LTE附着流程及UE位置管理
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3
概念介绍(1)：终端状态
电路交换：两种真正有用的状态(“连接”和“非连接”) 分组交换：增加了中间状态，在会话建立但是在一段时间没有激活的 阶段，中间状态将允许网络以更有效的方式管理资源。电路交换则不能 提供，因为电路交换中“连接”就意味着具有以一定的速率和时延来保 证服务质量的能力 为实现上述目的，标准中引入两个终端状态机
LTE_IDLE时网络对UE位置的知识精度为TA
TA的规划是一个常见的网络工程问题，是网络信令负荷和无线寻呼负荷 的折中：①如果TA太小，UE移动会带来大量的TA更新过程和很高的信令 开销②如果TA太大，则TA中的所有小区都必须处理较高的寻呼信道业务 量负荷。
UE发送TA信令的3种情况：①UE初始注册②UE在网络中移动改变了TA ③周期性更新UE所在的当前TA，目的是如果UE离开覆盖区，核心网就不 会为该UE保持EPS承载
12
系统信息广播的消息流
13
网络接入过程(2)：小区选择
小区选择：UE选合适的小区进行驻留以便执行网络注册 选择参考标准考虑以下4类信息：
1. 运营商。
2. 技术。
3. 无线标准。
4. 小区状态。运营商可以灵活改变一个小区的状态，来允许或禁止用户 选择或重新选择一些小区。正常情况下，对于处于服务中的小区，小 区状态被设置为“非禁用”和“非预留”。而“禁用”状态指UE在紧 急情况下也不能选择该小区。“为运营商预留”状态意味着该小区为 运营商保留，只有专门类型的用户(运营商)才可以对小区进行选择
5.无线承载建立
6.上行数据 7.S1-AP：初 始化上下文 建立请求
8.承载更 新请求 12.承载更 新响应
9.承载更新请求 10.PCRF交互 11.承载更新响应
21
网络接入过程(5)： 服务请求
网络发起的服务请求：激活专用承载，UE处在ACTIVE状态时的业务激活。
UE
eNB
MME
S-GW
PDN-GW 1.下行数据
广播作用：使UE了解当前存在哪些网络、哪些可用技术、运营商、信道 和参数连接网络等信息
E-UTRAN广播信道类型：广播信道BCH、下行链路共享信道DL-SCH
BCH：传输关键信息，采用固定调度和传输方式进行广播，每40ms刷新 一次。该信道所广播的信息称为MIB(主信息块)，包括以下关键参数(①下 行系统带宽②天线数③参考信号发射功率) DL-SCH：传输其它一些关键度略低的信息，广播周期较灵活。该信道所 广播的信息包含在调度单元(SU)结构中，SU由一个或多个系统信息块 (SIB)组成，第一个SU称为SU-1(每80ms广播一次)，SU-1包括以下关键 参数(①当前小区识别码②跟踪区域码③小区所属网络识别码④小区禁用 状态⑤其它)。
总体网络结构
1
接入网(E-UTRAN)：仅由eNode B构成
eNB功能：传送用户数据和相应的用户平面控制帧，无线接入承 载控制、操作维护等功能
2
核心网(EPC)主要逻辑网络实体
MME：是一个信令实体，主要负责移动性管理、承载管理、用户的鉴 权认证、SGW和PGW的选择等功能 S-GW：主要负责用户面处理，负责数据包的路由和转发等功能，支持 3GPP不同接入技术的切换，发生切换时作为用户面的锚点； (1UE1SGW) PDN-GW：EPS锚点，即是3GPP与non-3GPP网络间的用户面数据链 路的锚点，负责管理数据路由，管理接入间的移动，还负责DHCP、策略 执行、计费等功能 HSS(归属用户服务器)：核心网主要数据库，包括用户相关信息 HLR(归属位置寄存器) ：是HSS的一部分 PCRF(策略和计费规则功能) ：业务流检测、策略实施、基于流付费的 功能实体
26
终端位置管理
多TA注册 UE注册到多个TA中，为了优化网络和IDLE模式UE间的信令交换负荷， 有助于降低位于跟踪区边缘的UE进行TA更新的次数
27
跟踪区域更新TAU (Tracking Area Update)
TAU：由于UE的移动，UE改变MME和S-GW节点 适用范围：EPS和EPS网络间的移动、EPS和2G/3G网络间的移 执行的操作： ①承载路径更新。默认承载需要更新，可能会需要在UE和新S-GW创 建新的承载 ②从旧MME到新MME的用户上下文的传递。允许新MME从旧MME获 取用户的上下文信息，上下文的信息刽包括用户IMSI和用户数据等 ③HSS数据库更新。新MME的身份标识和IP的更新
