LTE基本信令流程.doc

1、S1AP基本信令流程1. 概述LTE 的系统架构分为两部分，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。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 OPE

2、X 与 CAPEX。eNBME /S-GWME /S-GWeNBeNBS1 S1S1 S1X2X2X2 E-UTRAN1.1 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。 Aplication ProtlTransport Netwrk Layr Physical Layer Signaling Ber(s) Transport Uer Network Plan Control Plane User Plane Transport Uer Network Plan Radio Netwrk L

3、ayr Dat Ber(s) 1.2 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。1.2.1 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。1.2.2 S1 接 口 控 制 面S1 控制平面接口位于 E-No

4、deB 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 接口控制面协议栈如下图所示：2. 典型信令流程分析2.1 开机附着流程2.1.1 正 常 流 程UE 刚开机时，先进行物理下行同步，搜索测量进行小区选择，选择到一个suitable 或者 acceptable 小区后，驻留并进行附着过程。附着流程图如下：E P Ce N BF i r s t D o w n l i n k D a t a2 . 建立默认 E P S 承载等7 . 更新承载F i r s t U p l i

5、n k D a t a检测到 U s e r I n a c t i v i t y8 . U E C O N T E X T R E L E A S E R E Q U E S T( C a u s e )9 . 更新承载1 0 . U E C O N T E X T R E L E A S E C O M M A N D1 1 . U E C O N T E X T R E L E A S E C O M P L E T E1 . I n i t i a l U E m e s s a g e（ 包含 A t t a c h R e q u e s t 、 P D N c o n n e

6、c t i v i t y r e q u e s t 消息 ） 3 . I n i t i a l c o n t e x t s e t u p r e q u e s t( 包含 A t t a c h A c c e p t 、A c t i v a t e d e f a u l t E P S b e a r e r c o n t e x t r e q u e s t )5 . I n i t i a l c o n t e x t s e t u p r e s p o n s e6 . U P L I N K N A S T R A N S P O R T（ 包含 A t

7、t a c h C o m p l e t e 、A c t i v a t e d e f a u l t E P S b e a r e r c o n t e x t a c c e p t ）4 . U E C a p a b i l i t y I n f o I n d i c a t i o n说明：1) 步骤 12 会建立 S1 连接，标志着 NAS signaling connection 建立完成。2) 如果消息 2 带了 UE Radio Capability IE，则没有 4 过程3) 发起 UE 上下文释放（即 811）的条件：- eNodeB-initiated w

8、ith cause e.g. O or- MME-initiated with cause e.g. authentication failure, detach, etc.4) 消息 3 说明：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 消息带给核心网的，核心网再通过该消息送给 eNB。UE 的网络能力（安全能力）信息改变的话，需要发起 TAU。2.1.2 异 常 流 程 case1（ 核 心 网 拒 绝 ）E P Ce N B2 . M

9、 M E 或者 S - G W 拒绝4 . U E C O N T E X T R E L E A S E C O M M A N D5 . U E C O N T E X T R E L E A S E C O M P L E T E1 . I n i t i a l U E m e s s a g e（ 包含 A t t a c h R e q u e s t 、 P D N c o n n e c t i v i t y r e q u e s t 消息 ） 3 . D O W N L I N K N A S T R A N S P O R T( 包含 A t t a c h R e j

10、 e c t 、 可能有 P D N c o n n e c t i v i t y r e j e c t 消息 )2.1.3 异 常 流 程 case2（ RRC 重 配 消 息 丢 失 或 者 没 收 到 RRC 重 配 完 成 消 息或 者 eNB 内 部 配 置 UE 的 安 全 参 数 等 失 败 ）E P Ce N B2 . 建立默认 E P S 承载等6 . U E C O N T E X T R E L E A S E R E Q U E S T7 . 更新承载8 . U E C O N T E X T R E L E A S E C O M M A N D9 . U E C

11、 O N T E X T R E L E A S E C O M P L E T E1 . I n i t i a l U E m e s s a g e（ 包含 A t t a c h R e q u e s t 、 P D N c o n n e c t i v i t y r e q u e s t 消息 ） 3 . I n i t i a l c o n t e x t s e t u p r e q u e s t( 包含 A t t a c h A c c e p t 、A c t i v a t e d e f a u l t E P S b e a r e r c o n t

