LTE无线信令流程.ppt

LTE无线信令流程 中国移动通信集团山东分公司 授课老师 个人简介 基本资料 姓名 李国强工作单位 中国移动通信集团山东有限公司手机号码子邮箱 liguoqiangsh 教育及培训经历 毕业院校 山东大学学历 硕士专业培训经历 华为TD LTE无线培训 诺基亚LTE无线高培 专业特长 从事无线网络优化工作6年 参加过TD S LTE无线规划 无线网优 无线维护等工作 具备丰富的实践经验和理论水平 附 课件简介 示例 主要内容 LTE信令基础知识LTE无线信令基本流程路测软件对简单信令的分析 E UTRAN网络结构 LTE网络架构 网元间整体协议栈 控制面协议栈 用户面协议栈 用户面和控制面协议栈均包含PHY MAC RLC和PDCP层 控制面向上还包含RRC层和NAS层 连接管理概述 在LTE系统中 连接管理是UE与eNodeB以及MME之间连通性的管理 包括控制面连接与用户面连接 控制面连接建立 也叫信令连接建立 包括RRC连接建立和S1信令连接建立 信令连接是为了业务承载连接的建立而建立 但某些场景下 信令连接仅仅是为了某个信令过程而不是为了业务承载的连接 例如用户的位置更新过程 用户面连接建立 也叫E RAB连接建立 连接过程示例图 SGW E RAB释放 信令连接释放 UE RRC连接建立 MME eNodeB S1信令连接建立 信令连接建立 E RAB连接建立 SecurityModeControl UE中的NAS 如寻呼 事件触发RRC连接 随机接入流程 寻呼 LTE接口通用模型 E UTRAN接口通用协议模型 适用于E UTRAN相关的所有接口 即S1和X2接口控制面和用户面相分离 无线网络层与传输网络层相分离无线网络层 实现E UTRAN的通信功能传输网络层 采用IP传输技术对用户面和控制面数据进行传输 S1接口协议栈 控制层为了可靠的传输信令消息 在IP层之上添加了SCTPS1控制面主要功能 EPC承载服务管理功能 S1接口UE上下文释放功能 ACTIVE状态下UE的移动性管理功能S1接口的寻呼 NAS信令传输功能 漫游于区域限制支持功能 NAS节点选择功能 初始上下文建立过程 UDP IP之上的GTP U用来传输S GW与eNB之间的用户平面PDUS1用户面主要功能为 在S1接口目标节点中指示数据分组所属的SAE接入承载 移动性过程中尽量减少数据的丢失 错误处理机制 MBMS支持功能 分组丢失检测机制 S1接口 X2接口协议栈 X2接口用户面提供eNB之间的用户数据传输功能X2 U接口协议栈与S1 U接口协议栈完全相同 LTE系统X2接口的定义采用了与S1接口一致的原则X2接口应用层协议主要功能 支持LTE ACTIVE状态下UE的LTE接入系统内的移动性管理功能 X2接口自身的管理功能 如错误指示 X2接口的建立与复位 更新X2接口配置数据等 负荷管理功能 X2接口 系统消息 36 331 系统消息的组成MasterInformationBlock MIB 多个SystemInformationBlocks SIBs MIB承载于BCCH BCH P BCH上包括有限个用以读取其他小区信息的最重要 最常用的传输参数 系统带宽 系统帧号 PHICH配置信息 时域 紧邻同步信道 以10ms为周期重传4次频域 位于系统带宽中央的72个子载波 LTE系统消息 PBCH时域映射结构 PBCH频域映射结构 系统消息 36 331 SIBs除MIB以外的系统消息 包括SIB1 SIB12除SIB1以外 SIB2 SIB12均由SI SystemInformation 承载SIB1是除MIB外最重要的系统消息 固定以20ms为周期重传4次 即SIB1在每两个无线帧 20ms 的子帧 5中重传 SFNmod2 0 SFNmod8 0 一次 如果满足SFNmod8 0时 SIB1的内容可能改变 新传一次 SIB1和所有SI消息均传输在BCCH DL SCH PDSCH上SIB1的传输通过携带SI RNTI SI RNTI每个小区都是相同的 的PDCCH调度完成SIB1中的SchedulingInfoList携带所有SI的调度信息 接收SIB1以后 即可接收其他SI消息 LTE系统消息 各系统消息作用 系统消息功能说明 系统消息信令流程 系统消息获取 UE通过E UTRAN广播消息获取AS和NAS系统消息此过程适用于RRC IDLE和RRC CONNECTED状态开机选网和小区重选时切换完成或从另一个RAT切换到E