一、EPS中承載的概念
EPS承載:指為在UE和PDN之間提供某種特性的QoS傳輸保證,分為默認承載和專用承載。一個EPS承載是UE和PDN GW間一或多個業務數據流(Service Data Flow,SDF)的邏輯聚合。
默認承載:一種滿足默認QoS的數據和信令的用戶承載。默認承載可以簡單地理解為一種提供盡力而為IP連接的承載,隨着PDN連接的建立而建立,隨着PDN的連接的拆除而銷毀。為用戶提供永久在線的IP傳輸服務。
專用承載:專用承載是在PDN連接的基礎上建立的(也就是在默認承載基礎上),是為了提供某種特定的QoS傳輸需求而建立的(默認承載無法滿足的)。一般情況下專用承載的QoS比默認承載的QoS要求高。專用承載在UE關聯了一個UL業務流模板(TrafficFlowTemplate,TFT),在PDN GW關聯了一個DL業務流模板,TFT中包含業務數據的過濾器,而這些過濾器只能匹配符合某些准則的分組。
在一個PDN鏈接中,只有一個默認承載,但可以有多個專用承載。一般最多為11個專用承載。(問題:如果超過11個承載會出現什么情況?)
LTE承載示意圖:

由上圖可以看出,通俗理解,承載就是一條核心網到UE的邏輯通路。兩個網元之間的結點,或者三個到三個以上,都能組成各式承載(bearer)。
默認承載是在UE和網絡完成附着的時候(Attach),如果沒有其他數據傳送,系統自己會建立一個承載。當UE有少量數據傳送的時候,可以就直接在默認承載上傳送。這個所謂的默認承載傳送的數據實際上是可以理解為在公共信道上就直接發送了少量數據。一般現網中,即使在默認承載上沒有數據,當一定時間后(inactive timer)超時,也會釋放RRC。
專有承載是在UE有比較大量數據傳送,需要建立專門的無線通道進行傳輸,這時才建立的專用承載。因此,可以說,在建立專用承載后,實際上原來默認承載也應該是在其中的一個優先級比較低的承載通道。(好比如vpn)
二、與承載相關的Qos
在EPS系統中,QoS控制的基本粒度是EPS承載(Bearer),即相同承載上的所有業務數據流(SDF,Service DataFlow)將獲得相同的QoS保障(如調度策略、緩沖隊列管理、鏈路層配置等),不同的QoS保障需要不同類型的EPS承載來提供。
根據QoS的不同,EPS Bear可以划分為兩大類:GBR(Guranteed Bit Rate) 和 Non-GBR。所謂GBR,是指承載要求的比特速率被網絡“永久”恆定的分配,即使在網絡資源緊張的情況下,相應的比特速率也能夠保持。 相反,Non-GBR指的是在網絡擁擠的情況下,業務需要承受低速率的要求,由於Non-GBR承載不需要占用固定的網絡資源,因而可以長時間地建立。默認承載是能是Non-GBR承載。專有承載可以是GBR承載,也可以是Non-GBR。
一個EPS的承載關聯到下列承載級 QoS 參數:
(1)QCI,用於指定訪問節點定義地控制承載級分組轉發方式(如調度權重、接納門限、隊列管理門限等)。QCI等級規定有9種,分別對應於不同業務,如下所示:

