LTE典型信令流程.ppt

信令 数据流程 小区搜索 随机接入 开机附着 servicerequest paging TAU 切换 小区搜索 小区搜索过程是UE和小区取得时间和频率同步 并检测小区ID的过程 E UTRA系统的小区搜索过程与UTRA系统的主要区别是其能够支持不同的系统带宽 1 4 20MHZ 小区搜索通过若干下行信道实现 包括同步信道 SCH 广播信道 BCH 和下行参考信号 RS SCH又分成主同步信道 PSCH 和辅同步信道 SSCH BCH又分成主广播信道 PBCH 和动态广播信道 DBCH 右图为小区搜索流程 系统广播消息 TD LTE系统的系统广播消息主要由主信息块MIB和系统信息块SIB组成 MIB主信息块在固定的信道 PBCH 上发送 其中携带了保证UE能够接收到其他系统信息块的相关参数 MIB的传输周期固定为40ms 一个周期内每10ms重传相同内容 MIB的传输固定在每个无线帧的子帧0 首次传输位于SFNmod4 0的无线帧 主信息块 MIB 携带的信息 1 系统帧号 SFN SystemFrameNumber 8bit使UE获得系统的时间信息2 下行系统带宽3bit 使UE可以获知接收带宽3 PHICH配置信息3bit使UE获得PDCCH信道占用的控制符号 以读取其他的系统广播信息 SIB系统信息块根据其内容的不同以及UE获得该信息的紧急程度进行了分类 相同目的 相同属性的参数归属到同一类型的系统信息块中 小区搜索 随机接入 开机附着 servicerequest paging TAU 切换 随机接入 随机接入分为基于竞争的随机接入和基于非竞争的随机接入两个流程 其区别为针对两种流程其选择随机接入前缀的方式 前者为UE从基于竞争的随机接入前缀中依照一定算法随机选择一个随机前缀 后者是基站侧通过下行专用信令给UE指派非竞争的随机接入前缀 UE可以通过随机接入过程实现两个基本功能 取得与eNodeB之间的上行同步 申请上行资源 随机接入过程应用于以下6种场景 从RRC IDLE状态初始接入 即RRC连接建立 无线链路失败后初始接入 即RRC连接重建 切换 下行数据到达且UE空口处于上行失步状态 上行数据到达且UE空口处于上行失步 或者虽未失步但需要通过随机接入申请上行资源 辅助定位 网络利用随机接入获取时间提前量 TA TimingAdvance 基于竞争的随机接入 基于非竞争的随机接入 UE在RACH上发送随机接入前缀 eNB的MAC层产生随机接入响应 并在DL SCH上发送 UE的RRC层产生RRCConnectionRequest 资源调度请求 并在映射到UL SCH上的CCCH逻辑信道上发送 RRCContentionResolution 竞争解决 由eNB的RRC层产生 并在映射到DL SCH上的CCCHorDCCH FFS 逻辑信道上发送 eNB通过下行专用信令给UE指派非冲突的随机接入前缀 non contentionRandomAccessPreamble 这个前缀不在BCH上广播的集合中 UE在RACH上发送指派的随机接入前缀 eNB的MAC层产生随机接入响应 并在DL SCH上发送 小区搜索 随机接入 开机附着 servicerequest paging TAU 切换 开机附着 RRC连接建立 E UTRAN采用该流程建立SRB1 该流程也被用于传输UE发给E UTRAN的初始NAS专有信息 消息 建立S1连接 步骤6 9会建立S1连接 完成这些过程即标志着NASsignallingconnection建立完成 消息9的说明 该消息为MME向eNB发起的初始上下文建立请求 请求eNB建立承载资源 同时带安全上下文 可能带用户无线能力 切换限制列表等参数 UE的安全能力参数是通过attachrequest消息带给核心网的 核心网再通过该消息送给eNB UE的网络能力 安全能力 信息改变的话 需要发起TAU NAS消息手册 0741attachreq0742attachaccept0743attachcomplt0744attachreject0745deattchreq0746deattachrespond0755identify0756identifyres 带imsi号 0752authreq 带nas加密算法 0753authrespond0754authrej0748taureq0749taurespond074btaurej075dsecurity075esecurityres 加密之后安全响应加密了 看不出是075e UE能力 消息10 12的说明 如果消息9带了UERadioCapabilityIE 则eNB不会发送UECapabilityEnquiry消息给UE 即没有10 12过程 否则会发送 UE上报无线能力信息后 eNB再发UECapabilityInfoIndication 给核心网上报UE的无线能力信息 为了减少空口开销 