UTRAN时重新返回覆盖区域时当系统消息改变时当出现接收ETWS指示时uponreceivingarequestfromCDMA2000upperlayersuponexceedingthemaximumvalidityduration 3h UE各状态说明 RRC状态 当存在RRC连接时 UE处于RRC连接状态 否则为RRCIDLE状态TS36 3314 2 RRC信令消息简化 RRC信令简化 无线承载分类 数据承载为DRB 通过eNB为其分配的PDSCH来承载信令承载通过SRB LTE中有三类SRBSRB0 承载RRC消息 映射到CCCH信道SRB1 承载RRC消息 也可承载NAS消息 映射到DCCH信道SRB2 承载NAS消息 映射到DCCH信道UE的RRC连接未建立时 由SRB0承载RRC信令 SRB2未建立时 由SRB1承载NAS信令由于带宽增加 数据传输性能增强 LTE的RRC消息的数据携带能力显著提升 因此LTE中所有NAS消息可填充在RRC消息中携带传输 进一步精简了信令流程NAS消息通过四条RRC消息传递 ULInformationTransfer和DLInformationTransfer 由SRB2承载 SRB2未建立时由SRB1承载 RRCConnectionSetupComplete和RRCConnectionReconfiguration 由SRB1承载 RRCConnectionSetupComplete 只携带NAS的初始直传消息 每种SRB可承载信令内容见附录 NAS消息种类见附录 根据承载内容分类 NAS消息其他承载方式 主要内容 LTE信令基础知识LTE无线信令基本流程路测软件对简单信令的分析 Attach和Detach过程 作用 Attach过程完成UE在网络的注册 完成核心网 EPC 对该UE默认承载的建立Detach过程完成UE在网络侧的注销和所有EPS承载的删除Attach说明 LTE中 Attach伴随着核心网处默认承载的建立Detach说明 UE MME SGSN HSS均可发起detach过程若网络侧长时间没有获得UE的信息 则会发起隐式的Detach过程 即核心网将该UE的所有承载释放而不通知UE Attach与Detach过程 UE开机Attach过程 1 随机接入 Attach信令流程E UTRAN部分 2 控制面连接建立 3 公共流程鉴权过程安全模式过程 4 用户面连接建立默认承载建立 ConnectedUEinitiatedDetach Detach信令流程 连接态UE发起 1 Detach请求 2 释放默认承载 3 释放RRC连接和UE上下文信息 MME initiatedDetach MME发起的Detach过程与UE发起的类似 只是DetachRequest由MME发起 Detach信令流程 连接态MME发起 ServiceRequest概述 作用当UE无RRC连接且有上行数据发起需求时当UE处于ECMIDLE态且有下行数据达到时在S1接口上建立S1承载 在Uu接口上建立数据无线承载说明当UE发起servicerequest时 需先发起随机接入过程ServiceRequest由RRCConnectionSetupComlete携带上去当下行数据达到时 网络侧先对UE进行寻呼 随后UE发起随机接入过程 并发起servicerequest过程UE发起servicerequest相当于主叫过程下行数据达到发起的servicerequest相当于被叫接入 ServiceRequest流程 UE触发的ServiceRequest流程 1 UE发送NAS消息 2 激活S1承载 建立无线侧承载 发送上行数据 3 为下行数据传输做准备 包含TEID NetworkTriggeredServiceRequest 被叫业务 网络通过Paging引发UE发起该过程 1 下行数据到达 引发核心网对UE进行寻呼 2 UE执行ServiceRequest E RAB建立过程 作用 为专用承载分配资源为默认承载分配资源过程 PDN GW根据QoS策略制定该EPS承载的QoS参数S GW向eNB发送承载建立请求 包含 IMSI QoS TFT TEID LBI等 MME向eNB发送E RAB建立请求 包含E RABID QoS S GWTEIDeNB接收建立请求消息后 建立数据无线承载eNB返回E RAB建立响应消息 E RAB建立列表信息中包含成功建立的承载信息 E RAB建立失败列表消息中包含没有成功建立的承载消息说明 必须在UERRCCONNECTED态下执行UE和EPC均可发起 