LTE中接口与承载的本质关系
1 基础知识
1.1 E-RAB 在LTE 系统中的位置和组成
P-GW
S-GW Peer Entity
UE eNB EPS Bearer
Radio Bearer
S1 Bearer
End-to-end Service
External Bearer
Radio S5/S8Internet
S1E-UTRAN
EPC
Gi
E-RAB
S5/S8 Bearer
图1 TD-LTE EPS 的承载管理架构
延续3GPP 的一贯定义，RAB(Radio Access Bearer)为用户提供从核心网到UE 的数据连接能力，但是在LTE 中RAB 更名为E-RAB 。如图1所示，LTE 的E-RAB 从SGW 开始到UE 结束，由S1-U 承载和DRB(Data Radio Bearer)串联而成，进入LTE 系统的业务数据主要通过E-RAB 进行传输，因此LTE 对于业务的管理主要是在E-RAB 层次上进行的。为了管理E-RAB ，在LTE 系统内需要相应的信令连接传输网元间的控制信令来完成，LTE 的信令主要包括三个部分，就是NAS 信令、RRC 信令和S1 AP 信令以及用来传输信令的各种实际的承载。另外ERAB 的管理主要体现在S1接口的信令中，包括ERAB 的建立、修改和释放，对于RB 的管理也就是空口连接的管理可以看做是ERAB 管理过程的子过程。
其中DRB是数据无线承载的简称，在UE和ENodeB之间传输ERAB数据包，在DRB和ERAB之间有点到点的映射，是属于空口（Uu接口）的内容，同时在Uu口还包括SRB(Signal Radio Bearer,信令无线承载) 。作为eNodeB和UE之间数据传输的通道，RB是通过RRC信令来进行管理的，eNodeB和UE通过RRC信令的交互，完成各种RB的建立、重配和释放等功能。
S1-U承载在ENodeB和SGW之间传输数据，通过S1AP信令来进行管理的，包括S1承载的建立、修改和释放。S1-AP有专门建立、修改和释放信令完成这几个功能。
1.2RB的功能
图2 RB的构造
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协议实体以及MAC和PHY分配的一系列资源等。RB是Uu接口连接eNodeB和UE的通道，在协议架构由下到上包括PHY、MAC、RLC和PDCP协议，任何在Uu接口上传输的数据都要经过RB。
RB包括SRB和DRB，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。
图3 RB的分类
PS ：1. 从图中看，SRB0/SRB1/SRB2/DRB 是不同的并行承载(管道)，在实际情况在四者之间是并行的关系，而且是递进的关系，即后者是在配置好前者的基础上进行再配置的。另外上图只是示意图， SRB0/SRB1/SRB2/DRB 的配置只会实施在对应实体上参数的配置(eNode 端为主，UE 端为辅，主要是eNodeB 为UE 分配)，从下图也可以看出，SRB/DRB 等是传输不同消息的路径，更似是一种称谓。。。在空中的话，真正的管道只有无线电波，而且是四面八方的发射；
Control Plane
RRC/NAS codec
NAS Security (per UE)
Test case (TTCN-3)
SRB port
PDCP
RRC Security (per RB)
RLC
AM TM
DCCH
DCCH CCCH SRB_COMMON_REQ
SRB_COMMON_IND
SRB2:NAS only
SRB1:RRC only RRC+ NAS,NAS only
MAC
C-RNTI
CcchDcchDtchConfig
RachProcedureConfig PcchConfig BcchConfig StaticCellInfo
PhysicalLayerConfigDL PhysicalLayerConfigUL
ReferencePower CCCH/DCCH/DTCH
CTRL
RACH CTRL
PCCH CTRL BCCH CTRL Logical Channels LCID=2LCID=1LCID=0
PHY
User Plane
SYS port
PagingTrigger
C e l l C o n f i g R e q u e s t
SpsConfig
Security
DRB port
SRB1SRB2SRB0DRB
RRC
(below RRC)
SYSTEM_CTRL_REQ
SYSTEM_CTRL_CNF
PBCH/PCFICH/PHICH/PDCCH/PDSCH
PRACH/PUCCH/PUSCH
MAC Config RB-Mapping
RLC Config
PDCP Config
NASCTRL port NAS_CTRL_REQ