在IDLE下MME会保存UERadioCapability信息 在INITIALCONTEXTSETUPREQUEST消息会带给eNB 如果UE改变了其无线接入能力 UE会请求上层发起必要的NAS流程 以使用新的RRC连接更新UE无线接入能力信息 初始安全激活 该流程的目的是在RRC连接建立时激活AS层安全 安全完保算法 Snow3G AES和ZUC RRC连接重配置 消息15 16为RRC连接重配置过程 其流程承载着RRC连接管理的大部分功能 包括信令 数据承载管理 参数配置 切换执行和测量控制等 GTSM消息 O MACRRC SRB0 DATArrcConnectionRequestO RRCMAC SRB0 DATArrcConnectionSetupO PDCPRRC DATA INDrrcConnectionSetupComplete 0741 O RRCS1AP INIT UE MSGO S1APRRC DL NAS MSGO RRCPDCP DATA REQdlInformationTransfer 0752 O PDCPRRC DATA INDulInformationTransfer 0753 O RRCPDCP DATA REQ 075d O PDCPRRC DATA IND 075e O S1APRRC INIT CONTEXT SETUP REQ 0742 O RRCPDCP DATA REQueCapabilityEnquiry不需要等到初始上下文建立请求才下发安全O PDCPRRC DATA INDueCapabilityInformationO RRCS1AP UE CAPA INFO INDO S1APMME DATAREQUECapabilityInfoIndicationO RRCPDCP DATA REQsecurityModeCommandO PDCPRRC DATA INDsecurityModeCompleteO RRCPDCP DATA REQrrcConnectionReconfiguration 0742 O PDCPRRC DATA INDrrcConnectionReconfigurationCompleteO RRCS1AP INIT CONTEXT SETUP RSPO S1APMME DATAREQO PDCPRRC DATA IND 0743 异常流程 RRC连接建立失败 核心网拒绝 eNB未等到Initialcontextsetuprequest消息 RRC重配消息丢失或者没收到RRC重配完成消息或者eNB内部配置UE的安全参数等失败 小区搜索 随机接入 开机附着 servicerequest paging TAU 切换 servicerequest UE在IDLE模式下 需要发送业务数据时 发起servicerequest过程 寻呼过程可以由核心网触发 用于通知某个UE接收寻呼请求 或者由eNodeB触发 用于通知系统信息更新 小区搜索 随机接入 开机附着 servicerequest paging TAU 切换 paging UE在IDLE模式下 当网络需要给该UE发送数据 业务或者信令 时 发起寻呼过程 小区搜索 随机接入 开机附着 servicerequest paging TAU 切换 定义 当移动台由一个TA转移到另一个TA时 必须在新的TA上重新进行位置登记已通知网络更改它所储存的移动台位置信息 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 TAU的作用 在网络登记新的用户位置信息 给用户分配新的GUTI 使UE和MME的状态由未注册变为已注册 IDLE态用户可通过TAU过程请求建立用户面资源 如果TAUaccept分配了一个新的GUTI 则UE需要回复TAUcomplete 否则不用回复 TAC在SIB1中广播 TAU IDLE下发起的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 CONNECTED下发起的TAU 说明 1 如果TAUaccept未分配一个新的GUTI 则无过程6 7 2 切换下发起的TAU 完成后不会释放NAS信令连接 3 CONNECTED下发起的TAU 不能带 active 标识 小区搜索 随机接入 开机附着 servicerequest paging TAU 切换 当UE处于连接状态 网络通过切换过程实现对UE的移动性管理 UE信道条件的改变可能会触发切换 网络由于负载均衡的目的也可能发起切换 TD LTE系统中 切换涉及的网络实体包括eNodeB MME和S GW 涉及的协议包括空口的36 331 接口的36 413和36 423等 切换 移动性测量 控制平面流程 用户平面流程 切换 S1切换 X2切换 按接口 按过程 当UE在CONNECTED模式下时 eNodeB可以根据UE上报的测量信息来判决是否需要执行切换 