LTE信令流程图端到端平台.docx
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LTE信令流程图端到端平台
TDD-LTE基本信令流程图
1概述
本文主要针对TD-LTE端到端信令流程图进行分解,为端到端平台提供分析流程呈现依据。
由于部分流程无S1口信令支撑,当前根据相关文档进行的绘制,后续具备条件后进行补充调整。
EPC(MME/S-GW)和演进后的接入
2TDD-LTE网络结构概述
LTE的系统架构分成两部分,包括演进后的核心网
网E-UTRAN。
演进后的系统仅存在分组交换域。
LTE接入网仅由演进后的节点B(evolvedNodeB)组成,提供到UE的E-UTRA控制面与用户面的协议终止点。
eNB之间通过X2接口进行连接,并且在需要通信的两个不同eNB之
间总是会存在X2接口。
LTE接入网与核心网之间通过S1接口进行连接,S1接口支持多—多联系方式。
与3G网络架构相比,接入网仅包括eNB一种逻辑节点,网络架构中节点数量减少,网络架构更加趋于扁平化。
扁平化网络架构降低了呼叫建立时延以及用户数据的传输时延,也会降低OPEX与CAPEX。
由于eNB与MME/S-GW之间具有灵活的连接(S1-flex),UE在移动过程中仍然可以驻留在相同的MME/S-GW上,有助于减少接口信令交互数量以及MME/S-GW的处理负荷。
当MME/S-GW与eNB之间的连接路径相当长或进行新的资源分配时,与UE连接的MME/S-GW也可能会改变。
2.1EPC与E-UTRAN功能划分
与3G系统相比,由于重新定义了系统网络架构,核心网和接入网之间的功能划分也随之有所变化,需要重新明确以适应新的架构和LTE的系统需求。
针对LTE的系统架构,网络
功能划分如下图:
1)无线资源管理相关的功能,包括无线承载控制、接纳控制、连接移动性管理、上/下行动态资源分配/调度等;
2)IP头压缩与用户数据流加密;
3)UE附着时的MME选择;
4)提供到S-GW的用户面数据的路由;
5)寻呼消息的调度与传输;
6)系统广播信息的调度与传输;
7)测量与测量报告的配置。
MME功能:
1)寻呼消息分发,MME负责将寻呼消息按照一定的原则分发到相关的eNB;
2)安全控制;
3)空闲状态的移动性管理;
4)SAE承载控制;
5)非接入层信令的加密与完整性保护。
服务网关功能:
1)终止由于寻呼原因产生的用户平面数据包;
2)支持由于UE移动性产生的用户平面切换。
2.2E-UTRAN接口的通用协议模型
E-UTRAN接口的通用协议模型如下图所示,适用于E-UTRAN相关的所有接口,即S1和
X2接口。
E-UTRAN接口的通用协议模型继承了UTRAN接口的定义原则,即控制面和用户面相分离,无线网络层与传输网络层相分离。
继续保持控制平面与用户平面、无线网络层与传
输网络层技术的独立演进,同时减少了LTE系统接口标准化工作的代价。
2.3S1接口
S1接口是MME/S-GW网关与eNB之间的接口,S1接口与3GUMTS系统Iu接口的不同之处在于,Iu接口连接包括3G核心网的PS域和CS域,S1接口只支持PS域。
2.3.1S1接口的用户平面
用户平面接口位于E-NodeB和S-GW之间,S1接口用户平面(S1-UP)的协议栈如下图所示。
S1-UP的传输网络层基于IP传输,UDP/IP之上的GTP-U用来传输S-GW与eNB之间的用户平面PDU。
GTP-U协议具备以下特点:
1)GTP-U协议既可以基于IPv4/UDP传输,也可以基于IPv6/UDP传输;
2)隧道端点之间的数据通过IP地址和UDP端口号进行路由;
3)UDP头与使用的IP版本无关,两者独立。
S1用户面无线网络层协议功能:
1)在S1接口目标节点中指示数据分组所属的SAE接入承载;
2)移动性过程中尽量减少数据的丢失;
3)错误处理机制;
4)MBMS支持功能;
5)分组丢失检测机制;
2.3.2S1接口控制面
S1控制平面接口位于E-NodeB和MME之间,传输网络层是利用IP传输,这点类似于
用户平面;为了可靠的传输信令消息,在IP曾之上添加了SCTP;应用层的信令协议为S1-AP。
S1接口控制面协议栈如下图所示:
S1控制面功能:
1)SAE承载服务管理功能(包括SAE承载建立、修改和释放);
2)S1接口UE上下文释放功能;
3)LTE_ACTIVE状态下UE的移动性管理功能(包括Intra-LTE切换和
Inter-3GPP-RAT切换);
4)S1接口的寻呼;
5)NAS信令传输功能;
6)S1接口管理功能(包括复位、错误指示以及过载指示等);
7)网络共享功能;
8)漫游于区域限制支持功能;
9)NAS节点选择功能;
10)初始上下文建立过程;
11)S1接口的无线网络层不提供流量控制和拥塞控制功能。
2.4X2接口
X2接口是eNB与eNB之间的接口。
X2接口的定义采用了与S1接口一致的原则,体现
S1接口类似。
在X2接口的用户平面协议结构与控制平面协议结构均与
2.4.1X2接口用户平面