NAS_CTRL_CNF
NAsCount L1MacIndCtrl
SYSIND port EnquireTiming SystemIndication
SYSTEM_IND
SystemIndication
NAS Emulation (TTCN-3)
SRB port
SRB0:RRC only
PDCP
Ciphering/ROHC
RLC
AM/UM/TM
DTCH
DRB_COMMON_REQ
DRB_COMMON_IND
RRC_PDU_REQ/RRC_PDU_IND
PdcchOrder L1_TestMode CellAttenuation
2.很多参数的本质，归根结底不过是在不同实体不同位置不同参数的不同数字进行的称
谓，最终均有二进制数字进行描述，转换为物理实体中的信号进行传递； ----- in 2015.03.20 1.2.1
DRB
“数据无线承载”DRB 是用于传输用户数据的无线承载，DRB 只有一种，协议规定每个UE 可以最多有8个DRB 用来传输不同的业务。
1.2.2 SRB
“信令无线承载”（SRB ）定义为仅仅用于RRC 和NAS 消息传输的无线承载（RB ）。更具体地讲，定义如下三种SRB ：
? SRB0用于RRC 消息，使用CCCH 逻辑信道；message3、4均使用SRB0。
? SRB1 用于RRC 消息（可能包括含有NAS 消息），SRB1先于SRB2的建立，
所有使用DCCH 逻辑信道；message5使用SRB1。
? SRB2 用于 NAS 消息，使用DCCH 逻辑信道。SRB2要后于 SRB1建立，并
且总是由E-UTRAN 在安全激活后进行配置。
下行捎带NAS 消息仅仅用于一个依附的流程（即在连接成功/失败的时候使用）：建立/修改/释放承载。上行捎带NAS 消息仅仅用于在建立连接的过程中传输初始的NAS 消息。
一旦安全被激活，在SRB1和SRB2上所有的RRC 消息，包括那些包含NAS 或非3GPP 消息，都由PDCP 进行完整型保护和加密。NAS 各自独立采用完整性保护和加密生成NAS 消息。
2 RB 的管理
RB 的管理主要是在RRC 连接的信令传输上完成的，Uu 口上的RB 包括SRB0、SRB1、SRB2和DRB 。接下来介绍RRC 连接相关内容。
2.1 RRC 连接管理
eNB
PHY UE
PHY
MAC RLC MAC MME
RLC NAS NAS
RRC RRC PDCP PDCP
图4 RRC 协议架构
如上所述，RRC 是管理RB 的协议实体，通过RRC 信令的交互完成RB 的建立、修改以及释放等功能。通俗的讲RRC 连接指的是UE 和eNodeB 之间建立的SRB1，因为标准规定SRB0是不需要建立的，UE 在RRC_IDLE 状态就可以获得SRB0的配置和资源，如果需要可以直接使用。系统中业务发起的过程是通过SRB0上传输信令建立SRB1，SRB1建立之后UE 就进入
RRC_Connected状态；进而通过SRB1传输信令建立SRB2用来传输NAS信令；利用SRB1传输信令建立DRB来传输用户数据，在业务进行过程中通过SRB1进行管理；当业务结束后，SRB1上传输的信令可以将所有的DRB、SRB释放，使得UE进入到RRC_IDLE状态，在需要时UE 唯一可以使用的资源就是SRB0，而且需要在完成随机接入之后进行。
RRC 连接建立包括SRB1的建立。E-UTRAN在完成S1连接建立过程前，即在接收EPC 发出的UE上下文信息之前，完成RRC连接的建立。因此，在RRC连接的初始阶段，SRB1的建立不需要同核心网进行信息的交互，AS安全将不会被激活。
当接收到EPC发出的UE上下文后，E-UTRAN使用初始安全激活过程来激活安全（包括加密和完整性保护）。激活安全的RRC消息（命令与成功响应）会得到完整性保护，而加密只有当此过程完成后才开始。也就是说，激活安全消息的响应没有被加密，只有随后的消息有完整性保护和加密，比如建立SRB2和DRB的消息。
初始安全激活过程启动后，E-UTRAN发起SRB2和DRB的建立，也就是在接收到UE发出的初始安全激活确认前E-UTRAN 可以发起SRB2和DRB的建立。在任何情况下，E-UTRAN 会对用于建立SRB2和DRB的RRC连接重配消息进行加密和完整性保护。如果初始安全激活和/或无线承载建立失败，E-UTRAN应释放RRC连接。
2.1.1RRC连接建立过程
与RRC连接建立相关的信令包括RRCConnectionSetupRequest，RRCConnectionSetup，RRCConnectionReject，RRCConnectionSetupComplete。
其中RRCConnectionSetup消息用于建立SRB1，无线承载是SRB0,RCL-SAP是TM，逻辑信道是CCCH,是从E-UTRAN到UE的消息
RRCConnectionSetup消息
