LTE基本信令流程

1、p模块模块1 LTE1 LTE概述概述p模块模块2 LTE2 LTE基本原理及关键技术基本原理及关键技术p模块模块3 LTE3 LTE基本信令流程基本信令流程p模块模块4 LTE4 LTE覆盖问题优化覆盖问题优化p模块模块5 5 接入问题优化接入问题优化p模块模块6 6 小区选择和重选问题优化小区选择和重选问题优化p模块模块7 7 切换问题优化切换问题优化p模块模块8 8 功率控制问题优化功率控制问题优化课程目标课程目标课程目标 熟悉LTE空口协议介绍 熟悉开机附着/去附着 熟悉Service Request流程 熟悉寻呼流程 熟悉TAU流程 熟悉切换流程 熟悉专用承载建立流程课程内容LTE空

2、口协议介绍开机附着/去附着UE发起Service Request流程寻呼流程TAU流程切换流程专用承载流程LTE系统架构peNode B间的接口MME / S-GWMME / S-GWX2S1pMobility ManagementpServing GatewaypMME/SGW 与 eNode B的接口EPCE-UTRANEPSeNode BX2X2eNode BeNode BUuUEp Evolved Packet System EPSp Evolved Packet Core EPCLTE/SAE系统结构演进SGi S4 S3 S1-MME PCRFS7 S6a HSSS10 UEGER

3、AN UTRAN SGSN LTE-Uu E-UTRAN MMES11 S5 Serving Gateway PDN Gateway S1-U Operators IP Services(e.g. IMS, PSS etc.)Rx+ q 网络结构扁平化q E-UTRAN只有一种q 网元E-Node Bq 全IPq 媒体面控制面分离q 与传统网络互通LTE网元功能MMEServing GWPDN GWE-Node B NAS信令以及安全性功能 3GPP接入网络移动性导致的CN节点间信令 空闲模式下UE跟踪和可达性 漫游 鉴权 承载管理功能（包括专用承载的建立） 支持UE的移动性切换用户面数据的功

4、能 E-UTRAN空闲模式下行分组数据缓存和寻呼支持 数据包路由和转发上下行传输层数据包标记基于用户的包过滤合法监听IP地址分配上下行传输层数据包标记DHCPv4和DHCPv6（client、relay、server）具有现3GPP Node B全部和RNC大部分功能，包括：物理层功能MAC、RLC、PDCP功能RRC功能资源调度和无线资源管理无线接入控制移动性管理LTE协议结构 信令流数据流E-Node BPHYUEPHYMACRLCMACMMERLCNASNASRRCRRCPDCPPDCPAPPUDPGTPUIPS1APSCTPSGWIPUDPGTPUIPSCTPS1APX2AP控制面协议

5、架构UEeNode-BMME控制面协议架构UEeNode-BMMERRC 子层执行的功能: 广播 寻呼 链接管理 无线承载控制 移动性UE测量上报和控制PDCP 子层执行的功能: 加密和完整性保护NAS 子层执行的功能: 认证、鉴权 安全控制 Idle 模式移动性处理 Idle 模式寻呼发起用户面协议架构UEeNode-BMMESAE Gateway用户面协议架构UEeNode-BMMESAE GatewayRLC 子层执行的功能: PDU传输ARQ 包的组合和拆分PDCP 子层执行的功能: 头压缩 加密MAC 子层执行的功能: 调度 HARQ 逻辑信道优先级处理 PDU组包和解复用物理层(L

6、1)执行的功能： 无线接入功率控制 MIMOEPS承载业务架构承载概念GBR/ Non-GBR 承载：在承载建立或修改过程中通过例如eNode B接纳控制等功能永久分配专用网络资源给某个保证比特速率（Guaranteed Bit Rate，GBR）的承载，可以确保该承载的比特速率。否则不能保证承载的速率不变则是一个 Non-GBR 承载默认承载（Default Bearer）：一种满足默认QOS的数据和信令的用户承载，提供尽力而为的IP连接。默认承载为Non-GBR 承载。默认承载为UE接入网络时首先建立的承载，该承载在整个PDN连接周期都会存在，为UE提供到PDN的“永远在线”的IP连接。专

7、用承载：对某些特定业务所使用的SAE承载。一般情况下专用承载的QOS比默认承载高，专用承载可以是GBR或Non-GBR 承载。连接概念Uu空口(X1)：UE与eNode B之间的空中接口。S1接口： eNode 与EPC之间的接口。UE-associated logical S1-connection：UE相关S1逻辑连接，对于某个UE-associated logical S1-connection在MME侧用MME UE S1AP ID 标识，在 eNB侧用eNB UE S1AP ID 标识，此连接可能在S1 UE context 建立之前存在。NAS signalling connect

8、ion：NAS信令连接，是UE与MME之间端到端的连接，NAS信令连接包括“LTE-Uu”空口的RRC连接和S1口的S1 AP连接。课程内容LTE空口协议介绍开机附着/去附着UE发起Service Request流程寻呼流程TAU流程切换流程专用承载流程开机附着开机附着NAS信令连接建立建立RRC 建立S1连接Attach Request RRCConnectionSetupComplete、InitialUEMessage把NAS消息Attach Request发送到EPC。InitialContextSetupRequest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

9、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attach request消息带给核心网的，核心网再通过该消息送给eNB。UE Capability Enquiry如果消息InitialContextSetupRequest带了UE Radio Capability IE，则eNB不会发送UECapabilityEnquiry消息给UE，否则会发送，UE上报无线能力信息后，eNB再发UE Capability Info Indication给核心网上报UE的无线能力信息。UECapability Enquiry 带如果消息InitialContextS