eNB不可发起UE发起时 EPC仅将其作为参考 有权接受或拒绝 当EPC接受时 可回复承载建立 修改流程 E RAB建立概述 PDNGW发起的E RAB建立流程 E RAB承载建立请求 E RAB承载建立响应 E RAB修改过程 作用E RAB修改过程由MME发起 用于修改已经建立承载的配置过程P GW发起承载修改请求 S GW将其发给MMEMME向eNB发送E RAB修改请求消息 修改一个或多个承载 E RAB修改列表信息包含每个承载的QoSeNB接收到E RAB修改请求消息后 修改数据无线承载eNB返回E RAB修改响应消息 E RAB修改列表信息中包含成功修改的承载信息 E RAB修改失败列表消息中包含没有成功修改的承载消息说明必须在CONNECTED态下执行UE和EPC均可发起 eNB不可发起UE发起时 EPC可回复承载建立 修改 释放流程分为修改Qos和不修改Qos两种类型 E RAB修改概述 PDNGW发起E RAB修改流程 修改QoS E RAB承载修改请求 E RAB承载修改响应 E RAB释放概述 E RAB释放过程 PDNGW和MME均可发起对E RAB的释放流程对于PDNGW发起的承载释放 可释放专用承载或该PDN地址下的所有承载对于MME发起的承载释放 可释放某一专用承载 但不能释放该PDN下的默认承载过程无论P GW或MME发起的释放过程 MME向eNB发送E RAB释放命令消息 释放一个或多个承载的SI和Uu接口资源eNB接收到E RAB释放命令消息后 释放每一个承载的S1接口资源 Uu接口上的资源和数据无线承载说明UE或MME均可发起对PDN连接释放的请求 此时可以删除该PDN下的专用承载 不包括默认承载 MME发起的承载释放流程 E RAB承载释放命令 E RAB承载释放请求 E RAB承载释放响应 TAU概述 TA和TAI TAU的定义 当移动台由一个TA移动到另一个TA时 必须在新的TA上重新进行位置登记以通知网络来更改它所存储的移动台的位置信息 这个过程就是跟踪区更新 TrackingAreaUpdate TAU TAU概述 为了确认移动台的位置 LTE网络覆盖区将被分为许多个跟踪区 TrackingArea TA TA功能与3G的位置区 LA 和路由区 RA 类似 是LTE系统中位置更新和寻呼的基本单位 TA用TA码 TrackingAreaCode TAC 标识 一个TA可包含一个或多个小区 TAC在这些小区的SIB1中广播与LAC RAC类似 网络运营时用TAI作为TA的唯一标识 TAI由MCC MNC和TAC组成 共计6字节 TA和TAI的定义 TA和TAI TAU分类 UE状态不同空闲态TAU连接态TAU更新内容不同非联合TAU 更新TAILIST联合TAU 更新TAILIST LAU IDLETAU流程 UE发起TAU请求 UE发起随机接入 核心网回复TAU消息 CONNECTED TAU流程 连接态TAU流程若TAUaccept未分配新GUTI 无过程6 7连接态TAU完成后 不释放NAS信令连接 UE发起TAU请求 核心网回复TAU消息 切换概述 切换的含义及目的当正在使用网络服务的用户从一个小区移动到另一个小区 为了保证通信的连续性和服务的质量 系统要将该用户与原小区的通信链路转移到新的小区上 这个过程就是切换 切换分类同一个eNB内的切换基于X2口的切换基于S1口的切换切换判决准备 测控及测报基站根据不同的需要利用移动性管理算法给UE下发不同种类的测量任务 在RRC重配消息中携带MeasConfig信元给UE下发测量配置UE收到配置后 对测量对象实施测量 并用测量上报标准进行结果评估 当评估测量结果满足上报标准后向基站发送相应的测量报告基站通过终端上报的测量报告决策是否执行切换切换步骤及作用切换准备 目标网络完成资源预留切换执行 源基站通知UE执行切换 UE在目标基站上连接完成切换完成 源基站释放资源 链路 删除用户信息 切换概述 eNB内的切换 eNB发送RRCCONNECTIONRECONFIGURATION消息发送给UE消息中携带切换信息mobilityControlInfo 包含目标小区ID 载频 测量带宽给用户分配的C RNTI 通用RB配置信息 包括各信道的基本配置 上行功率控制的基本信息等 给用户配置dedicatedrandomaccessparameters避免用户接入目标小区时有竞争冲突UE按照切换信息在新的小区接入 向eNB发送RRCCONNECTIONRECONFIGURATIONCOMPLETE消息 