-- ASN1START
RRCConnectionSetup ::= SEQUENCE {
rrc-TransactionIdentifier RRC-TransactionIdentifier,
criticalExtensions CHOICE {
c1 CHOICE {
rrcConnectionSetup-r8 RRCConnectionSetup-r8-IEs,
spare7 NULL,
spare6 NULL, spare5 NULL, spare4 NULL,
spare3 NULL, spare2 NULL, spare1 NULL
},
criticalExtensionsFuture SEQUENCE {}
}
}
RRCConnectionSetup-r8-IEs ::= SEQUENCE {
radioResourceConfigDedicated RadioResourceConfigDedicated,
nonCriticalExtension SEQUENCE {} OPTIONAL -- Need OP
}
-- ASN1STOP
2.1.2RRC连接重配置过程
该过程旨在修改RRC连接，包括增加、删除、修改各种RB；进行切换，这是由于LTE 没有单独定义Intra-LTE的切换信令，对于UE的切换信令是通过RRC重配消息完成的；这条消息还可以的修改和释放测量的配置。在SRB2建立之前，NAS消息还可以通过这个过程捎带给UE。
发起RRC连接重配的前提必须是UE已经建立SRB1进入RRC连接状态，并且已经建立了AS安全上下文。
该过程包括RRCConnectionReconfigurationComplete和RRCConnectionReconfiguration消息，信令无线承载是SRB1，RLC-SAP是AM，逻辑信道是DCCH。RRCConnectionReconfiguration 消息是命令消息，用来修改RRC 连接。其可以传送测量配置、移动控制、包含任何相关专用NAS信息的无线资源配置（包含RBs、MAC主要配置以及物理信道配置）、安全配置。
RRCConnectionReconfiguration消息
-- ASN1START
RRCConnectionReconfiguration ::= SEQUENCE {
rrc-TransactionIdentifier RRC-TransactionIdentifier,
criticalExtensions CHOICE {
c1 CHOICE{
rrcConnectionReconfiguration-r8 RRCConnectionReconfiguration-r8-IEs,
spare7 NULL,
spare6 NULL, spare5 NULL, spare4 NULL,
spare3 NULL, spare2 NULL, spare1 NULL
},
criticalExtensionsFuture SEQUENCE {}
}
}
RRCConnectionReconfiguration-r8-IEs ::= SEQUENCE {
measConfig MeasConfig OPTIONAL, -- Need ON
mobilityControlInfo MobilityControlInfo OPTIONAL, -- Cond HO dedicatedInfoNASList SEQUENCE (SIZE(1..maxDRB)) OF
DedicatedInfoNAS OPTIONAL, -- Cond nonHO
radioResourceConfigDedicated RadioResourceConfigDedicated OPTIONAL, -- Cond HO-toEUTRA
securityConfigHO SecurityConfigHO OPTIONAL, -- Cond HO nonCriticalExtension SEQUENCE {} OPTIONAL -- Need OP }
SecurityConfigHO ::= SEQUENCE {
handoverType CHOICE {
intraLTE SEQUENCE {
securityAlgorithmConfig SecurityAlgorithmConfig OPTIONAL, -- Need OP
keyChangeIndicator BOOLEAN,
nextHopChainingCount NextHopChainingCount
},
interRAT SEQUENCE {
securityAlgorithmConfig SecurityAlgorithmConfig,
nas-SecurityParamToEUTRA OCTET STRING (SIZE(6))
}
},
...
