空口协议及信令流程

移动通信教学目标

通信人才网

移动通信教学内容

通信人才网

移动通信

LTE系统架构eNode

B间的接口MME

/

S-GWMME

/

S-GWX2S1Mobility

ManagementServing

GatewayMME/SGW

与eNode

B的接口EPCE-UTRANEPSeNode

BX2X2eNode

BeNode

BUuUEEvolved

Packet

System

–

EPSEvolved

Packet

Core

–

EPC通信人才网

SGi

S4S3S1-MMEPCRFS7S6aHSSS10UEGERANUTRANSGSNLTE-UuE-UTRANMMES11S5ServingGatewayPDNGatewayS1-UOperator's

IP

Services(e.g.

IMS,

PSS

etc.)Rx+网络结构扁平化E-UTRAN只有一种网元—E-Node

B全IP面控制面分离与传统网络互通移动通信

LTE/SAE系统结构演进通信人才网

移动通信

LTE网元功能MMEServing

GWPDN

GWE-Node

BNAS信令以及安全支持UE的移动性切基于用户的

滤具有现3GPP

Node

B性功能换用户面数据的功能合法全部和RNC大部分功3GPP接入网络移动性导致的CN节点间E-UTRAN空闲模式下行分组数据缓存和IP地址分配上下行传输层数据能，包括：物理层功能信令寻呼支持包标记MAC、RLC、空闲模式下UE数据包路由和转发DHCPv4和DHCPv6PDCP功能和可达性上下行传输层数据包（client、relay、RRC功能漫游标记server）资源调度和无线资鉴权源管理承载管理功能（包无线接入控制括

承载的建立）移动性管理通信人才网

信令流数据流E-NodeBPHYUEPHYMACRLCMACMMERLCNASNASRRCRRCPDCPPDCPAPPUDPGTPUIPS1APSCTPIPSGWGTPUUDPIPSCTPS1APX2AP移动通信

LTE协议结构通信人才网

移动通信

控制面协议架构eNBPHYUEPHYMACRLCMACMMERLCNASNASRRCRRCPDCPPDCPUEeNode-BMME通信人才网

eNBPHYUERLCMACMMERLCNASNASRRCRRCPDCPPDCPRRC

子层执行的功能:广播寻呼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PHYNAS

子层执行的功能:认证、鉴权安全控制Idle

模式移动性处理Idle

模式寻呼发起移动通信

控制面协议架构UEeNode-BMME通信人才网

移动通信

用户面协议架构UEeNode-BMMEUEPDCPeNBPDCPRLCRLCMACMACPHYPHYSAE

Gateway通信人才网

移动通信

用户面协议架构UEeNode-BMMEPHYPHYMACRLCMACPDCPPDCPRLCSAE

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(L1)执行的功能：无线接入功率控制MIMOUE

eNB通信人才网

移动通信

EPS承载业务架构P-GWS-GWPeerEntityUEeNBEPS

BearerRadio

BearerS1

BearerEnd-to-end

ServiceExternal

BearerRadioS5/S8InternetS1E-UTRANEPCGiE-RABS5/S8

Bearer通信人才网

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

分配

网络资源给某个保证比特速率（GuaranteedBit

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（DefaultBearer）：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“”的IP连接。承载：对某些特定业务所使用的SAE承载。一般情况下承载的QOS比默认承载高， 承载可以是GBR或Non-GBR

承载。移动通信

通信人才网

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-associatedlogical

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

S1APID

标识，此连接可能在S1

UE

context

建立之前存在。NAS

signallingconnection：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。移动通信

通信人才网

移动通信教学内容

通信人才网

移动通信开机附着

通信人才网

移动通信开机附着

通信人才网

NAS信令连接建立建立RRC连接建S1连接移动通信

通信人才网

Attach

RequestRRC

plete、InitialUEMessage把NAS消息Attach

Request发送移动通信

通信人才网

移动通信

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

网的，

网再通过该消息送给eNB。通信人才网

移动通信

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

网上报UE的无线能力信息。通信人才网

UECapability

Enquiry带如果消息InitialContextSetupRequest带了UERadio

Capability

IE，则eNB不会发送UECapabilityEnquiry消息给UE。移动通信

通信人才网

LTE中的密钥体系密钥体系USIM

/

AuCUE

/MMEKASMEKKUPencKeNB

/

NHKNASintUE

/HSSUE

/eNBKNASencCK,

IKKRRCintKRRCenc移动通信

通信人才网

Distribution

of

authentication

dataAuth

authenticationvector四元组：RAND、AUTN、XRES、KASMEMME

HEAuthentication

datarequestIMSI,

SN

identity,

Network

TypeAuthentication

dataresponseEPS-Authentication

Vector(s)3G：AV五元组：RAND、AUTN、XRES、CK、IKVLR/SGSN

HEAuthentication

data

requestIMSIAuthentication

data

responseAV(1..n)移动通信

通信人才网

鉴权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。UE收到AuthenticationRequest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

任的。ME/USIMMMEUser

authenticationrequest(RAND,

AUTN,

KSIASME)Userauthenticationresponse

(RES)移动通信

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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移动通信

