5G NSA组网双连接基本流程先容

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1 什么是NSA

为了在建网初期快速完成网络部署，并在非连续组网下获得较好的业务感知，5G的组网形态中新增了一种新组网方式，即NSA（Non-Stand Alone）组网，非独立NR部署(Non-standalone)：是指5G NR的部署以LTE eNB做为控制面锚点接入EPC，或以eLTE eNB做为控制面锚点接入NGC

3GPP标准组织针对NSA提供了以下的几种提案：

1.        Option3

图 1-1  Option3架构

NR锚定在LTE上，连接4G核心网，终端的控制面数据必须通过LTE（后文有关于SRB3的补充先容）承载传递，用户面数据分别在LTE和NR侧业务承载上传递，用户面数据在LTE PDCP层进行分发，后文提到的EN-DC即表示这种组网方式

2.        Option7

图 1-2  Option7架构

NR锚定在LTE上，连接5G核心网，终端的控制面数据必须通过LTE承载传递，用户面数据分别在LTE和NR侧业务承载上传递，用户面数据在LTE PDCP层进行分发，这种配置下LTE需要进行版本升级支撑5G一些新的特性

这两种组网在现阶段由于协议及产品成熟度问题，业界普遍比较认可Option3这种方式。不过在这种模式下，LTE eNodeB不但要作为NR锚点，还需要作为数据汇聚和分发点，对LTE eNodeB处理能力要求很高。

Option 3X作为Option3的优化方案，将NR作为数据汇聚和分发点，充分利用NR设备处理能力更强的优势，便捷提升网络处理能力。

Option3A则将业务分发点放在核心网中，这种方式对于后续一些感知提升算法带来一定的影响，所以也不被看好

所以目前业内主推的NSA组网方式为Option3x

图 1-3  Option3扩展架构

  注意:

大家在其他材料中会碰到Option4这种结构

图 1-4  Option4架构

LTE锚定在NR上，连接5G核心网，终端的控制面数据必须通过NR承载传递，用户面数据分别在LTE和NR侧业务承载上传递，用户面数据在NR PDCP层进行分发，这种配置下LTE需要进行版本升级支撑5G一些新的特性

由于这种结构锚点在NR侧，所以被定义为SA的一种特殊形态

2 双连接的一些基本概念2.1 控制面

图 2-1  Option3双连接控制面

在EN-DC中，,

UE仅有一个RRC状态， SN侧产生的RRC PDU可以通过MN传输到UE。MN通过MCG SRB发送初始的SN RRC配置，当传递SN的RRC PDU时，MN不会修改其中的配置。

如果SN是一个gNB (Option3和Option7)，则可以将UE配置为使用SN (SRB3)来建立SRB，以便在UE和SN之间直接发送SN的RRC pdu。SN的RRC pdu只能直接传输到SN RRC重新配置的UE，而不需要与MN进行任何协调。如果配置SRB3，则可以直接从UE到SN进行测量报告。

&  常识点：

由于NR锚定在LTE上，所以也将LTE称作MN（Master Node），NR称作SN（Secondary Node）

2.2 用户面

图 2-2  Option3双连接用户面

对于EN-DC，网络可以配置E-UTRA PDCP或NR PDCP用于MCG 承载，而NR PDCP总是用于SCG和分离承载。从网络的角度来看，每一个承载(MCG、SCG和分离承载)都可以在MN或SN中终止。

2.3 RRC相关内容2.3.1 系统消息

在EN-DC中，除了同步相关信息之外，SN不需要广播系统信息。初始配置的系统信息由专用RRC信令通过MN提供给UE。UE至少可以从NR-PSS/SSS和PBCH的PSCell中获得同步相关信息。

此外，在更改配置的Scell的相关系统信息时，网络发布并随后添加相关的Scell(带有更新的系统信息)，通过在SRB1或SRB3上发送的一个或多个RRC重配消息。