表示切换完成 正常切入到新小区 切换概述 eNB内切换信令流程 基于X2口的切换 两个eNB之间切换 MME不变 切换命令同eNB内部切换 携带的信息内容也一致 基于S1接口的切换 两个eNB之间的切换同时完成与eNB建立S1接口承载的两个MME的切换 即跨MME的切换其他基于S1接口切换的应用场景 SONFEMETO没有X2接口 也基于S1接口进行切换切换命令同eNB内部切换 携带的信息内容也一致 CSFB方案概述 CSFB为国际漫游提供语音业务 单待终端开机优选LTE网络驻留 话音等业务通过CSFB技术回落到电路域执行 业务结束后 再返回LTE网络数据业务无需回落 由LTE直接承载短信业务无需回落 通过SGs接口将短信路由至LTE网络 当UE附着和驻留LTE网络时 为了接收被叫和使用短信业务 必须通过SGs接口执行联合附着和联合位置更新 在CS域保存有注册状态及位置信息 LTE UE MME MSC 2G 3G核心网 EPC HLR HSS SGs MME映射出MSC 联合附着流程 CSFB开机联合附着和位置区更新流程 联合位置区更新流程 CSFB为国际漫游提供语音业务 UE向MME发起CSFBMO请求 若终端处于空闲态需先建立RRC连接 MME要求eNodeB对UE进行CSFB回落 eNodeB指示UE重定向到2 3G网络R8重定向 RRCRelease消息中的重定向字段包含GSM频点信息 UE搜索GSM频点 同步GSM小区 UE读取GSM系统消息 注 若R9重定向无此步骤 若UE开机联合位置更新时TA对应LA同回落后LA不同 需执行LAU流程 UE在2 3G网络发起MO呼叫请求 且UE会向网络上报CSFBMO标签 主叫流程 SGs CSFB主叫信令流程 在LTE网络 用户按键后 UE发起回落请求 由LTE网络指引回落 无需经过SGs接口回落2 3G网络后 主叫流程与传统电路域流程相同 CSFB被叫信令流程 CSFB为国际漫游提供语音业务 呼叫路由至联合位置更新的MSC 通过SGs接口转至LTE网络下发寻呼 UE响应寻呼后 由LTE网络指引 测量搜索合适的2G小区UE回落2G网络后 被叫流程与传统电路域流程相同 主叫交换机向被叫归属HLR查询路由 呼叫路由到联合位置更新的MSC MSC通过SGs接口在LTE网络寻呼UE UE在LTE网络相应寻呼发起CSFB请求 被叫流程 MME要求eNodeB对UE进行CSFB回落 eNodeB下发重定向指引UE回落2G网络 UE与目标2G小区同步 读取广播 其中可缓读广播消息13 缩短起呼时延 UE响应寻呼 并上报CSFBMT标签 建立被叫通路 主要内容 LTE信令基础知识LTE无线信令基本流程路测软件对简单信令的分析 路测软件分析开机入网 RRC连接建立概述 RRC连接建立就是建立SRB1的过程 RRC连接建立原因值选取和NAS过程的类型有关 不同的NAS过程对应到不同的RRC连接建立原因 RRC连接建立信令流程 携带SRB1资源配置的详细信息 RRCCONNSETUPREQ消息解析 映射位置 上行控制信道 MME标识 建立原因 主叫初始RRC RRCCONNSETUP消息解析 映射位置 下行控制信道 建立SRB RRCCONNSETUPCMP消息解析 ULDCCH 包含UE注册信息 NAS层消息 初始直传 RRC连接建立完成 UE选中的PLMN在SIB1中序号值 第一条NAS信令 S1接口初始直传消息 RRC连接建立后 eNodeB收到RRCConnectionSetupComplete 承载第一条上行NAS消息 消息后 eNodeB应该激活NAS传输进程 将此第一条ULNAS消息用INITIALUEMESSAGE消息向MME发送 触发S1信令连接建立 INITIALUEMESSAGE就携带了 EMM ATTACHREQ 消息 ESM PDNCONNECTIVITYREQ 消息 第一条ULNAS消息 INITIALUEMESSAGE消息解析 1 包含NAS和AS的安全参数 组成GUTI MME用来在HSS中查询用户签约信息 PDN连接的IP类型 INITIALUEMESSAGE消息解析 2 请求类型 初始附着 PLMNI TAC组成TAI 帮助MME生成有效TAI列表 小区标识 PLMNI CI组成CGI 鉴权和NAS加密 NAS过程是核心网和UE之间的交互过程 包括鉴权 安全模式过程 Identity过程等 鉴权流程的作用是派生一套新的密钥 安全模式流程的作用就是使根据新密钥产生的安全上下文生效 