况?)
LTE承载示意图:
由上图可以看出,通俗理解,承载就是一条核心网到UE的逻辑通路。两个网元之间的结点,或者三个到三个以上,都能组成各式承载(bearer)。
默认承载是在UE和网络完成附着的时候(Attach),如果没有其他数据传送,系统自己会建立一个承载。当UE有少量数据传送的时候,可以就直接在默认承载上传送。这个所谓的默认承载传送的数据实际上是可以理解为在公共信道上就直接发送了少量数据。一般现网中,即使在默认承载上没有数据,当一定时间后(inactive timer)超时,也会释放RRC。
专有承载是在UE有比较大量数据传送,需要建立专门的无线通道进行传输,这时才建立的专用承载。因此,可以说,在建立专用承载后,实际上原来默认承载也应该是在其中的一个优先级比较低的承载通道。(好比如vpn)
二、与承载相关的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。所谓GBR,是指承载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。 相反,Non-GBR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。默认承载是能是Non-GBR承载。专有承载可以是GBR承载,也可以是Non-GBR。
一个EPS的承载关联到下列承载级 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本身来说,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,配置的是通配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。
EPS专用承载的建立,可以由网络侧发起,也可以由终端侧发起。在网络侧发起的专用承载建立过程中,专用承载建立的信令流程由网络侧发起,不要求UE上的应用层了解EPS承载层Qos的具体信息,UE上的应用层可以通过应用层的信令与网络协商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。在UE侧发起的EPS专有承载的建立中(也称为承载资源分配过程),UE上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UE的请求,就会与UE进一步信令交互,建立专有的EPS Bearer。
目前我司CPE一般没有建立TFT/QCI模板业务主动申请类型,所以一般由核心网直接发起建立请求。
三、EPS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,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。(也可以是发送Bearer resource modification request消息)
2)eNB通过UPLINK NAS TRANSPORT消息将Bearer resource allocation Request(或者是Bearer resource modification request)发送给EPC。
3) EPC通过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,表明承载建立成功。
7)eNB发送E-RAB SETUP RESPONSE消息给EPC,表明无线承载建立成功。
8)UE在发送完成重配完成后,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。
11)EPC通过进行承载资源申请响应。
EPS建立专用承载,在UE侧的信令流程如下:
RRC DL DCCH RRC Connection Reconfiguration message