2.3.2 SN相关测量

本章节测量特指对SN的相关测量，MN侧的测量事件规则及下发内容与LTE商用网配置一致

1.        如果将测量配置为Secondary Node Addition流程的准备过程中，MN应该将测量配置到UE

2.        如果涉及Secondary Node Modification (MN/SN initiated)中涉及SN移动，SN应该在需要的情况下，将测量配置到与MN协同关系的UE上。

3.        Secondary Node Change (MN/SN initiated)流程中所述的SN变更过程可以由MN和SN触发。对于由SN触发的SN变化，RRM测量配置由SN维护并处理测量报告，而不向MN提供测量结果。

4.        测量可以由MN和SN独立配置。MN指示在SN中测量的频点数，以确保不超过UE能力。如果MN和SN都在相同的载波频率上配置测量，那么配置需要保持一致。

5.        当SRB3未配置时，由SN配置的测量报告被发送到SRB1上。当SRB3被配置时，由SN配置的测量报告被发送到SRB3。

6.        对目标SN的测量结果可以通过MN在MN发起的SN变化过程中提供。目标SN的测量结果可以从源SN到目标SN，通过SN发起的SN变化过程。

7.        在EN-DC中，根据NR RRC在SgNB添加请求消息中的MN对SN提供的测量结果，根据NR RRC对测量结果进行编码。在SN启动的SN变化过程中，根据NR RRC在SgNB添加请求消息中对SN提供的测量结果，根据NR RRC对测量结果进行编码。

2.3.3 UE能力协商

在EN-DC中，同时支撑E-UTRA和NR的终端将UE能力同时提供给MN及SN。如支撑的E-UTRA和NR频段组合、以及NR PDCP能力(包括E-UTRA能力和NR能力)等都对MN和SN可见。

RAT的特定功能不需要在其他RAT的节点上可见。

对于需要在E-UTRA和NR之间进行协调的UE功能(即频段组合和基带处理能力)，它将由MN决定如何进行协商。

2.3.4 组合的MN/SN RRC消息处理

当MCG和SCG重配需要由MN协调时，SN RRC重新配置消息被封装在一个MN RRC消息中，该消息也包含相应的MCG重配，确保组合配置可以由UE联合处理。如果MN使用NR PDCP终止了一个承载，那么NR PDCP配置是由MN生成的。如果SN终止承载，则由SN生成NR PDCP配置并将其作为一个单独的容器发送到MN。

UE在一个封装的MN RRC消息中使用一个联合成功/失败过程的消息。MN RRC消息的失败，包括一个包含或没有MCG重配字段的封装的SN RRC消息，并触发重建过程。即使当SN RRC消息被封装在MN RRC消息中，每个SN RRC重配置消息也应该有它自己的RRC响应消息。SN RRC响应消息由X2/Xn转发到SN。如果一个SN RRC重配置消息包含在一个MN RRC消息中，UE发送一个含封装了SN RRC响应的MN RRC响应消息。

2.3.5 SRB3

SN决定是否建立SRB3，它使用SN RRC消息提供SRB3配置。SRB3的建立和释放可以在SN添加流程和SN变更流程中完成。可以在SN修改流程中进行SRB3重配。

SRB3可以用来发送不涉及MN的SN RRC重配、SN RRC重配完成、SN测量报告消息。SN RRC重配完成的消息被映射到与启动该过程的消息相同的SRB。如果配置了SRB3，SN测量报告消息被映射到SRB3。

SRB3比所有DRBs都具有更高的调度优先级。分离SRB1和SRB3的默认调度优先级是相同的。

2.3.6 分离SRB

SRB1和SRB2都支撑分离SRB (SRB0和SRB3不支撑分离SRB)。使用NR PDCP对分离SRB的RRC pdu进行加密和完整性保护。

分离SRB可以由SN添加和/或修改 流程中的MN配置，SN配置部分由SN提供。一个UE可以同时配置为SRB和SRB3。SRB3和分离SRB的SCG分支可以独立配置。

在分离SRB中，下行链路的选择取决于网络的实现。对于上行链路，UE是通过MN RRC来配置的，即是否使用MCG路径、SCG路径或在MCG和SCG上复制传输。

2.3.7 SCG/MCG 故障处理

MCG和SCG具有独立的RLF

如果MCG检测到RLF，则UE启动与Pcell的RRC重建流程。

SCG异常包含以下场景：

l SCG RLF;

l SN change failure;

l SCG configuration failure (only for messages on SRB3);

l SCG RRC integrity check failure (on SRB3).