EPS专用承载：对某些特定业务所使用的SAE承载
UE
无线承载
eNB
S1承载
S-GW
S5/S8承载
PDNGW
10
Contents
一、LTE网络结构及相关概念介绍
二、UE to Net：系统广播小区选择 初始接入附着(去附着)服务请求(通 信会话)
三、UE位置管理
11
网络接入过程(1)：信息广播
7
2G、3G和LTE网络终端状态的联系与区别
2G-GPRS的IDLE、READY、STANDBY，与LTE-DETACHED、 IDLE、ACTIVE的功能相同，状态之间的迁移也相似。
惟一区别：LTE仅有一种状态机—惟一使用分组核心网络域中来 支持所有的业务。2G/3G系统的MM层实际支持两种状态机，分别 用于CS和PS域。 3G-UMTS的状态机制，在UE使用共享信道时，可以使用为用户 优化资源管理，但结构复杂，设计、实现和运营增加了复杂度。
14
网络接入过程(3)：初始接入
为了注册到网络，UE需经过初始接入过程。该过程利用随机接入 技术，使UE能与网络建立一个RRC连接。 E-UTRAN定义两类取随机接入远程：①基于竞争的随机接入②基 于非竞争的随机接入
15
网络接入过程(4)：附着Attach
概念：UE进行实际业务前的在网络中注册过程，是一个必要的 过程，用户只有在附着成功后才可以接收来自网络的服务。急紧 呼叫则不需要附着过程，急紧呼叫在实际应用中不被认为是一种 服务。 附着过程始终由UE发起， ①UE开机时触发②当UE完全离开网 络覆盖一段时间，则需重新附着 附着过程，将完成的工作：①用户与网络相互鉴权，UE与MME 建立MM上下文②MME为UE建立默认承载③UE获得网络侧分配 的IP地址④用户位置登记⑤临时身份标识(S-TMSI)的分配(避免在 网络上传输IMSI，防止攻击者跟踪用户的位置及活动状况)
HSS
2.下行数据通知 3.寻呼 4.寻呼
5.UE发起的服务请求流程 6.下行数据
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Contents
一、LTE网络结构及相关概念介绍
二、UE to Net：系统广播小区选择 初始接入附着(去附着)服务请求(通 信会话)
三、UE位置管理
23
位置管理(1)：IDLE移动性--小区重选原则
小区重选原因：UE的移动性，以及无线环境的波动性（信号强 度和干扰水平的变化），重选为了保证UE驻留在最佳小区中
原则：小区选择标准由每个UE所采用的无线测量结果和网络所 提供的参数以及部分系统信息进行评估
24
位置管理(1)：终端位置管理
2G和3G位置区域的相关概念： ①小区cell：提供最准确的的位置信息 ②位置区Location Area (LA)：CS核心网域MSC/VLR支持的区域类型 ③路由区Routing Area：PS核心网域，与LA对等，LA可包含多个RA ④URA (UTRAN Registration Area)：管理UTRAN终端位置，与核心网 LA和RA无关，URA由接入网管理
16
17
18
网络接入过程(4)：去附着Detach
当UE不需要或不能够继续附着在EPS网络时，将发起去附着 两种类型： ①显式，网络或UE明确地请求去附着，并互相用信令通知对方， 如：用户关机、运营商将用户从网络中移除
②隐式，当UE与网络失去通信一段时间后，每一方都隐式认为不 在处于激活状态，其目的是在UE从覆盖网络中消失或无法执行显 式注销，避免网络为用户保持上下文和资源。网络侧发起的去附 着可由MME发起(指UE与网络长时间没有交互)或HSS发起(用户复 签约信息、计费信息等方面的原因)。
31
切换
代表性的切换过程： ①有X2支持的E-UTRAN内的移动
②无X2支持的E-UTRAN内的移动
③EPC节点重定位的E-UTRAN内的移动 ④2G/3G分组网和E-UTRAN间的移动
⑤2G电路交换网和E-UTRAN间的话音呼叫连续性
切换过程消息交互流程，总体上包括两部分： ①准备阶段，指切换判决和目标小区资源的预留
25
终端位置管理:LTE的终端位置管理
