EPC初始附着流程

1、EPC就是我们俗称的4G核心网，通过EPC初始附着流程，终端用户可以完成到4G网络的注册登记、EPS缺省承载建立等一系列过程，进而访问4G网络中的各种业务。因此，对于通信从业技术人员来说，详细了解EPC初始附着流程是非常必要的。本文就将详细介绍EPC初始附着流程的详细过程。我们将直奔主题，因此，您可能需要了解一些EPC的基础知识，我们爱立信学院也有相应的课程，欢迎咨询。首先需要澄清一个基本概念，在3GPP规范中的说法实际上叫做E-UTRAN初始附着流程，为了更方便表达以及用更口语化的方式来交流，并且强调咱们今天的讲座更偏重于核心网侧，我们就用EPC初始附着流程来表示。EPC初始附着流程是在3G

2、PP规范TS23.401里定义的。先来看看规范里是如何描述的：UE1AttactiOld1型E/SGSN£碗ngCWPCrJGWPdRF|3nawMME2AttachRequesiEiFt4Icerti4.Icertii-ww5a,Ault.3Identific；SioniReque=1IctertificaicinRespon;&1w_h臼寸sEtionSMlAjb.I但Mil：即；11血感£白口多FI.IEidentfl.fitCohered0BSiphere'd0ptionsRequestptionsRespw&*旧JDeleteSess7PC

3、EFInitiate1IP-2AM5z±5K17+，丁|一,L*J3tTZTonResponseTUTT9匹沔论LnCanc&lLocaticnAd(11.UpdateLdHstionA小.12CrEataSe笠i甲Requ七st13.Cr&3teSegionRequesi二二二l-ti=t-IFCAM-上E»Uti&tinwiLModif*1rillorft17InitialConrted£加1氏Cr&ateSeCrgatg瓢sonResponseFirstDcwilinrDatailfnothwngerupRequa*orDow

4、nlin<MA.SIransportwithAltachAccept.18RR匚C匚门19.RRCConfeciioriReconfiguration口RRCLKedTranteriecbonRec&nfiuralinO&nplsl21.Df&tTnsler*22.-ttachT'口击己nlinhDjta20.initial2om1氏£!23f.iodt,Be;i24.M口时Etf哥ResponseFietDr&(1SMu口RespotsererRequesterRequesterRespocE5彻ModfyEm出,_.2&篁11

5、Rg邺口宣良图1:3GPP规范所定义的E-UTRAN初始附着流程从图1可以看出，规范定义了一个大而全的EPC初始附着流程。但实际上有很多步骤在国内的运营商网络中并没有商用。例如5b中的IMEI检测、第6步中的加密选项请求等。因此，我们今天稍作整理，为大家介绍一个更贴近中国运营商商用网络的EPC初始附着流程。需要说明的是，UE发起的初始附着请求中包含的身份标识可以是IMSI或OldGUTI,规范中介绍的是以OldGUTI为身份标识发起的附着流程，我们下面则要介绍的是基于IMSI的EPC初始附着流程。二者的主要区别是如果UE以OldGUTI发起附着，则新MME需要向老MME(或SGSN)查询用户的

6、IMSI以用于后续的鉴权过程，即图中的第3、4步。剩余步骤基本相同。下面我们就来看看UE身份标识为IMSI的EPC初始附着流程。EPC初始附着流程(I)riNA'S:AbHiKhit-tqLrESE01.nIniirn!骑.A|SM：birwtfnlrmHA11anaporif)1A寓JLciMUEIiciatMWi羽1) UE通过发出NAS层附着请求消息来发起初始注册流程。该消息包含了UE和网络侧交互的很多重要信息。主要包括：-UE的身份信息：IMSI或GUTI- UE从哪里来：即最近访问的TAI。如果用户使用IMSI发起附着，则该用户有可能是刚开户的4G用户，因此最近访问的TAI中

7、的TAC用一个特殊的值fffe来表示。- UE的能力信息：比如UE所支持的完整性保护算法及加密算法、是否支持SRVCC、支才I的23G语音编码信息等。- UE的附着请求类型：EPS附着或联合附着- UE的语音业务偏好：例如是首选VoLTE还是首选CSFB等。除此以外，由于4G网络用户永久在线的特点，也就是用户开机附着阶段会自动建立到某个缺省PDN网络的连接并得到一个访问该PDN网络的地址，这样用户可以随时访问该PDN网络中的业务。因此，在UE附着请求消息中，还包含了PDN连接建立请求流程，该流程的信息包含在ESMMessageContainer这个容器中，包含了建立缺省PDN连接及EPS缺省承

8、载的信息：如请求的PDN类型、EBI及PDN连接请求类型等。需要注意的是，建立缺省承载所需要的缺省APN及Qos信息通常由HSS定义，并不由UE直接提供。2) eNodeB将NAS消息封装在S1AP的InitialUEMessage消息中透明传送给MME。并且eNodeB将用户当前的位置信息E-CGI报告给MME。3) MME通过Diameter信令网，发送鉴权请求给HSS,携带IMSI、服务网络标识、接入网类型等参数。请求从HSS获取EPS鉴权向量4元组。MME中最多可以保存5组鉴权向量组，当保存的鉴权向量组用完后，MME需要向HSS请求新的鉴权向量组。4) HSS返回鉴权向量4元组：RAN

