LTE信令流程图(端到端平台)要点.pdf
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1、TDD-LTE 基本信令流程图 1 概述 本文主要针对TD-LTE端到端信令流程图进行分解,为端到端平台提供分析流程呈现依 据。由于部分流程无S1口信令支撑,当前根据相关文档进行的绘制,后续具备条件后进行 补充调整。 2 TDD-LTE 网络结构概述 LTE的系统架构分成两部分,包括演进后的核心网EPC (MME/S-GW )和演进后的接入 网 E-UTRAN 。演进后的系统仅存在分组交换域。 LTE接入网仅由演进后的节点B(evolved NodeB)组成,提供到UE 的 E-UTRA控制面与 用户面的协议终止点。eNB 之间通过X2接口进行连接,并且在需要通信的两个不同eNB 之 间总是会
2、存在X2 接口。 LTE接入网与核心网之间通过S1接口进行连接,S1接口支持多 多 联系方式。 与 3G 网络架构相比,接入网仅包括eNB一种逻辑节点,网络架构中节点数量减少,网 络架构更加趋于扁平化。扁平化网络架构降低了呼叫建立时延以及用户数据的传输时延,也 会降低 OPEX与 CAPEX 。 由于 eNB 与 MME/S-GW 之间具有灵活的连接(S1-flex) ,UE 在移动过程中仍然可以驻 留在相同的MME/S-GW 上,有助于减少接口信令交互数量以及MME/S-GW 的处理负荷。当 MME/S-GW 与 eNB之间的连接路径相当长或进行新的资源分配时,与 UE连接的 MME/S-G
3、W 也可能会改变。 eNB MME / S-GWMME / S-GW eNB eNB S1S1 S 1S 1 X2 X 2X 2 E-UTRAN 2.1 EPC 与 E-UTRAN 功能划分 与 3G 系统相比,由于重新定义了系统网络架构,核心网和接入网之间的功能划分也随 之有所变化,需要重新明确以适应新的架构和LTE的系统需求。针对LTE的系统架构,网络 功能划分如下图: eNodeB 功能: 1) 无线资源管理相关的功能,包括无线承载控制、接纳控制、连接移动 性管理、上 /下行动态资源分配/调度等; 2) IP头压缩与用户数据流加密; 3) UE附着时的MME 选择; 4) 提供到 S-G
4、W的用户面数据的路由; 5) 寻呼消息的调度与传输; 6) 系统广播信息的调度与传输; 7) 测量与测量报告的配置。 MME 功能: 1) 寻呼消息分发,MME 负责将寻呼消息按照一定的原则分发到相关的 eNB; 2) 安全控制; internet eNB RB Control Connection Mobility Cont. eNB Measurement Configuration & Provision Dynamic Resource Allocation (Scheduler) PDCP PHY MME Serving Gateway S1 MAC Inter Cell RRM R
5、adio Admission Control RLC E-UTRANEPC RRC Mobility Anchoring SAE Bearer Control Idle State Mobility Handling NAS Security 3) 空闲状态的移动性管理; 4) SAE承载控制; 5) 非接入层信令的加密与完整性保护。 服务网关功能: 1) 终止由于寻呼原因产生的用户平面数据包; 2) 支持由于 UE 移动性产生的用户平面切换。 2.2 E-UTRAN 接口的通用协议模型 E-UTRAN接口的通用协议模型如下图所示,适用于E-UTRAN相关的所有接口,即S1和 X2 接口。 E
6、-UTRAN接口的通用协议模型继承了UTRAN接口的定义原则,即控制面和用户面 相分离, 无线网络层与传输网络层相分离。继续保持控制平面与用户平面、无线网络层与传 输网络层技术的独立演进,同时减少了LTE系统接口标准化工作的代价。 Application Protocol Transport Network Layer Physical Layer Signalling Bearer(s) Transport User Network Plane Control PlaneUser Plane Transport User Network Plane Radio Network Layer D
7、ata Bearer(s) 2.3 S1 接口 S1接口是 MME/S-GW 网关与 eNB 之间的接口, S1接口与 3G UMTS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。 2.3.1 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。 GTP-U协议具备以下特点: 1) GTP-U协议既可以基于IPv4 /UDP 传输,也
8、可以基于IPv6/UDP传输; 2) 隧道端点之间的数据通过IP 地址和 UDP 端口号进行路由; 3) UDP头与使用的IP版本无关,两者独立。 S1用户面无线网络层协议功能: 1) 在 S1接口目标节点中指示数据分组所属的SAE接入承载; 2) 移动性过程中尽量减少数据的丢失; 3) 错误处理机制; 4) MBMS 支持功能; 5) 分组丢失检测机制; 2.3.2 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。 S1接口控制
9、面协议栈如下图所示: S1控制面功能: 1) SAE承载服务管理功能(包括SAE承载建立、修改和释放); 2) S1 接口 UE上下文释放功能; 3) LTE_ACTIVE状态下UE 的移动性管理功能(包括Intra-LTE 切换和 Inter-3GPP-RAT切换) ; 4) S1接口的寻呼; 5) NAS信令传输功能; 6) S1接口管理功能(包括复位、错误指示以及过载指示等); 7) 网络共享功能; 8) 漫游于区域限制支持功能; 9) NAS节点选择功能; 10)初始上下文建立过程; 11)S1接口的无线网络层不提供流量控制和拥塞控制功能。 2.4 X2 接口 X2 接口是 eNB 与
10、 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。 2.4.1 X2 接口用户平面 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。 2.4.2 X2 接口控制平面 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-A