X2接口用户平面提供eNB之间的用户数据传输功能。
X2-UP的协议栈结构如下图所示,
X2-UP的传输网络层基于IP传输,UDP/IP协议之上采用GTP-U来传输eNB之间的用户面PDU。
2.4.2X2接口控制平面
X2接口控制平面协议栈如下图所示,LTE系统X2接口的定义采用了与S1接口一致的原则,其传输网络层控制平面IP层的上面也采用了SCTP,为信令提供可靠的传输。
应用层信令协议表示为X2-AP。
X2接口应用层协议功能:
1)支持LTE_ACTIVE状态下UE的LTE接入系统内的移动性管理功能;
2)X2接口自身的管理功能,如错误指示等;
3)上行负荷管理功能。
2.5S5接口
S5接口是S-GW和P-GW之间的接口,提供S-GW和P-GW间的用户面隧道和隧道管理功能。
该接口点用于S-GW和P-GW分设时,S-GW建立到P-GW的连接过程以及在用户移动性管理中S-GW重定位过程。
S8接口是在用户漫游的时候,VPLMN的S-GW和HPLMN的P-GW间的参考点,它的功能和S5接口相同。
S5接口的控制平面功能,主要包括承载的建立、修改或释放,控制平面采用GTPv2-C协议,遵循3GPPTS29.274;用户平面采用GTPv1-U协议,遵循3GPPTS29.281
2.6S11接口
S11接口是MME和S-GW之间的参考点,用于支持移动性和承载管理流程,其功能跟S4接口的控制平面相似,包括承载的建立、修改或释放;或者用于修改用户承载的QoS参
数修改;或者在有下行数据的时候,用于通知MME需要寻呼空闲态的用户;或者在发生InterRAT切换的时候,用于转变数据的转发方式,删除或者建立间接转发方式。
S11接口采用GTPv2-C协议,遵循3GPPTS29.274。
3附着流程
3.1正常附着流程
UE
eNodeB
MME
rrcConnectionSetup
rrcConnectionSetupComplete
鉴
IdentificationResponse
dentificationRequest
随机接入过程,完成到eNodeBRRC连接建立,并开始UE初始化上下文请求
UE
的
RandomAccessPreamble
RandomAccessResponse
rrcConnectionRequest
attachRequest
InitialUEmessage
UE身份识别、权和安全模式确认。
由于目前外场和实验室的MME鉴权都关闭,该过程信令在相关接口均没有体现
AuthenticationRequest
AuthenticationResponse
SecurityModeCommand
SecurityModeComplete
Initialcontextsetuprequest
UE初始化上下文,完成UE查询和安全模式激活过程,如果初始化建立请求中携带了UEIE则不会有ueCapability查询信令
能力
能力
相关
ueCapabilityEnquiry
ueCapabilityInformation
securityModeCommand
securityModeComplete
rrcConnectionReconfiguration
UECapabilityInfoIndication
完成UE上下文建立。
重配SRB1和无线资源配置,建立SRB2、
attachAccept
DRB包括默认承载等。
上行信息传送,附着完成
activateDefaultEpsBearerContextRequest
rrcConnectionReconfigurationComplete
Initialcontextsetupresponse
activateDefaultEpsBearerContextAccept
attachComplete
ULInformationTransfer
rrcConnectionReconfiguration
rrcConnectionReconfigurationComplete
UPLINKNASTRANSPORT
attach湾流.xls
3.2异常附着流程
3.2.1RRC建立失败
RRC建立失败根据信令又分为三种:
1、RRC建立请求无响应:
(或是空口因素导致eNodeB未收到,或是收到但无法正确解码)
2、RRC建立请求正确到达eNodeB,但eNodeB下发的rrcconnectionsetup消息UE未收到
或收到后无法按照要求建立。
attachRequest
rrcConnectionRequest
rrcConnectionSetup
MME
3、UE上发的rrcconnectionsetupcomplete消息在空口丢失导致建立超时。
UEeNodeB
attachRequest
rrcConnectionRequest
rrcConnectionSetup
rrcConnectionSetupComplete
3.2.2核心网拒绝
UE
eNodeB
3.2.3
attachRequest
rrcConnectionRequest