跟踪区域Tracking Area (TA)：定义为一组连续的小区，每个TA都有自己 唯一的识别码TAI (Tracking Area Identity)，而且跟踪区域不能相互重叠 （小区是可以有重叠区域的）
TAI是广播信息的一部分，当网络需要邀请UE加入时，会在所属的TA中 的小区发送寻呼消息
②执行阶段，与目标节点的同步和原有服务节点资源的释放
32
有X2支持的E-UTRAN内的移动
33
34
35
EPC节点重定位的E-UTRAN内的移动
36
2G/3G分组网和E-UTRAN间的移动
37
8
概念介绍(2)：承载服务的架构
承载服务：主要是给提供控制信令、用户平面传输和QoS管理等 各个方面的功能 提供功能如下：①IP端到端业务流的QoS聚合②IP头压缩③UE加 密④对高优先级的分组进行优先处理⑤向UE提供可接受的QoS信息
SAE系统
UE
eNode B
GW
对待实体 (如UE)
端到端服务
4
2G-GPRS中的终端状态
5
3G-UMTS中的终端状态
6
EPS中的终端状态：DETACHED、IDLE、ACTIVE
LTE-DETACHED：UE开机但没有向网络注册，可能因为没注册或无 适合可用的网络下注册失败 LTE-IDLE：UE已注册到网络，但未激活，处于低功耗模式下。分组核 心域已经了解到UE的位置，如有服务建立，UE能在非常短时间内切换 到ACTIVE模式，继续先前激活的数据会话。 LTE-ACTIVE：UE和网络实际交换数据和信令的惟一一个激活状态
19
20
网络接入过程(5)： 服务请求Service Request
UE发起的服务请求：请求网络提供无线承载，它对应于开始数据会话或 激活新业务。UE从IDLE状态转换到ACTIVE状态。
UE
eNode B
MME
S-GW
PDN-GW
PCRF
HSS
1.NAS:服务请求
2.NAS:服务请求 3.鉴权 4.S1-AP：初始化上下文建立请求
28
TAU实例
29
网络实体间交换--消息流
30
位置管理(2)： ACTIVE模式下UE的移动性(切换)
可能产生切换的原因： ①干扰增加和UE的移动导致无线环境恶化，如果无法及时切换到合适 的小区可能产生掉话 ②负载均衡 ③UE所使用或语境的业务需要 ④网络共享，运营商间的网络可以让漫游用户使用 切换过程完全由网络控制 切换以及目标小区和技术的选择，由当前eNB根据eNB和UE的测量 结果来决定 切换遵循的原则：①先建后断②分组数据转发
EPS承载服务 无线承载服务 物理层无线 承载服务 接入承载服务 物理层承 载服务
外部承载服务
承载服务的架构
9
概念介绍(3)：EPS承载
EPS承载：是汇聚UE与PDN-GW间的一个或多个业务数据流 (Service Data Flow，SDF)的逻辑聚合，包括s5、s1、无线承载
பைடு நூலகம்
EPS默认承载： UE连接分组数据网络时建立的。默认承载可简单地 理解为一种提供尽力而为IP连接的承载。
概念介绍(1)：终端状态
电路交换：两种真正有用的状态(“连接”和“非连接”) 分组交换：增加了中间状态，在会话建立但是在一段时间没有激活的 阶段，中间状态将允许网络以更有效的方式管理资源。电路交换则不能 提供，因为电路交换中“连接”就意味着具有以一定的速率和时延来保 证服务质量的能力 为实现上述目的，标准中引入两个终端状态机
LTE_IDLE时网络对UE位置的知识精度为TA
TA的规划是一个常见的网络工程问题，是网络信令负荷和无线寻呼负荷 的折中：①如果TA太小，UE移动会带来大量的TA更新过程和很高的信令 开销②如果TA太大，则TA中的所有小区都必须处理较高的寻呼信道业务 量负荷。
UE发送TA信令的3种情况：①UE初始注册②UE在网络中移动改变了TA ③周期性更新UE所在的当前TA，目的是如果UE离开覆盖区，核心网就不 会为该UE保持EPS承载
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系统信息广播的消息流
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网络接入过程(2)：小区选择
小区选择：UE选合适的小区进行驻留以便执行网络注册 选择参考标准考虑以下4类信息：