11、P。 X2 接口应用层协议功能: 1) 支持 LTE_ACTIVE 状态下 UE的 LTE接入系统内的移动性管理功能; 2) X2接口自身的管理功能,如错误指示等; 3) 上行负荷管理功能。 2.5 S5 接口 S5接口是 S-GW和 P-GW 之间的接口,提供S-GW和 P-GW 间的用户面隧道和隧道管理 功能。 该接口点用于S-GW和 P-GW分设时, S-GW建立到 P-GW 的连接过程以及在用户移动 性管理中 S-GW重定位过程。 S8接口是在用户漫游的时候,VPLMN的 S-GW和 HPLMN 的 P-GW 间的参考点,它的功能和S5接口相同。 S5 接口的控制平面功能,主要包括承载
12、的建立、修改或释放,控制平面采用GTPv2-C 协议,遵循3GPP TS 29.274 ;用户平面采用GTPv1-U协议,遵循3GPP TS 29.281 2.6 S11 接口 S11 接口是 MME 和 S-GW 之间的参考点,用于支持移动性和承载管理流程,其功能跟 S4 接口的控制平面相似,包括承载的建立、修改或释放;或者用于修改用户承载的QoS 参 数修改;或者在有下行数据的时候,用于通知MME 需要寻呼空闲态的用户;或者在发生 InterRAT切换的时候,用于转变数据的转发方式,删除或者建立间接转发方式。 S11接口采用 GTPv2-C协议,遵循3GPP TS 29.274 。 3 附
13、着流程 3.1 正常附着流程 UEeNodeB MME attachRequest rrcConnectionRequest rrcConnectionSetup rrcConnectionSetupComplete ueCapabilityEnquiry ueCapabilityInformation UE Capability Info Indication securityModeCommand securityModeComplete attachAccept activateDefaultEpsBearerContextRequest activateDefaultEpsBearer
14、ContextAccept attachComplete rrcConnectionReconfiguration rrcConnectionReconfigurationComplete Initial UE message Initial context setup request rrcConnectionReconfiguration rrcConnectionReconfigurationComplete Initial context setup response Random Access Preamble Random Access Response ULInformation
15、Transfer UPLINK NAS TRANSPORT 随机接入过 程,完成UE 到 eNodeB的 RRC连接建 立,并开始 UE 初始化上 下文请求 UE 初始化上下 文,完成UE 能力 查询和安全模式 激活过程,如果 初始化建立请求 中携带了UE 能力 IE 则不会有 ueCapability相关 查询信令 完成UE 上下 文建立。重配 SRB1和无线 资源配置,建 立 SRB2、 DRB包括默认 承载等。 上行信息 传送,附 着完成 Identification Request Identification Response Authentication Request Authe
16、ntication Response Security Mode Command Security Mode Complete UE 身份识别、鉴 权和安全模式确 认。由于目前外场 和实验室的MME 鉴权都关闭,该过 程信令在相关接口 均没有体现 attach 湾流.xls 3.2 异常附着流程 3.2.1 RRC 建立失败 RRC建立失败根据信令又分为三种: 1、 RRC建立请求无响应: (或是空口因素导致eNodeB 未收到,或是收到但无法正确解码) UEeNodeBMME attachRequest rrcConnectionRequest 2、 RRC建立请求正确到达eNodeB,但
17、eNodeB 下发的 rrc connection setup 消息 UE未收到 或收到后无法按照要求建立。 UEeNodeBMME attachRequest rrcConnectionRequest rrcConnectionSetup 3、 UE上发的 rrc connection setup complete 消息在空口丢失导致建立超时。 UEeNodeBMME attachRequest rrcConnectionRequest rrcConnectionSetup rrcConnectionSetupComplete 3.2.2 核心网拒绝 UEeNodeBMME attachRe
18、quest rrcConnectionRequest rrcConnectionSetup rrcConnectionSetupComplete Initial UE message DOWNLINK NAS TRANSPORT attachReject UE CONTEXT RELEASE COMMAND RRC Connection Release UE CONTEXT RELEASE COMPLETE 3.2.3 eNodeB 未收到初始化上下文建立请求 UEeNodeBMME attachRequest rrcConnectionRequest rrcConnectionSetup r
19、rcConnectionSetupComplete Initial UE message RRC Connection Release Initial context setup request 3.2.4 RRC 重配置请求丢失 UEeNodeBMME attachRequest rrcConnectionRequest rrcConnectionSetup rrcConnectionSetupComplete ueCapabilityEnquiry ueCapabilityInformation UE Capability Info Indication securityModeComma
20、nd securityModeComplete Initial UE message Initial context setup request rrcConnectionReconfiguration Initial context setup failure UE CONTEXT RELEASE REQUEST UE CONTEXT RELEASE COMMAND RRC Connection Release UE CONTEXT RELEASE COMPLETE 4 寻呼流程 4.1 寻呼成功流程 4.1.1 空闲态寻呼 UEeNodeBMME rrcConnectionRequest
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