通信人才网

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UEVerify

NAS

SMC

integrity.If

succesful,

start

ciphering/deciphering

and

integrityprotection

and

send

NASSecurity

Mode

Complete.Start

uplinkdecipheringMMEStart

integrityprotectionNAS

Security

Mode

Command

(eKSI,

UE

sec

capabilities,Ciphering

algorithm,

Integrity

algorithm,[IMEISV

request,]

[NONCEUE,

NONCEMME,]

NAS-MAC)NAS

Security

Mode

Complete

([IMEISV,]NAS-MAC)Start

downlink

ciphe移动通信

通信人才网

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

RRC消息和用户数据加密保护UE进行完整性校验UEAS

Security

Mode

Command

(Integrity

algorithm,

Ciphering

algorithm,MAC-I)AS

Security

Mode

Complete

(MAC-I)Verify

AS

SMC

integrity.If

succesful,

start

RRC

integrityprotection,

RRC/UP

downlinkdeciphering,

and

send

AS

SecurityMode

Complete.StartRRC/UPuplink

cipheringStart

RRC/Uuplink

decipherieNBStart

RRCintegrity

protectionStart

RRC/UPdownlink

cipherinn移动通信

通信人才网

NASUL

Information

Transfer(UU)Uplink

NASTransport(S1)DL

Information

Transfer(UU)Downlink

NAS

Transport(S1)移动通信通信人才网

移动通信

非关机去附着流程:RRC_IDLE（1）通信人才网

移动通信

非关机去附着流程:RRC_IDLE（2）通信人才网

去附着流程:RRC_CONNECTED（非关机）UEeNBEPC1.

ULInformationTransfer(包含Detach

request消息)2.

UPLINK

NAS

TRANSPORT（包含Detach

request消息）the

EPS

capabilityof

the

UE

isdisabled本地清空所有EPS承载和RB资源本地清空该UE的所有EPS承载和TEID资源3.

DOWNLINK

NAS

TRANSPORT(包含Detach

Accept消息)DLInformationTransfer（包含Detach

Accept消息）UECONTEXTRELEASE

COMMANDRRCConnection

ReleaseUECONTEXTRELEASE

COMPLETE非关机去附着，则会收到MME的DetachAccept响应消息和

eNB的RRC

ConnectionRelease消息.移动通信

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移动通信

关机去附着流程UEEPCeNB如果在IDLE下，先发起随机接入和RRC连接建立过程1.

NAS:

Detach

Request（Switch

off）用户关机，发起去附着本地清空所有EPS承载和RB资源本地清空该UE的所有EPS承载和TEID资源UE

Context

Release

CommandUE

Context

Release

Complete通信人才网

移动通信

附着/去附着

信令通信人才网

移动通信

非关机去附着过程（RRC_CONNECTED）通信人才网

移动通信教学内容

通信人才网

eNBMMEUEMSG1MSG2-Random

Access

ResponseRRCConnectionRequestRRCConnectionSetupRRCplete(Service

request)

INITIAL

UE

MESSAGERRCConnectionpleteINITIAL

CONTEXT

SETUPRESPONSE（Service

request）INITIAL

CONTEXT

SETUP

REQUESTUECapabilityEnquiryUECapabilityInformationUE

CAPABILITY

INFO

INDICATIONmandpleteRRCConnectionReconfiguration移动通信

UE发起的Service

Request过程通信人才网

移动通信

UE发起的Service

Request过程通信人才网

移动通信教学内容

通信人才网

寻呼流程MME触发寻呼UEEPCeNBNAS:

Paging

(S_TMSI)NAS:

Paging

(S_TMSI)同UE发起的service

request过程1～16UEEPCeNBNAS:

Paging

(IMSI)NAS:

Paging

(IMSI)同UE发起的attach

request过程1～19移动通信

通信人才网

寻呼流程系统消息改变触发寻呼PAGINGUEeNB移动通信

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移动通信教学内容

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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”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

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。移动通信

通信人才网

移动通信

TAU流程：RRC_IDLE不设置“active”标识（1）通信人才网

移动通信

TAU流程：RRC_IDLE不设置“active”标识（2）通信人才网

移动通信

TAU流程：RRC_IDLE不设置“active”标识（3）通信人才网

移动通信

TAU流程：RRC_IDLE设置“active”标识（1）通信人才网

移动通信

TAU流程：RRC_IDLE设置“active”标识（2）通信人才网

移动通信

TAU流程：RRC_IDLE设置“active”标识（3）通信人才网

移动通信

TAU流程：RRC_CONNECTED发起的流程通信人才网

移动通信

TAU流程：RRC_CONNECTED发起的流程通信人才网

移动通信教学内容

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切换LTE测量测量事件测量建立测量报告Intra-eNBHandOver：同一流程Inter-eNB

HandOver：不同内不同小区间切换间小区切换S1

Based

Handover：基于S1接口切换流程X2

Based

Handover：基于X2接口切换流程移动通信

通信人才网

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A

：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2B1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2移动通信

通信人才网

LTE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RRCConnectionReconfiguration消息一起下发移动通信

通信人才网

LTE测量测量报告：UE通过Measurement

Report发送测量结果移动通信

通信人才网

移动通信

Intra-eNB

HandOver（1）通信人才网

移动通信

Intra-eNB

HandOver（2）通信人才网

移动通信

Inter-eNB

X2

HandOver（1）通信人才网

Inter-eNB