1. 运营商。
2. 技术。
3. 无线标准。
4. 小区状态。运营商可以灵活改变一个小区的状态，来允许或禁止用户 选择或重新选择一些小区。正常情况下，对于处于服务中的小区，小 区状态被设置为“非禁用”和“非预留”。而“禁用”状态指UE在紧 急情况下也不能选择该小区。“为运营商预留”状态意味着该小区为 运营商保留，只有专门类型的用户(运营商)才可以对小区进行选择
5.无线承载建立
6.上行数据 7.S1-AP：初 始化上下文 建立请求
8.承载更 新请求 12.承载更 新响应
9.承载更新请求 10.PCRF交互 11.承载更新响应
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网络接入过程(5)： 服务请求
网络发起的服务请求：激活专用承载，UE处在ACTIVE状态时的业务激活。
UE
eNB
MME
S-GW
PDN-GW 1.下行数据
广播作用：使UE了解当前存在哪些网络、哪些可用技术、运营商、信道 和参数连接网络等信息
E-UTRAN广播信道类型：广播信道BCH、下行链路共享信道DL-SCH
BCH：传输关键信息，采用固定调度和传输方式进行广播，每40ms刷新 一次。该信道所广播的信息称为MIB(主信息块)，包括以下关键参数(①下 行系统带宽②天线数③参考信号发射功率) DL-SCH：传输其它一些关键度略低的信息，广播周期较灵活。该信道所 广播的信息包含在调度单元(SU)结构中，SU由一个或多个系统信息块 (SIB)组成，第一个SU称为SU-1(每80ms广播一次)，SU-1包括以下关键 参数(①当前小区识别码②跟踪区域码③小区所属网络识别码④小区禁用 状态⑤其它)。
总体网络结构
1
接入网(E-UTRAN)：仅由eNode B构成
eNB功能：传送用户数据和相应的用户平面控制帧，无线接入承 载控制、操作维护等功能
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核心网(EPC)主要逻辑网络实体
MME：是一个信令实体，主要负责移动性管理、承载管理、用户的鉴 权认证、SGW和PGW的选择等功能 S-GW：主要负责用户面处理，负责数据包的路由和转发等功能，支持 3GPP不同接入技术的切换，发生切换时作为用户面的锚点； (1UE1SGW) PDN-GW：EPS锚点，即是3GPP与non-3GPP网络间的用户面数据链 路的锚点，负责管理数据路由，管理接入间的移动，还负责DHCP、策略 执行、计费等功能 HSS(归属用户服务器)：核心网主要数据库，包括用户相关信息 HLR(归属位置寄存器) ：是HSS的一部分 PCRF(策略和计费规则功能) ：业务流检测、策略实施、基于流付费的 功能实体
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终端位置管理
多TA注册 UE注册到多个TA中，为了优化网络和IDLE模式UE间的信令交换负荷， 有助于降低位于跟踪区边缘的UE进行TA更新的次数
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跟踪区域更新TAU (Tracking Area Update)
TAU：由于UE的移动，UE改变MME和S-GW节点 适用范围：EPS和EPS网络间的移动、EPS和2G/3G网络间的移 执行的操作： ①承载路径更新。默认承载需要更新，可能会需要在UE和新S-GW创 建新的承载 ②从旧MME到新MME的用户上下文的传递。允许新MME从旧MME获 取用户的上下文信息，上下文的信息刽包括用户IMSI和用户数据等 ③HSS数据库更新。新MME的身份标识和IP的更新
EPS专用承载：对某些特定业务所使用的SAE承载
UE
无线承载
eNB
S1承载
S-GW
S5/S8承载
PDNGW
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Contents
一、LTE网络结构及相关概念介绍
二、UE to Net：系统广播小区选择 初始接入附着(去附着)服务请求(通 信会话)
三、UE位置管理
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网络接入过程(1)：信息广播