9、D、AUTN、KASMEXRES给MME用于后续的鉴权及安全功能流程。其中：- RAND是网络提供给UE的不可预知的随机数。- AUTN的作用是提供信息给UE,使UE可以用它来对网络进行鉴权。- XRES是期望的UE鉴权响应参数。用于和UE产生的RES进行比较，以决定鉴权是否成功。- KASME是根据CK/IK推演得到的一个根密钥。5) MME向UE发起鉴权请求，将RAND和AUTN参数发给UE。6) eNodeB将NAS消息鉴权请求封装在S1AP消息DownlinkNASTransport中通过空口发送给UE。7) UE根据AUTN完成对网络侧的鉴权。如果UE对网络侧鉴权成功，UE将继续根据

10、随机数RAND计算出鉴权结果RES,向MME返回鉴权响应。8) eNodeB将鉴权响应消息封装在S1AP消息UplinkNASTransport里发送给MME。MME将UE返回的RES与本地彳存的XRES进行比对，如果相同，则鉴权通过。接下来，MME可根据需要，发起NAS层的加密和完整f保护流程。NAS层加密及完整性保护所需的秘钥可通过鉴权向量组中的Kasme派生出来。如果MME决定需要发起加密和完整性保护流程，MME向UE发送NAS消息SecurityModeCommand。第9)到12)步完成NAS消息的加密和完整性保护过程。至此，鉴权及安全性管理相关的流程结束。13) MME接下来向HS

11、S发起位置更新流程，向HSS发送UpdateLocationRequest消息，消息包含MMEID、IMSI等信息。14) HSS侧完成用户的位置登记，向MME返回UpdateLocationAnswer消息进行确认。该消息还包含UE的签约数据，包括4G签约状态、签约的APN、签约APN相关的Qos、缺省APN等。如果换做2/3G分组域的附着流程，网络侧此时将给UE发送附着接受消息并完成附着流程。但4G中，前面提到还需要在初始附着阶段为用户建立一个缺省PDN连接及EPS缺省承载。因此，接下来，MME还将发起EPS缺省承载的建立过程。15) MME根据用户当前TAI构建TAI-FQDN查询DNS

12、得到SGW的IP地址，通过缺省APN构建APN-FQDN查询DNS得到PGW的IP地址。MME根据本地策略选择最优的SGW与PGW的组合，完成SAE-GW的选择过程。?5iH&$；Arxh.Jil'5L'”7n-£ir，HGT阳mL盹HnCk于gpcrf+，1，H息&Al?ii!hi.!L2rwMSflKiTfM-rt-.£不一!，！LWTjkPrhi怪山U口nteat寻呼JBH1A.RUplwitaUS.1|WiAllftthC-0cnaJWeEPC初始附着流程(II)16) MME向S-GW发送CreateSessionRequest消息

13、请求建立缺省承载，消息包含APN、MME侧控制平面地址及TEID、缺省承载Qos、PGW地址等信息。17) SGW根据MME所提供的PGW地址，向PGW发送CreateSessionRequest消息请求建立缺省承载，消息包含APN、SGW侧控制和用户平面地址及TEID、缺省承载Qos等信息。18) PGW向PCRF发送CCR-Initial消息，申请建立EPS缺省承载的管控规则。19) PCRF向P-GW返回CCA-Initial消息，包含建立EPS缺省承载的管控规则、经过确认的EPS承载Qos等参数。20) PGW为该UE创建EPS缺省承载，向SGW返回CreateSessionRespo

14、nse消息，包含分配给PGW侧控制及用户平面地址/TEID、分配给UE的IP地址、EBI、建立缺省承载的Qos等参数。21) SGW向MME返回CreateSessionResponse消息，包含SGW侧的控制及用户平面地址/TEID、分配给UE的IP地址、EBI、建立缺省承载的Qos等参数。S1及空口的承载。至此，EPS缺省承载的核心网部分已经建立完毕，接下来将建立22) MME向UE发送附着接受消息，包含T3412周期性TA更新计时器、TA列表、分配给用户的身份标识GUTI、已及PGW分配的UEIP等信息。其中，新分配的GUTI可作为该用户的临时身份标识，用于在后续的NAS信令流程中UE与

15、网络侧的通信，以保护IMSI不被窃取。该NAS消息被封装到InitialContextSetupRequest消息中发给eNodeB,请求eNodeB分配无线资源，建立E-RAB承载。在InitialContextSetupRequest消息中，包含了需要建立的E-RAB承载列表、SGW侧S1-U接口的TEID和IP地址等关键信息。23)eNodeB发送RRC连接重配置消息给UE,包含透传的接受消息等信息，并分配资源建立空口承载。24) eNodeB向MME返回InitialContextSetupResponse消息，消息携带eNodeB的S1-U接口TEID以及用于S1-U数据下行传输的IP地址。25) UE将附着完成消息封装到空口直传消息中发送给eNodeB。由于此时UE已经获得访问PDN网络的地址，UE可以发送上行数据报文到eNodeB,eNodeB可以将上行用户数据报文封装到S1-U隧道中发送给SGW。26) eNodeB将附着完成消息