在SCG故障时，UE中止SCG所有无线承载者，并将SCG故障信息报告给MN，而不是触发重建立。在所有的SCG失效情况下，UE都将保存来自MN和SN的当前测量配置，UE继续根据MN和SN的配置进行测量。在SCG失败后，将SN测量报告上报给MN。MN处理SCG失效信息消息，并可能决定保留、更改或释放SN/SCG。在所有的情况下，根据SN配置的测量结果可以被转发到旧的SN和/或新的SN。

2.3.8 UE标识

在EN-DC中，两个C-RNTIs单独分配给UE:一个用于MCG，一个用于SCG。

2.4 承载相关内容2.4.1 QoS

在EN-DC中，在TS 36.300[2]中定义的E-UTRAN QoS框架适用于:

l 在EPC和SN之间建立了一个S1-U承载;-       

l 在MN和SN之间建立了一个X2-U承载，用于分离承载，MN端的SCG 承载和SN端的MCG 承载;

l MN或SN上建立的所有承载;

l MN分别决定了MN和SN之间的 DL UE AMBR 极限和 UL UE AMBR的极限，并指出了SN的AMBR极限和UL的AMBR极限;

l 托管PDCP实体的节点会强制实行相应的DL UE AMBR限制;

l 每个节点实行相应的UL UE AMBR 限制。对于SN 端承载，如果节点没有配置为为上行链路服务，那么它将忽略指示的UL - AMBR。

2.4.2 承载类型选择

在EN-DC中，对于每个无线承载，MN决定了PDCP实体的位置，并在其中配置小区单元组无线资源。一旦一个SN终止分离承载被建立，例如通过SN添加进程或MN启动的SN修改进程，SN可以移除并随后为各自的E-RAB添加SCG资源，只要保证各自的E-RAB的QoS。

2.4.3 承载类型变更

对于EN-DC中，承载类型变更应用于以下场景：

l 当为承载更改安全密钥时，将重新建立相关的PDCP和RLC实体，而MAC实体可能依赖于网络选择的解决方案，如MAC重置、LCID更改等;

l 在MCG/SCG PDCP和RLC切换期间，MCG承载、分离承载和SCG承载重新建立，MCG/SCG MAC重置;

l 如果在切换过程中发生了承载类型改变，那么MCG承载、分离承载和SCG承载、MCG/SCG PDCP/RLC被重新建立，MCG/SCG MAC被重置;

l 如果一个承载类型的变更发生在SN变化过程中，那么SN终止的PDCP /RLC被重新建立，SCG MAC被重置;

l 在不使用切换过程的情况下，支撑在MN端承载类型之间直接进行类型转换;

l 在不使用切换或SN更改过程的情况下，支撑在SN端的承载类型直接更改;

l 在MCG承载和SCG承载MAC之间的承载类型变更不会被重置;原RLC实体被释放，新的RLC实体被建立;

l 对于DRB的PDCP版本更改仅通过切换过程实行，使用释放和添加DRBs(在单个消息中)或完整配置;

l 支撑使用PDCP版本更改的一个步骤(直接)类型更改

l 在承载类型变更情况下，由MCG承载改为SCG承载，或从分离承载改为SCG承载，先重新建立相关的LTE RLC实体，然后再释放原有的。

2.4.4 数据前传

在特定于EN-DC的流程中，可以对E-RABs实行用户数据转发，在E-RABs中，承载类型从/到MN端承载对SN端承载的转换。转发数据的节点的行为与“源eNB”切换的行为相同，转发数据的节点的行为与“目标eNB”切换的行为相同。