rrcConnectionSetup
rrcConnectionSetupComplete
InitialUEmessage
DOWNLINKNASTRANSPORT
attachReject
UECONTEXTRELEASECOMMAND
UECONTEXTRELEASECOMPLETE
RRCConnectionRelease
eNodeB未收到初始化上下文建立请求
attachRequest
rrcConnectionRequest
rrcConnectionSetup
rrcConnectionSetupComplete
RRCConnectionRelease
RRCConnectionRelease
eNodeB
InitialUEmessage
Initialcontextsetuprequest
3.2.4RRC重配置请求丢失
attachRequest
eNodeB
MME
rrcConnectionSetup
rrcConnectionSetupComplete
ueCapabilityEnquiry
InitialUEmessage
Initialcontextsetuprequest
ueCapabilityInformation
securityModeCommand
securityModeComplete
UECapabilityInfoIndication
rrcConnectionReconfiguration
Initialcontextsetupfailure
UECONTEXTRELEASEREQUEST
RRCConnectionRelease
UECONTEXTRELEASECOMMAND
UECONTEXTRELEASECOMPLETE
4寻呼流程
4.1寻呼成功流程
4.1.1空闲态寻呼
Paging
servicerequest
rrcConnectionRequest
rrcConnectionSetup
rrcConnectionSetupComplete
eNodeB
MME
Paging
InitialUEmessage
Initialcontextsetuprequest
securityModeCommandsecurityModeComplete
rrcConnectionReconfiguration
rrcConnectionReconfigurationComplete
Initialcontextsetupresponse
寻呼成功:
MME发起寻呼(S1接口发送Paing消息)后收到S1接口相应的INITIALUE
MESSAGE(NAS:
ServiceRequest),则判做寻呼成功
4.1.2连接态寻呼
4.2寻呼失败流程
寻呼失败:
MME发起寻呼(S1接口发送Paing消息),2秒内未收到S1接口相应的
INITIALUEMESSAGE,则判做一次寻呼失败
4.2.1Paging消息不可达
Paging消息在S1口丢失
Paging
Paging消息在空口丢失
UE
eNodeB
MME
Paging
Paging
4.2.2RRC建立失败
RRC建立失败根据信令又分为三种:
1、RRC建立请求无响应:
(或是空口因素导致eNodeB未收到,或是收到但无法正确解码)
2、RRC建立请求正确到达eNodeB,但eNodeB下发的rrcconnectionsetup消息UE未收到
或收到后无法按照要求建立。
UE
eNodeB
Paging
servicerequest
Paging
rrcConnectionRequest
rrcConnectionSetup
3、UE上发的rrcconnectionsetupcomplete消息在空口丢失导致建立超时。
Paging
servicerequest
rrcConnectionRequest
rrcConnectionSetup
rrcConnectionSetupComplete
UEeNodeB
Paging
4.2.3eNodeB未上发InitialUEmessage或达到超时
UE
eNodeB
Paging
Paging
servicerequest
rrcConnectionRequest
rrcConnectionSetup
rrcConnectionSetupComplete
RRCConnectionRelease
InitialUEmessage
5去附着流程
5.1非关机去附着流程
5.1.1连接态非关机去附着
UE
Detachrequest
ULInformatianTransfer
DLInformatianTransfer
Detachaccept
RRCConnectionRelease
UPLINKNASTRANSPORT
DOWNLINKNASTRANSPORT
UECONTEXTRELEASECOMMAND
UECONTEXTRELEASECOMPLETE
eNodeB
MME
detach湾流.xls
5.1.2空闲态非关机去附着
UE
eNodeB
MME