12、e x t r e q u e s t )4 . U E C a p a b i l i t y I n f o I n d i c a t i o n5 . I n i t i a l c o n t e x t s e t u p f a i l u r e定时器超时2.2 UE 发起的 service request 流程2.2.1 正 常 流 程UE 在 IDLE 模式下，需要发送业务数据时，发起 service request 过程，流程图如下：E P Ce N BF i r s t D o w n l i n k D a t a更新承载检测到 U s e r I n a c t i

13、 v i t y5 . U E C o n t e x t R e l e a s e R e q u e s t ( C a u s e )更新承载6 . U E C o n t e x t R e l e a s e C o m m a n d7 . U E C o n t e x t R e l e a s e C o m p l e t e2 . S 1 - A P : I n i t i a l C o n t e x t S e t u p R e q u e s t4 . S 1 - A P : I n i t i a l C o n t e x t S e t u p R e

14、s p o n s e1 . I n i t i a l U E m e s s a g e（ 包含 S e r v i c e R e q u e s t 消息 ） 3 . U E C a p a b i l i t y I n f o I n d i c a t i o nF i r s t U p l i n k D a t a2.2.2 异 常 流 程 case1（ 核 心 网 拒 绝 ）E P Ce N B2 . M M E 或者 S - G W 拒绝4 . U E C O N T E X T R E L E A S E C O M M A N D5 . U E C O N T E

15、X T R E L E A S E C O M P L E T E1 . I n i t i a l U E m e s s a g e（ 包含 s e r v i c e r e q u e s t 消息 ） 3 . D O W N L I N K N A S T R A N S P O R T( 包含 s e r v i c e r e j e c t 消息 )2.2.3 异 常 流 程 case2（ RRC 重 配 消 息 丢 失 或 者 eNB 内 部 配 置 UE 的 安 全参 数 失 败 或 者 没 有 建 立 起 来 一 个 非 GBR 承 载 ）同 2.1.32.2.4 异 常

16、 流 程 case3（ eNB 建 立 专 用 承 载 失 败 ）如果 eNB 建立专用承载失败，则回复给核心网 Initial context setup response，带失败列表，告知核心网专用承载建立失败，核心网会本地去激活该专用承载。流程图同2.2.1 正常流程。2.2.5 异 常 流 程 case4（ eNB 建 立 默 认 承 载 失 败 ）E P C核心网发现默认承载建立失败 ， 本地d e t a c h 该 U E5 . U E C o n t e x t R e l e a s e C o m m a n d6 . U E C o n t e x t R e l e a

17、 s e C o m p l e t e2 . I n i t i a l C o n t e x t S e t u p R e q u e s t4 . I n i t i a l C o n t e x t S e t u p R e s p o n s e（ 带 E - R A B F a i l e d 列表 ）1 . I n i t i a l U E m e s s a g e（ 包含 S e r v i c e R e q u e s t 消息 ） 3 . U E C a p a b i l i t y I n f o I n d i c a t i o ne N B2.3 网

18、络发起的 paging 流程2.3.1 S_TMSI 寻 呼UE 在 IDLE 模式下，当网络需要给该 UE 发送数据（业务或者信令）时，发起寻呼过程，流程图如下：E P Ce N B1 . N A S : P a g i n g ( S _ T M S I )同 U E 发起的 s e r v i c e r e q u e s t 过程 1 42.3.2 IMSI 寻 呼当网络发生错误需要恢复时（例如 S-TMSI 不可用），可发起 IMSI 寻呼，UE 收到后执行本地 detach，然后再开始 attach。E P Ce N B1 . N A S : P a g i n g ( I M

19、S I )同 U E 发起的 a t t a c h r e q u e s t 过程 1 62.4 TAU 流程去附当 UE 进入一个小区，该小区所属 TAI 不在 UE 保存的 TAI list 内时，UE 发起正常 TAU 流程，分为 IDLE 和 CONNECTED（即切换时）下。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。2.4.1 正 常 流 程 case1（ IDLE 下 发 起 的 ）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 完成后释放 NAS 信令连接。IDLE 下发起的不设置“active“标识的正常 TAU 流程图如下：