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2G、3G和LTE网络终端状态的联系与区别
2G-GPRS的IDLE、READY、STANDBY，与LTE-DETACHED、 IDLE、ACTIVE的功能相同，状态之间的迁移也相似。
惟一区别：LTE仅有一种状态机—惟一使用分组核心网络域中来 支持所有的业务。2G/3G系统的MM层实际支持两种状态机，分别 用于CS和PS域。 3G-UMTS的状态机制，在UE使用共享信道时，可以使用为用户 优化资源管理，但结构复杂，设计、实现和运营增加了复杂度。
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网络接入过程(3)：初始接入
为了注册到网络，UE需经过初始接入过程。该过程利用随机接入 技术，使UE能与网络建立一个RRC连接。 E-UTRAN定义两类取随机接入远程：①基于竞争的随机接入②基 于非竞争的随机接入
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网络接入过程(4)：附着Attach
概念：UE进行实际业务前的在网络中注册过程，是一个必要的 过程，用户只有在附着成功后才可以接收来自网络的服务。急紧 呼叫则不需要附着过程，急紧呼叫在实际应用中不被认为是一种 服务。 附着过程始终由UE发起， ①UE开机时触发②当UE完全离开网 络覆盖一段时间，则需重新附着 附着过程，将完成的工作：①用户与网络相互鉴权，UE与MME 建立MM上下文②MME为UE建立默认承载③UE获得网络侧分配 的IP地址④用户位置登记⑤临时身份标识(S-TMSI)的分配(避免在 网络上传输IMSI，防止攻击者跟踪用户的位置及活动状况)
HSS
2.下行数据通知 3.寻呼 4.寻呼
5.UE发起的服务请求流程 6.下行数据
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Contents
一、LTE网络结构及相关概念介绍
二、UE to Net：系统广播小区选择 初始接入附着(去附着)服务请求(通 信会话)
三、UE位置管理
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位置管理(1)：IDLE移动性--小区重选原则
小区重选原因：UE的移动性，以及无线环境的波动性（信号强 度和干扰水平的变化），重选为了保证UE驻留在最佳小区中
原则：小区选择标准由每个UE所采用的无线测量结果和网络所 提供的参数以及部分系统信息进行评估
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位置管理(1)：终端位置管理
2G和3G位置区域的相关概念： ①小区cell：提供最准确的的位置信息 ②位置区Location Area (LA)：CS核心网域MSC/VLR支持的区域类型 ③路由区Routing Area：PS核心网域，与LA对等，LA可包含多个RA ④URA (UTRAN Registration Area)：管理UTRAN终端位置，与核心网 LA和RA无关，URA由接入网管理
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网络接入过程(4)：去附着Detach
当UE不需要或不能够继续附着在EPS网络时，将发起去附着 两种类型： ①显式，网络或UE明确地请求去附着，并互相用信令通知对方， 如：用户关机、运营商将用户从网络中移除
②隐式，当UE与网络失去通信一段时间后，每一方都隐式认为不 在处于激活状态，其目的是在UE从覆盖网络中消失或无法执行显 式注销，避免网络为用户保持上下文和资源。网络侧发起的去附 着可由MME发起(指UE与网络长时间没有交互)或HSS发起(用户复 签约信息、计费信息等方面的原因)。
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切换
代表性的切换过程： ①有X2支持的E-UTRAN内的移动
②无X2支持的E-UTRAN内的移动