10、etupRequest带了UE Radio Capability IE，则eNB不会发送UECapabilityEnquiry消息给UE。LTE中的密钥体系 密钥体系Distribution of authentication dataAuth authentication vector四元组：RAND、AUTN、XRES、KASME3G：AV五元组：RAND、AUTN、XRES、CK、IK MME HE Authentication data request IMSI, SN identity, Network Type Type Authentication data response E

11、PS-Authentication Vector (s) V LR/SG SN H E Authentication data request IM SI Authentication data response AV (1.n) 鉴权UE收到Authentication Request消息后，首先验证AUTN的新鲜性，如果验证通过，则完成了UE对MME的认证，认为接入的网络是可信任的。USIM计算出RES。UE响应包括RES的Authentication Response消息。MME检查RES和XRES是否一致，如果一致，则完成了MME对UE的认证，认为该UE是合法的。 ME/USIM MM

12、E User authentication request (RAND, AUTN, KSIASME) User authentication response (RES) 安全模式命令 NAS层安全模式命令 MME和UE两端协商NAS算法 计算NAS完整性保护密钥和加密密钥 AS层安全模式命令 eNB和UE两端协商AS算法 计算NAS完整性保护密钥和加密密钥NAS安全模式命令MME根据UE上报的安全能力，选择NAS层使用的加密算法和完整性保护算法。MME向UE发送NAS安全模式命令消息 U E M M E N A S Security M ode C om m and (eK SI, U E

13、 sec capabilities, C iphering algorithm , Integrity algorithm , IM E ISV request, N O N C EU E, N O N C EM M E , N A S-M A C ) V erify N A S SM C integrity. If succesful, start ciphering/ deciphering and integrity protection and send N A S Security M ode C om plete. Start uplink deciphering Start in

14、tegrity protection N A S Security M ode C om plete (IM E ISV , N A S-M A C ) Start dow nlink ciphering AS安全模式命令AS层安全模式命令过程由eNB发起发送Security Mode Command，该消息被完整性保护，发送该消息后，启动下行方向对RRC消息和用户数据加密保护UE进行完整性校验 UE eNB AS Security Mode Command (Integrity algorithm, Ciphering algorithm, MAC-I) AS Security Mode C

15、omplete (MAC-I) Verify AS SMC integrity. If succesful, start RRC integrity protection, RRC/UP downlink deciphering, and send AS Security Mode Complete. Start RRC/UP uplink ciphering Start RRC/UP uplink deciphering Start RRC integrity protection Start RRC/UP downlink ciphering NAS信息发送 UL Information

16、Transfer(UU) Uplink NAS Transport(S1) DL Information Transfer(UU) Downlink NAS Transport(S1)非关机去附着流程:RRC_IDLE（1）非关机去附着流程:RRC_IDLE（2）去附着流程: RRC_CONNECTED（非关机） 非关机去附着，则会收到MME的Detach Accept响应消息和eNB的RRC Connection Release消息.关机去附着流程附着/去附着跟踪信令非关机去附着过程（RRC_CONNECTED）课程内容LTE空口协议介绍开机附着/去附着UE发起Service Request

17、流程寻呼流程TAU流程切换流程专用承载流程UE发起的Service Request过程 UE发起的Service Request过程 课程内容LTE空口协议介绍开机附着/去附着UE发起Service Request流程寻呼流程TAU流程切换流程专用承载流程寻呼流程 MME触发寻呼寻呼流程 系统消息改变触发寻呼 PAG ING UE eNB 课程内容LTE空口协议介绍开机附着/去附着UE发起Service Request流程寻呼流程TAU流程切换流程专用承载流程TAU流程 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TAU request消息中设置an “active

18、”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。 如果TAU accept分配了一个新的GUTI，则UE需要回复TAU complete，否则不用回复。TAU流程：RRC_IDLE不设置“active”标识（1）TAU流程：RRC_IDLE不设置“active”标识（2）TAU流程：RRC_IDLE不设置“active”标识（3）TAU流程：RRC_IDLE设置“active”标识（1）TAU流程：RRC_IDLE设置“active”标识（2）TAU流程：RRC_IDLE设置“active”标识（3）TAU流

19、程：RRC_CONNECTED发起的流程TAU流程：RRC_CONNECTED发起的流程课程内容LTE空口协议介绍开机附着/去附着UE发起Service Request流程寻呼流程TAU流程切换流程专用承载流程切换 LTE测量 测量事件 测量建立 测量报告 Intra-eNB HandOver：同一基站内不同小区间切换流程 Inter-eNB HandOver：不同基站间小区切换 S1 Based Handover：基于S1接口切换流程 X2 Based Handover：基于X2接口切换流程LTE测量测量事件 A1事件：服务小区质量高于一个绝对门限 A2事件：服务小区质量低于一个绝对门限 A3事件：邻区比服务小区质量高于一个绝对门限， A4事件：邻区质量高于一个绝对门限 A5事件：服务小区质量低于一个绝对门限1，且邻区质量高于一个绝对门限2 B1事件：异系统邻区质量高于一个绝对门限 B2事件：服务小区质量低于一个绝对门限1且异系统邻区质量高于一个绝对门限2LTE测量 测量建立：RRC连接建立后，与承载UE上下文建立消息的第一次RRCConnection Reconfiguration消息一起下发LTE测量 测量报告：UE通过Measurement Report发送测量结果Intra-eNB HandOv