Detachrequest
rrcConnectionRequest
rrcConnectionSetup
rrcConnectionSetupComplete
DLInformatianTransfer
Detachaccept
RRCConnectionRelease
5.2关机去附着流程
UPLINKNASTRANSPORT
DOWNLINKNASTRANSPORT
UECONTEXTRELEASECOMMAND
UECONTEXTRELEASECOMPLETE
UE关机去附着时,发起去附着请求后不再响应E-UTRAN侧任何消息,直接释放本地所有
EPS承载和RB资源。
如果是连接态关机去附着,则下图流程中没有RRC建立过程。
UE
eNodeB
MME
Detachrequest
rrcConnectionRequest
rrcConnectionSetup
rrcConnectionSetupComplete
InitialUEmessage
InitialUEmessage
UECONTEXTRELEASECOMMAND
UECONTEXTRELEASECOMPLETE
6TAU流程
当UE进入一个小区,该小区所属TAI不在UE保存的TAIlist内时,UE发起正常TAU流程,分为IDLE和CONNECTED(即切换时)下。
如果TAUaccept分配了一个新的GUTI,则UE需要回复TAUcomplete,否则不用回复。
6.1TAU成功流程
6.1.1空闲态TAU
IDLE下,如果有上行数据或者上行信令(与TAU无关的)发送,UE可以在TAUrequest
消息中设置an"active"标识,来请求建立用户面资源,并且TAU完成后保持NAS信令连接。
如果没有设置"active"标识,则TAU完成后释放NAS信令连接。
IDLE下发起的也可以带EPSbearercontextstatusIE,如果UE带该IE,MME回复消息也带该IE,双方EPS承载通过这个IE保持同步。
TAURequest中不含ACTIVE标识,TAU完成后释放连接
UE
eNodeB
MME
RandomAccessPreamble
RandomAccessResponse
rrcConnectionRequest
Trackingareaupdaterequest
rrcConnectionSetup
rrcConnectionSetupComplete
InitialUEmessage
Initialcontextsetuprequest
ueCapabilityEnquiry
ueCapabilityInformation
securityModeCommand
securityModeComplete
rrcConnectionReconfiguration
Trackingareaupdateaccept
rrcConnectionReconfigurationComplete
Trackingareaupdatecomplete
ULInformationTransfer
RRCConnectionRelease
UECapabilityInfoIndication
TAUAccept
Initialcontextsetupresponse
TAUComplete
UPLINKNASTRANSPORT
UECONTEXTRELEASECOMMAND
UECONTEXTRELEASECOMPLETE
TAURequest中含ACTIVE标识,用户完成TAU后可继续进行数据业务传输
Trackingareaupdaterequest
rrcConnectionRequestrrcConnectionSetup
rrcConnectionSetupComplete
InitialUEmessage
Initialcontextsetuprequest
ueCapabilityEnquiry
ueCapabilityInformation
UECapabilityInfoIndication
securityModeCommandsecurityModeComplete
rrcConnectionReconfiguration
CreateBearerRequest
CreateBearerResponse
TAUAccept
Trackingareaupdateaccept
rrcConnectionReconfigurationComplete
Initialcontextsetupresponse
Trackingareaupdatecomplete
TAUComplete
ULInformationTransfer
UPLINKNASTRANSPORT
UPLINKDATA
DOWNDATA
6.1.2连接态TAU
UE
Trackingarea
updaterequest
Trackingareaupdateaccept
UPLINKNASTRANSPORT
DOWNLINKNASTRANSPORT
eNodeB
MME