③EPC节点重定位的E-UTRAN内的移动 ④2G/3G分组网和E-UTRAN间的移动
⑤2G电路交换网和E-UTRAN间的话音呼叫连续性
切换过程消息交互流程，总体上包括两部分： ①准备阶段，指切换判决和目标小区资源的预留
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终端位置管理:LTE的终端位置管理
跟踪区域Tracking Area (TA)：定义为一组连续的小区，每个TA都有自己 唯一的识别码TAI (Tracking Area Identity)，而且跟踪区域不能相互重叠 （小区是可以有重叠区域的）
TAI是广播信息的一部分，当网络需要邀请UE加入时，会在所属的TA中 的小区发送寻呼消息
②执行阶段，与目标节点的同步和原有服务节点资源的释放
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有X2支持的E-UTRAN内的移动
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EPC节点重定位的E-UTRAN内的移动
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2G/3G分组网和E-UTRAN间的移动
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概念介绍(2)：承载服务的架构
承载服务：主要是给提供控制信令、用户平面传输和QoS管理等 各个方面的功能 提供功能如下：①IP端到端业务流的QoS聚合②IP头压缩③UE加 密④对高优先级的分组进行优先处理⑤向UE提供可接受的QoS信息
SAE系统
UE
eNode B
GW
对待实体 (如UE)
端到端服务
4
2G-GPRS中的终端状态
5
3G-UMTS中的终端状态
6
EPS中的终端状态：DETACHED、IDLE、ACTIVE
LTE-DETACHED：UE开机但没有向网络注册，可能因为没注册或无 适合可用的网络下注册失败 LTE-IDLE：UE已注册到网络，但未激活，处于低功耗模式下。分组核 心域已经了解到UE的位置，如有服务建立，UE能在非常短时间内切换 到ACTIVE模式，继续先前激活的数据会话。 LTE-ACTIVE：UE和网络实际交换数据和信令的惟一一个激活状态
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网络接入过程(5)： 服务请求Service Request
UE发起的服务请求：请求网络提供无线承载，它对应于开始数据会话或 激活新业务。UE从IDLE状态转换到ACTIVE状态。
UE
eNode B
MME
S-GW
PDN-GW
PCRF
HSS
1.NAS:服务请求
2.NAS:服务请求 3.鉴权 4.S1-AP：初始化上下文建立请求
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TAU实例
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网络实体间交换--消息流
30
位置管理(2)： ACTIVE模式下UE的移动性(切换)
可能产生切换的原因： ①干扰增加和UE的移动导致无线环境恶化，如果无法及时切换到合适 的小区可能产生掉话 ②负载均衡 ③UE所使用或语境的业务需要 ④网络共享，运营商间的网络可以让漫游用户使用 切换过程完全由网络控制 切换以及目标小区和技术的选择，由当前eNB根据eNB和UE的测量 结果来决定 切换遵循的原则：①先建后断②分组数据转发
EPS承载服务 无线承载服务 物理层无线 承载服务 接入承载服务 物理层承 载服务
外部承载服务
承载服务的架构
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概念介绍(3)：EPS承载
EPS承载：是汇聚UE与PDN-GW间的一个或多个业务数据流 (Service Data Flow，SDF)的逻辑聚合，包括s5、s1、无线承载
பைடு நூலகம்
EPS默认承载： UE连接分组数据网络时建立的。默认承载可简单地 理解为一种提供尽力而为IP连接的承载。