• 1.SDAP简介
• 2 SDAP数据过程
  • 2.1 上行方向（UE -> gNB）
  • 2.2 下行方向（gNB -> UE）
  • 2.3 小结
• 3 End-Marker Control PDU
  • 3.1 解决的问题
  • 3.2 工作流程

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1.SDAP简介

SDAP是5G中引入的一个全新协议层，位于PDCP层之上。它的核心目的是处理QoS（服务质量）流与无线承载之间的映射，并为下行数据包标记QoS流标识（QFI）。

在4G LTE中，核心网（EPC）的承载与无线接入网（eNB）的无线承载（Data Radio Bearer, DRB）是严格一一对应的（即E-RAB）。这种“硬”连接缺乏灵活性。

5G为了支持更丰富多样的业务（如eMBB， mMTC, URLLC），引入了QoS流（QoS Flow） 的概念。一个PDU会话（类似4G的EPS承载）中可以包含多个具有不同QoS需求的QoS流。SDAP层就是为了高效、灵活地管理这些流而生的，其主要功能包括：

1. 映射功能：将不同QoS流的IP数据包映射到适当的DRB上进行传输。

2. 标记功能（仅下行）：在下行数据包中添加QFI（QoS Flow ID）标记，帮助终端（UE）识别数据包所属的QoS流。

3. 反射QoS功能：支持UE根据下行数据的QoS特性，自动为相应的上行数据配置相同的QoS映射规则，无需网络显式配置。

2 SDAP数据过程

2.1 上行方向（UE -> gNB）

上行方向的处理相对简单，因为UE通常不需要告诉网络QFI信息（网络自己知道）。

详细步骤说明：

1. 数据包生成：UE的上层应用产生上行数据包。

2. UE侧的SDAP处理：

   • 映射决策：UE中的SDAP实体根据映射规则，决定该数据包属于哪个QoS流，并将其映射到对应的DRB上。这个映射规则来源于：

     • 显式配置：网络通过RRC信令下发的配置。

     • 反射QoS：UE根据之前下行数据包的QFI信息，“反射”地应用到上行数据包上。例如，如果UE收到一个下行视频流属于QFI=5且映射在DRB3上，那么它发送对应的上行确认或控制信息时，也会使用相同的QFI，并映射到DRB3上。

   • 通常不添加头部：在绝大多数情况下，上行SDAP数据包没有SDAP头。因为gNB已经知道DRB和QoS流之间的映射关系（正是它配置给UE的），所以不需要显式的QFI标记。只有一种极特殊的反射QoS场景下才可能添加头部。

3. 空口传输：数据包通过PDCP等下层协议处理后，经空口发送给gNB。

4. gNB侧的SDAP处理：

   • gNB根据接收数据包所使用的DRB，直接推断出该数据包对应的QoS流（QFI）。因为每个DRB到QoS流的映射关系在gNB中是明确记录的。

   • gNB移除任何可能存在的SDAP头（通常没有），然后将数据包通过N3接口的GTP-U隧道转发给核心网UPF。

关键点：上行方向，SDAP头通常不存在。映射关系由DRB本身隐含地确定。

2.2 下行方向（gNB -> UE）

graph LR
A[5G核心网<br>UPF] --> B[发送下行数据包<br>携带QFI]
B -- N3接口<br>GTP-U隧道 --> C[gNB接收]
C --> D{gNB内部处理}
D --> E[SDAP层]
subgraph E[SDAP层处理]
    F[根据QFI与<br>映射规则] --> G[查找映射到的DRB]
    H[为数据包添加SDAP头<br>内含QFI] --> I[传递给下层<br>PDCP]
end
G --> H
I -- 通过空口传输 --> J[UE接收]
J --> K{UE内部处理}
K --> L[SDAP层]
subgraph L[UE SDAP层处理]
    M[读取SDAP头中的QFI] --> N[移除SDAP头]
    N --> O[将数据包与QFI<br>一并送往高层]
end

1. 数据包到达gNB：5G核心网的用户面功能（UPF）通过N3接口，使用GTP-U隧道将用户数据包发送到gNB。这些数据包在核心网层面已经被标记了QFI。

2. gNB侧的SDAP处理：

   • 映射决策：gNB中的SDAP实体根据配置的QoS流到DRB的映射规则，检查数据包的QFI，并决定将其映射到哪一个DRB上。这个映射规则可以由核心网通过N2接口的QoS策略显式配置，或者由gNB自主决定。