(2)分配和保留優先級(ARP),ARP可同時應用於GBR和Non-GBR承載。ARP的主要目的是能夠決定是否接受請求的承載建立/修改(尤其對於GBR承載的無線容量是否有效) ,或者在資源受限時拒絕上述請求。
(3)保證比特速率(GBR),GBR僅應用於GBR承載, 提供給GBR承載保證的比特速率, GBR承載的業務包括語音、流媒體、實時游戲等。
(4)最大比特速率(MBR),MBR僅應用於GBR承載, 它為業務設置數據傳輸速率的限制。如果發現業務的數據傳輸速率超過MBR時, 網絡將通過業務量整形算法來限制速率。MBR的值一般大於或等於GBR的值。
(5)聚合最大比特速率(AMBR),AMBR僅應用於Non-GBR承載, 同一個UE的多個SAE承載可以共享同一個AMBR, 即一組SAE承載中的每個承載可以使用全部的AMBR 資源。如果超出了AMBR限制, 網絡可能在上行鏈路和下行鏈路使用業務流量調節算法,就像MBR的調節算法一樣。
對於EPS本身來說,什么情況建立“默認承載”或者“專用承載”,就和實際Qos有關。等級相對比較高的Qos,一般是分配給專用承載,而默認承載,使用的是
Non-GBR。每當UE請求一個新的業務時,S-GW/P-GW將從PCRF(策略與計費執行功能)收到PCC(策略與計費控制)規則,其中包括業務所要求的Qos。如果默認承載不能滿足所要求的Qos時,則需要另外的承載服務,即建立專用承載以提供服務。
用戶的IP數據包需要映射到不同的EPS Bearer,以獲得相應的Qos保障。這樣的映射關系是通過TFT(Traffic Flow Template)和其中的Packet Filters來實現的。TFT是映射到相應EPS Bearer的所有Packet Filter的集合。Packet Filters表示將用戶的一種業務數據流(SDF,Service DataFlow)映射到相應的EPS Bearer上。Packet Filters通常包括源/目的IP地址,源/目的IP端口號,協議號等內容。專用承載必須有與之相應的TFT。相反的,默認承載通常並不配置特定的TFT,或者說,配置的是通配TFT,這樣所有不能映射到專用承載的數據包會被映射到默認承載上。TFT分為上行和下行兩個方向,其中,上行的TFT在UE側對上行的數據包進行過濾和映射。下行的TFT在PDN側對下行的數據包進行過濾和映射。
EPS專用承載的建立,可以由網絡側發起,也可以由終端側發起。在網絡側發起的專用承載建立過程中,專用承載建立的信令流程由網絡側發起,不要求UE上的應用層了解EPS承載層Qos的具體信息,UE上的應用層可以通過應用層的信令與網絡協商QoS的相關信息,如SIP/SDP, RTSP等,但這種應用層的QoS協商並不包含承載層QoS的內容。在UE側發起的EPS專有承載的建立中(也稱為承載資源分配過程),UE上的應用層直接向網絡側提出承載層QoS(包括QCI, GBR等)的申請,如果網絡側接受UE的請求,就會與UE進一步信令交互,建立專有的EPS Bearer。
目前我司CPE一般沒有建立TFT/QCI模板業務主動申請類型,所以一般由核心網直接發起建立請求。
三、EPS專用承載的建立
專用承載建立過程:
a)PCRF根據UE應用層所需要的QoS信息,生成相應的QoS准則,通過基於Diameter的RAR(Re-Authentication Request)命令發送給PGW。
b)PGW根據相應的Qos准則來配置EPS Bearer的QoS,並發送建立承載請求信令給SGW,SGW將相應的消息轉發給MME。
c)MME向eNB發送E-RAB建立請求,包含E-RAB ID,QoS,S-GW。
d)eNB接收建立請求消息后,建立數據無線承載。
e)eNB返回E-RAB建立響應消息,E-RAB建立列表信息中包含成功建立的承載信息,E-RAB建立失敗列表消息中包含沒有成功建立的承載消息。

專用承載建立流程說明:
1)連接狀態下的UE通過UL informationTransfer 消息將Bearer resource allocation Request 消息傳遞給eNB。(也可以是發送Bearer resource modification request消息)
2)eNB通過UPLINK NAS TRANSPORT消息將Bearer resource allocation Request(或者是Bearer resource modification request)發送給EPC。
3) EPC通過進行承載資源申請處理。
4)EPC通過E-RAB SETUP REQUEST傳遞Activate dedicated EPS bearer context request消息告知eNB。
5)eNB通過重配消息,將NAS消息Activate dedicated EPS bearer context request傳遞給UE。
6)UE建立專用承載成功,返回RRCConnectionReconfigurationComplete消息,表明承載建立成功。
7)eNB發送E-RAB SETUP RESPONSE消息給EPC,表明無線承載建立成功。
8)UE在發送完成重配完成后,通過ULinformationTransfer 消息將Activate dedicated EPS bearer context accept消息告知eNB。
9)eNB發送UL NAS TRANSPORT消息Activate dedicated EPS bearer context accept告知EPC。
10)此時,上下行數據已經可以進行發送。
11)EPC通過進行承載資源申請響應。
EPS建立專用承載,在UE側的信令流程如下:

RRC DL DCCH RRC Connection Reconfiguration message