2.5 安全相关

EN-DC只能在MN的安全激活后配置。对于在MN端的承载，网络用KeNB配置UE，对于在SN端中的承载，网络将UE配置为S-KgNB。对于移动场景，只涉及SCG的更改(即没有Pcell切换，因此没有KeNB更改)，如果不更改SN的PDCP终止点，则不需要S-KgNB密钥刷新。

3 双连接相关的流程

本章节主要先容SN相关流程，终端不涉及SN的接入、切换等流程请参考LTE相关常识

3.1 SN添加

SN添加过程是由MN发起的，用于在SN中建立一个UE上下文，从SN对UE提供无线资源。对于需要SCG无线资源的承载，该进程至少用于添加SCG的第一个小区。这个过程也可以用来配置一个SN端的MCG承载(在这里不需要SCG配置)

图 3-1  SN添加

1.        MN决定请求SN为一个特定的E-RAB分配无线资源，包含E-RAB特性(E-RAB参数，TNL地址信息对应于承载类型)。此外，对于需要SCG无线资源的承载, MN表示请求的SCG配置信息，包括整个UE能力和UE能力协调结果。在这种情况下，MN也为SN提供了选择和配置SCG小区的最新测量结果。该MN可以请求SN为分离的SRB操作分配无线资源。MN将所有需要的安全信息都提供给SN(即使没有建立SN端承载)，使SRB3能够根据SN的决定进行设置。如果在MN和SN之间需要X2-U资源的承载选择，MN提供了X2-U的TNL地址信息，分别为SN端承载的X2-U DL TNL地址信息，X2-U UL TNL地址信息，用于MN端承载。当SN端被建立分离承载，MN提供了它能够支撑的最大QoS级别。SN可以拒绝请求。

2.        如果SN中的RRM实体能够接收到资源请求，它就会分配相应的无线资源，并依赖于承载选项，即各自的传输网络资源。对于需要SCG无线资源的承载, SN触发随机接入，从而可以实行SN无线资源配置的同步。SN决定Pscell和其他SCG Scells，并在SgNB添加请求确认消息中包含的NR RRC配置消息中为MN提供新的SCG无线资源配置。如果在MN和SN之间需要X2-U资源的资源选择，SN提供X2-U的TNL地址信息，分别为SN端承载的E-RAB、X2-U UL TNL地址信息，以及对MN端承载的X2-U DL TNL地址信息。对于SN端承载，SN为各自的E-RAB和安全算法提供S1-U DL TNL地址信息。

3.        MN封装并发送UE RRCConnectionReconfiguration消息，包括NR RRC配置消息，并且不会消息内参数进行修改。

4.        UE应用了新的配置，并使用RRCConnectionReconfigurationComplete消息对MN进行了响应，包括一个NR RRC响应消息。如果UE不能符合RRCConnectionReconfiguration消息中包含的配置，它将实行重配失败流程。

5.        MN通知SN, UE已经通过SgNB ReconfigurationComplete消息成功完成了重新配置过程，包括编码的NR RRC响应消息。

6.        如果配置了需要SCG无线资源承载，UE将对SN的PSCell进行同步。

注意：UE发送RRCConnectionReconfigurationComplete消息并对SCG实行随机接入过程的顺序没有定义。成功地完成RRC连接重配过程并不需要对SCG进行成功的RA过程。

7&8.          如果SN端建立承载，并且依赖于各自的E-RAB的承载特性，MN可能会采取行动来最小化由于EN-DC(数据转发，SN状态传输)激活而导致的服务中断。

9-12.        对于SN端承载建立完成，实行EPC的UP路径的更新。

3.2 SN修改

辅助节点修改过程可以由MN或SN发起，用于修改、建立或释放承载上下文，将承载上下文转移到SN或从SN中转移到UE上下文的其他属性。它也可以用于将NR RRC消息从SN传输到UE，通过MN传输到UE，以及从UE传输到SN的响应(例如，当没有使用SRB3时)。