如果需要切换 则发送切换命令给UE UE不区分切换是否改变了eNodeB 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 S1接口 S1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 S1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 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 体现在X2接口的用户平面协议结构与控制平面协议结构均与S1接口类似 X2接口 X2接口的用户平面 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 X2接口控制面 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切换流程图 切换准备 2UE被触发发送测量报告 UE根据测量配置 进行测量上报 3源eNB基于上报结果 根据自身的切换算法 进行切换判决 4源eNB发给目标eNB一个切换请求消息 通过必要的信息准备目标侧切换 5接纳控制 目标eNodeB根据收到的E RABQoS信息进行接纳控制 以提高切换的成功率 接纳控制要考虑预留相应的资源 C RNTI以及分配专用随机接入Preamble码等 6目标eNB准备L1 L2切换并发送切换请求应答给源eNB 该消息中包含一个RRCcontainer 具体内容是触发UE进行切换的切换命令 源eNodeB对切换命令采用透传的方式 不做任何修改 发送给UE 该消息是发送给UE以执行切换的RRC消息 执行切换 切换命令 携带了移动性控制信息的RRC连接重配置消息 是由目标eNodeB生成的 通过源eNodeB将其透传给UE 源eNodeB对这条消息进行必要的加密和完整性保护 当UE收到该消息之后 就会利用该消息中的相关参数发起切换过程 源eNB发送SNSTATUSTRANSFER消息给目标eNB 传输PDCP状态 保存申请的E RABs的上行PDCPSN接收机状态和下行PDCPSN发射机状态 如RLCAM 接收了包括移动控制信息的RRC连接重配置消息之后 UE执行与目标eNB的同步 UE从目标eNB得到特定的钥匙并配置将要在目标小区内使用的选择的安全算法 目标eNB使用上行分配和时间提前作为应答 切换完成 11当UE成功接入目标小区后 UE发送RRC连接重配置完成消息 向目标eNodeB确认切换过程完成 目标eNodeB通过接收RRC连接重配置完成消息 确认切换成功 至此 目标eNodeB可以开始向UE发送数据 12目标eNB发送PATHSWITCH消息给MME以告知UE已经改变小区 13MME发送更新用户面请求消息给S GW 14服务小区转换下行数据通路到目标eNB侧 15服务网关发送一个更新用户面应答消息给MME 16MME确认包含PATHSWITCHACKNOWLEDGE消息的PATHSWITCH消息 通过发送UEcontext释放 目标eNB通知源eNB切换成功并由源eNB触发资源释放 收到来自MME的PATHSWITCHACKNOWLEDGE消息后 目标eNB发送18一旦接收到UEcontext释放消息 源eNB可释放与UEcontext关联的无线和控制面相关资源 切换准备期间源eNB和目标eNB之间的用户面隧道能够建立 对于每个提供了数据前行的E RAB上行数据前行和下行数据前行各有一个隧道建立切换执行期间用户数据能从源eNB被递交到目标eNB 这一递交可以以一种依靠业务和调度特定执行的方式完成只要在源eNB侧来自EPC的分组被接收或者源eNB的缓冲区未空 从源到目的eNB的下行用户数据的前行按序完成切换完成期间目标eNB发送一个PATHSWITCH消息给MME以告知UE已经获得接入 MME发送一个USERPLANEUPDATEREQUEST消息给服务网关 用户面通路被服务网关从源eNB切换到目的eNB只要在源eNB侧来自服务网关的分组被接收或者源eNB缓冲区非空 源eNB就应该进行转交用户面数据 用户面处理 S1切换流程图 1 源eNodeB对UE进行测量配置 UE的测量结果将用于辅助源eNodeB进行切换判决 2 UE根据测量配置 进行测量上报 3 源eNodeB参考UE的测量上报结果 根据自身的切换算法 进行切换判决 4 源eNodeB向MME发送HandoverRequired消息 主要包括MME eNBUES1APID TargetID等消息 5 MME发送HandoverRequest消息给目标eNodeB 其中包括要建立的EPS承载的列表等内容 每个EPS承载的信息包括SGW的地址 上行GTP U的在SGW侧的TEID值 EPS承载的QoS等 目标eNodeB收到上述消息后会建立UE上下文 包括承载的信息 安全上下文等 7 目标eNodeB