Identity等过程是核心网向UE获取相关信息 NAS过程对eNodeB就是体现为上下行直传消息 除了在S1FLEX和MOCN网络中需要选择正确的核心网节点 无需太多处理 鉴权 NAS加密 直传消息 鉴权 加密 实例 Uu口跟踪 S1口跟踪 UE在接入网侧发起建立后 核心网会请求建立初始上下文接入 初始建立上下流程会建立UE的默认承载 Defaultbearer 根据协议 TS23 401 要求 当UE首次接入PDN后 核心网需要为其分配第一条承载 此承载会一直存在 直至UE与PDN断链 此承载被称为默认承载 与之相对 在建立了默认承载后 相同的PDN与UE建立的其他承载都被称为专用承载 Dedicatedbearer 初始上下文建立 在MME接收到CONTEXTSETUPRESPONSE之前 EPC必须做好在E RAB上接收用户数据的准备 InitialContextSetupRequest消息解析 1 消息解析 1 MME中UE的S1接口标识 ENODEB中UE的S1接口标识 下上行的UE的N GBR的累计最大比特速率 UE的无线接入承载标识 在ERAB持续时间保持一样 消息解析 2 InitialContextSetupRequest消息解析 2 QOS等级标识 取值1 9 ARP优先级E RAB请求的抢占能力E RAB被抢占的难易程度 UE支持的加密和完整性保护算法 切换受限列表 无线网络层地址信息 RRCSecurityModeCommand消息解析 UE能力信息报告 UE能力 支持EUTRA UE能力 CAT5 UE支持的并发激活ROHC上下文的最大数量 通过此流程 UE根据eNodeB下发的RRC重配置空口消息 用于配置SRB2和默认承载DRB 并向eNodeB上报RRC重配置完成空口消息 RRC连接重配置 此流程也对应E RAB建立中的无线承载管理 没有单独的信令 而是使用RRC连接重配置消息实现无线承载管理中eNodeB与UE的交互 RRC连接重配置消息解析 INITIUECONTEXTSETUPRSP消息解析 消息解析 开机入网实例 Uu口跟踪 S1口跟踪 系统消息解析SystemInformation解析 SystemInformation消息里 包含了小区选择和接入相关的barring参数 无线资源相关的公共参数 各个物理信道 上行功率控制 UE侧定时器和计数器的相关配置信息等 该消息展开图如下所示 小区选择和接入相关的barring参数 RadioResourceConfigCommon配置参数 BCCH信道配置 PCCH信道配置信息 PRACH配置信息 PDSCH信道配置信息 PUSCH配置信息 PUCCH信道配置 上行功率控制配置信息 UE侧相关计时器和计数器 SIB1的消息主要携带PLMN网络标识 小区驻留 cellbarrde 小区重选等信息 系统消息解析SystemInformationBlocktype1解析 MCC连接小区所在的移动国家码 MNC连接小区所在的移动网络码 CellIdentity为小区标识 Cellbarred为小区禁止接入指示 enumerate Barred NotBarred 对应0 1 IntraFreqReseletion为否可以同频小区重选的指示 enumerate allowed notAllowed 对应值0 1 q RxlevMin为eUTRAN小区选择所需要的最小接收电平 140 44 dBmstep2dBm 对应0 48 计算方式D P 140 2 q RxlevMinOffset小区选择所需要的最小接收电平偏移 2 16dBstep2dB 对应1 8 前后对应计算D P 2 P Max指示UE最大允许的发射功率 一般为23dBm freqbandIndicator载频所在的频段指示 参见右表 TD LTE中 在满足切换判决条件后 由UE向eNodeB上报测量报告 由eNodeB判决是否执行切换 通过RRCConnectionReconfiguration向UE发送切换命令 UE完成配置后向eNodeB反馈RRCConnectionReconfigurationComplete消息完成切换 切换信令解析 切换信令解析MeasurmentReport信令解析 UE通过测量报告上报本小区的RSRP RSRQ值 以及目标小区的PCI RSRP RSRQ信息 以供eNodeB判决是否执行切换 右图中换算成真实的RSRP计算方式为 RSRP Range 140 以目标小区RSRP计算为例 其RSRP值为64 1