   • 添加SDAP头：SDAP层为数据包添加一个非常简单的头部（通常只有1字节），这个头部包含最重要的信息——QFI。

   • 传递至下层：将添加了SDAP头的数据包传递给下层的PDCP协议，进行加密、完整性保护等后续处理。

3. 空口传输：数据包经过PDCP、RLC、MAC和PHY层的处理后，通过无线空口发送给UE。

4. UE侧的SDAP处理：

   • 接收并向上解析：UE的协议栈从PHY层开始向上解析，经过MAC、RLC、PDCP层后，到达SDAP层。

   • 读取QFI并移除头部：UE的SDAP实体读取SDAP头中的QFI信息，然后移除SDAP头。

   • 送往高层：将原始数据包和它对应的QFI信息一并上报给上层应用。这样，UE的高层就知道这个数据包属于哪个QoS流，从而可能根据其优先级进行处理。

关键点：下行方向，SDAP头是存在的，用于告知UE每个数据包属于哪个QoS流。

2.3 小结

SDAP工作流程的核心思想：

解耦与灵活：实现了核心网QoS流与接入网无线承载的解耦。一个DRB可以传输多个QoS流（只要它们的QoS需求相似），一个QoS流也可以在特定条件下切换到另一个DRB，提供了极大的灵活性。

简化UE处理：通过下行的显式标记，UE可以轻松识别业务类型，便于进行业务级的优化和处理。

支持反射QoS：为URLLC等低时延业务提供了快速建立上行同步QoS的能力，无需等待网络的显式配置，降低了信令开销和时延。

3 End-Marker Control PDU

核心作用：标识QoS流映射关系的结束

End-Marker Control PDU的主要目的是为了在网络决定改变一个或多个QoS流与DRB（数据无线承载）的映射关系时，确保数据能够按顺序、无丢失地完成传输切换。

它表示为一个分隔符或切换完成信号。它标志着之前的映射规则下，属于某个QoS流的所有用户数据都已经发送完毕。接下来，新的映射规则将正式生效。

3.1 解决的问题

假设一个场景：

1. 最初，QoS Flow A 被映射到 DRB 1 上进行传输。

2. 由于网络条件变化（例如，QoS Flow A的业务需求变化，或网络负载均衡），gNB决定将 QoS Flow A 从 DRB 1 重映射到 DRB 2 上。

这个切换过程会带来一个挑战：数据包乱序和丢失。

• gNB在发出切换命令（通过RRC重配置）后，可能还有一些属于QoS Flow A的数据包正在DRB 1的队列中（在RLC或PDCP层）等待发送或重传。

• 同时，新的属于QoS Flow A的数据包已经开始通过DRB 2发送。

如果没有任何措施，UE会先收到通过DRB 2发来的新数据包，然后才收到滞留在DRB 1队列中的旧数据包，导致数据乱序。对于某些业务（如TCP），乱序会被认为是丢包，从而触发重传，降低吞吐量。

End-Marker Control PDU就是为了解决这个问题而设计的。

3.2 工作流程

sequenceDiagram
    participant UE
    participant gNB

    Note over UE, gNB: 初始状态: QFI=5 通过反射QoS映射到 DRB-X

    gNB->>UE: 1. 发送RRC重配置消息<br/>显式配置新规则: QFI=5 → DRB-Y

    Note over UE, UE: 2. UE准备应用新规则
    UE->>UE: a. 发现已有旧规则(QFI=5→DRB-X)<br/>b. 且新规则是显式配置的<br/>c. 且配置了default DRB

    UE->>UE: 3. 为旧规则构造End-Marker PDU
    Note right of UE: SDAP Entity 构造End-Marker PDU<br/>其中包含QFI=5

    UE->>gNB: 4. 在旧DRB上发送End-Marker
    Note right of UE: 将End-Marker PDU通过<br/>旧的DRB-X发送给gNB

    UE->>UE: 5. 应用新规则
    Note right of UE: 发送完毕后，UE正式应用新规则：<br/>之后QFI=5的上行数据通过DRB-Y发送

    gNB->>gNB: 6. gNB接收并处理
    Note left of gNB: 收到DRB-X上的End-Marker后，<br/>gNB知道此后QFI=5的数据<br/>将不再出现在DRB-X上。