}
-- ASN1STOP
2.1.3RRC连接重建立过程
该过程旨在重建RRC连接，包括SRB1操作的恢复，以及安全的重新激活。
处于RRC_CONNECTED状态的UE，安全已被激活，可发起该过程继续RRC连接。仅当相关小区是具有UE上下文的小区时，连接重建才会成功。假使E-UTRAN认可重建，SRB1的操作会恢复，而其它RB将继续保持挂起。如果AS安全没有被激活，UE不会发起该过程，而直接转到RRC_IDLE状态。
E-UTRAN在如下情况使用此过程：
- 重配SRB1，且仅为其恢复数据传输；
- 重新激活AS安全不改变算法。
RRCConnectionReestablishment 消息用于解决竞争和建立SRBs。
信令无线承载：SRB0
RLC-SAP: TM
逻辑信道：CCCH
方向：从E-UTRAN到UE
RRCConnectionReestablishment消息
-- ASN1START
RRCConnectionReestablishment ::= SEQUENCE {
rrc-TransactionIdentifier RRC-TransactionIdentifier,
criticalExtensions CHOICE {
c1 CHOICE{
rrcConnectionReestablishment-r8 RRCConnectionReestablishment-r8-IEs,
spare7 NULL,
spare6 NULL, spare5 NULL, spare4 NULL,
spare3 NULL, spare2 NULL, spare1 NULL
},
criticalExtensionsFuture SEQUENCE {}
}
}
RRCConnectionReestablishment-r8-IEs ::= SEQUENCE {
radioResourceConfigDedicated RadioResourceConfigDedicated,
nextHopChainingCount NextHopChainingCount,
nonCriticalExtension SEQUENCE {} OPTIONAL -- Need OP
}
-- ASN1STOP
其中radioResourceConfigDedicated来源于ENodeb已经存储的UE上下文。
2.1.4RRC连接释放过程
该过程旨在释放该RRC连接，包括建立的无线承载以及所有无线资源的释放。这个过程如果由EUTRAN发起，需要通过RRC连接释放命令通知UE释放RRC连接。
该过程不涉及专用无线资源的释放。
3RRC连接建立时各无线承载（SRB1、SRB2、DRB）的建立顺序
Radio Bearer (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。RB是Uu接口连接eNodeB和UE的通道（包括PHY、MAC、RLC和PDCP），任何在Uu接口上传输的数据都要经过RB。RB包括SRB和DRB，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。SRB0是缺省承载，UE在RRC_IDLE 时该承载已经存在。
RRC是管理RB的协议实体，通过RRC信令的交互完成RB的建立、修改以及释放等功能。通俗的讲RRC连接指的是UE和eNodeB之间建立的SRB1,因为标准规定SRB0是不需要建立的，UE在RRC_IDLE 状态就可以获得SRB0的配置和资源，如果需要可以直接使用。系统中业务发起的过程是通过SRB0上传输信令建立SRB1,SRB1建立之后UE就进入RRC_Connected状态；进而通过SRB1传输信令建立SRB2用来传输NAS信令；利用SRB1传输信令建立DRB来传输用户数据，在业务过程中通过SRB1进行管理；当业务结束后，SRB1上传输的信令可以将所有的DRB、SRB释放，使得UE进入到RRC_IDLE状态，在需要时UE唯一可以使用的资源就是SRB0，而且需要在完成随机接入之后进行。RRCConnectionSetup消息用于建立SRB1，无线承载式SRB0，逻辑信道是CCCH，RLC-SAP是TM。RRCConnectionReconfiguration消息用于修改RRC连接，无线承载式SRB1，逻辑信道是DCCH，RLC-SAP是AM。
RRC 连接建立包括SRB1的建立。E-UTRAN在完成S1连接建立过程前，即在接收EPC发出的UE上下文信息之前，完成RRC连接的建立（建立SRB1）。因此，在RRC连接的初始阶段，AS安全将不会被激活。
当接收到EPC发出的UE上下文后，E-UTRAN使用初始安全激活过程来激活安全（包括加密和完整性保护）。
初始安全激活过程启动后，E-UTRAN发起SRB2和DRB的建立。对于SRB2和DRB，E-UTRAN不会在激活安全之前建立这些承载。
“信令无线承载”（SRB）定义为仅仅用于RRC和NAS消息传输的无线承载（RB）。更具体地讲，定义如下三种SRB：
SRB0用于RRC 消息，使用CCCH逻辑信道；
SRB1 用于RRC 消息（可能包括含有NAS消息），同时对于NAS消息，SRB1先于SRB2的建立，所有使用DCCH逻辑信道；
SRB2 用于NAS消息，使用DCCH逻辑信道。SRB2要后于SRB1建立，并且总是由E-UTRAN在安全激活后进行配置。
一旦安全被激活，在SRB1和SRB2上所有的RRC消息，包括那些包含NAS或非3GPP消息，都由PDCP 进行完整型保护和加密。NAS各自独立采用完整性保护和加密生成NAS消息。