辅助节点修改过程不一定需要涉及到UE信令

3.2.1 MN发起的SN修改

MN使用这个过程来初始化同一个SN中的SCG的配置变化，例如添加、修改或释放SCG承载和分离承载的SCG RLC承载，以及对SN端的MCG承载的配置变化。承载类型的改变可能导致添加新的承载配置，并在单个MN中释放老的承载配置，为各自的E-rab启动SN修改进程。MN使用此过程在保持SN的同时，在相同的MN中实行切换。MN还使用这个过程来查询当前的SCG配置，例如，当在MN引发的SN更改中应用delta配置时。

图 3-2  MN发起的SN修改

1.        MN发送SgNB修改请求消息，该消息可能包含承载上下文相关或其他UE上下文相关信息、数据转发地址信息(如果适用)和请求的SCG配置信息，包括UE能力协调结果，将作为SN重配的基础。如果需要在SN中更新安全密钥，则PDCP更改指示表明需要进行S-KgNB更新，并包含一个新的SgNB安全密钥。如果E-RABs重新建立SCG RLC，配置了一个以MN端承载的SCG RLC承载，并且没有对其进行任何类型更改，那么MN将为SN提供一个新的UL GTP TEID。在重新建立RLC并使用新的UL GTP TEID之前，SN将继续发送UL PDCP pdu到MN与之前的UL GTP TEID。如果为E-RABs重新建立PDCP，而E-RABs配置了一个SN端承载和一个没有承载类型更改的MCG RLC承载，那么MN将为SN提供一个新的DL GTP TEID。SN将继续使用先前的DL GTP TEID将DL PDCP pdu发送到MN，直到它实行PDCP重建，并使用新的DL GTP TEID从PDCP重建开始。

2.        2.        SN响应SgNB修改请求确认消息，其中可能包含SCG无线资源配置信息在NR RRC配置消息和数据转发地址信息(如果适用)。如果PSCell更改时使用安全密钥更新，对于配置了MN端承载项的E-RABs，该选项要求MN和SN之间的X2-U资源，并且不实行承载类型更改，那么SN将为MN提供一个新的DL GTP TEID。MN应该继续使用之前的DL GTP TEID向SN发送DL PDCP pdu，直到它实行PDCP重建或PDCP数据恢复，并使用新的DL GTP TEID，从PDCP重建或数据恢复开始。如果PSCell更改时使用安全密钥更新，对于配置了SN端承载选项的E-RABs，该选项需要MN和SN之间的X2-U资源，并且不实行承载类型更改，那么SN将为MN提供一个新的UL GTP TEID。MN将继续使用之前的UL GTP TEID将UL PDCP pdu发送到SN上，直到RLC重建并在重建后使用新的UL GTP TEID。

3-5.        MN启动RRC连接重配流程，包括NR RRC配置消息。UE应用新的配置，同步到MN(如果是内部MN切换的话)，并使用RRCConnectionReconfigurationComplete来响应，包括一个NR RRC响应消息。如果UE无法遵守RRCConnectionReconfiguration消息中包含的配置(部分)，它将实行重配失败流程。

6.        在成功完成重配之后，SgNB重配完成消息将显示该过程的成功。

7.        如果被指示，则UE对SN的PSCell进行同步，就像SgNB添加过程中描述的那样。否则，在应用新配置后，UE可能会直接实行UL传输。

8-9.        如果适用，在MN和SN之间进行数据转发。

10.        SN向MN发送了Secondary RAT Data Volume Report信息，其中包括通过NR 发送到UE的数据量。

11.        如果需要，将实行路径更新。

3.2.2 MN参与的SN发起的SN修改

SN使用该流程来实行SCG在同一个SN的配置更改,如触发释放SCG承载和分离的SCG RLC承载(MN可能在MN端或SN端释放承载或重配一个MCG承载,),和触发PSCell变更(例如,当一个新的安全秘钥是必需的或当MN需要实行PDCP数据恢复)。

MN不能拒绝SCG承载和SCG RLC承载的释放请求。