3.1　信令相关的基本概念

在描述信令流程之前，首先介绍与信令相关的几个基本概念，包括控制面与用户面、UE的6种不同网络标识、无线承载和信令承载，以便于读者理解相关信令构成。

3.1.1　控制面与用户面

第2章已经就LTE的系统架构和通信协议进行了相关介绍，在LTE无线通信系统中，协议分为控制面和用户面两类。用户面协议负责解决传送“什么内容”的问题，具体对应传送和处理用户的数据流，如语音数据和分组业务数据；而控制面协议负责如何把数据通过网络传递到对方，具体对应传送和处理系统的信令。

从协议栈的角度看，信令分为接入层（AS）信令和非接入层（NAS）信令。RRC和RANAP层及其以下的协议层统称接入层，接入层流程中eNodeB需要参与处理。RRC之上的移动性管理（Mobility Manangement，MM）、会话管理（Session Management，SM）、呼叫控制（Call Control，CC）、短消息服务（Short Message Service，SMS）等称为非接入层，非接入层的流程中只有UE和CN需要处理信令。即接入层信令是为非接入层信令的交互铺路搭桥的，通过接入层的信令交互，在UE和CN之间建立起信令通路，从而让UE和CN进行非接入层的直接沟通。

接入层的流程主要包括PLMN选择、小区选择和无线资源管理流程等。非接入层的流程主要包括电路域的移动性管理（MM）、电路域的呼叫控制（CC）、分组域的移动性管理（MM）、分组域的会话管理（SM）。

通过图3-1可以了解数据流和信令流在协议栈中的不同走向和各自的通道。例如，信令流在控制面协议栈，从UE侧始于NAS，然后通过RRC、PDCP、RLC、MAC、PHY层到达eNodeB，最终止于MME的NAS。

3.1.2　UE的不同网络标识

在EPC中，UE一共有6种不同的标识，包括国际移动用户识别码（International Mobile Subscriber Identity，IMSI）、国际移动设备识别码（International Mobile Equipment Identity，IMEI）、SAE临时移动台识别码（SAE Temporary Mobile Station Identifier，S-TMSI）、国际移动设备识别码和软件版本号（IMEI and Software Version Number，IMEISV）、全球唯一临时UE标识（Globally Unique Temporary UE Identifier，GUTI）和IP，各个标识的生命期、有效期、功能和分配方式均不相同。这些标识用户身份的ID在建立RRC连接时发送到eNodeB进行用户身份识别。

（1）IMSI是运营商给UE分配的一个永久标识，开户就有，IMSI存储在SIM卡和HSS中，是3GPP的PLMN中全球唯一标识。

（2）IMEI是由设备（手机）制造商给UE设备分配的一个永久标识，IMEI存储在SIM卡和HSS中，可防止不法手机的再使用等，目前中国未使用。

（3）S-TMSI是临时的UE识别号，由MME产生并分配，用于NAS交互过程中保护用户的IMSI不暴露，其中S代表SAE，与M-TMSI一致。

（4）IMEISV是携带软件版本号的国际移动台设备标识，用16位数字表示。

（5）GUTI在网络中唯一标识UE终端，可以减少IMSI、IMEI等用户私有参数暴露在网络传输中。GUTI是由核心网分配的一个动态标识，存储在UE和MME中。只有在EPC注册同时附着MME的UE，GUTI才有效。

（6）IP地址是PGW分配的一个动态的标识。在上下文本存在时有效。

在小区（eNodeB）内，UE的标识如表3-1所示。其中，C-RNTI（Cell Radio Network Temporary Identifier）是小区无线网络临时标识，是由eNodeB分配给UE的一个动态标识，唯一标识了一个小区空中接口下的UE，只有处于连接态下的UE，C-RNTI才有效。而T-RNTI是临时的C-RNTI，连接态建立后T-RNTI会晋升为正式的C-RNTI。RA-RNTI（Random Access Radio Network Temporary Identifier）是随机接入无线网络临时标识，接收端UE知道自己之前的Preamble发送位置，通过计算可以检测PDCCH上是否有自己对应的RA-RNTI；如有，则说明接入被响应。RA-RNTI对于FDD-LTE系统是10个，对于TDD-LTE系统最多60个。

3.1.3　承载的定义及分类

在LTE系统中，把UE和P-GW之间具有相同QoS的业务数据流的逻辑聚合称为一个EPS承载（Bearer）。

如图3-2所示，端到端的服务可以分为EPS承载和外部承载，EPS承载又包括E-RAB和S5/S8承载。E-RAB分为无线承载和S1承载。无线承载（Radio Bearer，RB）是UE到eNodeB空中接口之间的一段，用于承载空中接口RRC信令和NAS信令。S1承载是eNodeB到S-GW之间的一段，主要承载eNodeB与MME间S1-AP信令。另外，NAS消息也可作为NAS PDU附带在RRC消息中发送。S5/S8是S-GW和P-GW的接口，S5/S8承载用于在S-GW和P-GW间传输EPS承载的分组包。

EPS承载旨为在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。默认承载是一种满足默认QoS的数据和信令的用户承载，可简单地理解为一种提供尽力而为的IP连接的承载。默认承载随着PDN链接的建立而建立，随着PDN链接的拆除而销毁。专用承载是在PDN链接建立的基础上建立的，为了提供某种特定的QoS传输需求而建立的。一般情况下，专用承载的QoS比默认承载的QoS要求高。

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。一般来说，一个用户最多可建立11个承载。每当UE请求一个新的业务时，S-GW/P-GW将从PCRF收到策略和计费控制（Policy and Charging Control，PCC）规则，其中包括业务所要求的QoS。如果默认承载不能提供所要求的QoS，则需要建立专用承载以提供服务。

无线承载根据用户业务需求和QoS的不同，可以分为保证比特速率（Guaranteed Bit Rate，GBR）和不保证比特速率（Non-GBR）承载。GBR是保证比特速率承载，在承载建立或修改过程中通过例如eNode B的接纳控制等功能永久分配给某个承载。这个承载在比特速率上要求能够保证不变。否则，如果不能保证一个承载的速率不变，则是一个Non-GBR承载。对同一用户同一链接而言，专用承载可以是GBR承载，也可以是Non-GBR承载。而默认承载只能是Non-GBR承载。

无线承载根据承载的内容不同，分为信令无线承载（Signaling Radio Bearer，SRB）和数据无线承载（Data Radio Bearer，DRB）。DRB承载用户面数据，通过eNodeB为其分配的PDSCH来承载。根据QoS的不同，UE与eNodeB之间可能最多建立8个DRB。

SRB根据承载的信令不同分为SRB0、SRB1和SRB2三类，如表3-2所示。

（1）SRB0：承载RRC连接建立之前的RRC信令，通过CCCH逻辑信道传输，在RLC层采用TM模式。

（2）SRB1：承载RRC信令（可能会携带NAS信令）和SRB2建立之前的NAS信令，通过DCCH逻辑信道传输，在RLC层采用AM模式。

（3）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。

UE的RRC连接未建立时，由SRB0承载RRC信令；SRB2未建立时，由SRB1承载NAS信令。