ESM层多实例的研究与设计.docx

          ESM层多实例的研究与设计                    刘丹丹重庆邮电大学通信与信息工程学院硕士研究生李小文重庆邮电大学通信与信息工程学院教授为了提供用户差异化的服务体验，LTE系统引入了默认承载，专用承载来保证不同的QoS机制当UE和网络建立了公用数据网(PDN)连接后，IP分组包根据QoS映射到不同的演进的分组系统(EPS)承载中LTE系统中采用多实例的演进的会话管理(ESM)实体对存在的多个EPS承载进行管理，每个实例之间相互独立对ESM实体的状态转移和流程进行研究的基础上，同时要考虑多个相互独立的实例的管理，保证多实例ESM实体消息的正确传输和功能的实现1 ESM子层的介绍ESM子层位于协议栈的CM子层，用于处理EPS承载上下文和控制用户帧承载UMTS系统中CM层包括CC、SM、SMS和SS实体，它们都是多实例的由于LTE系统取消了CS域，采用基于全分组的承载架构，所以LTE系统的语音业务CS fallback和IMS技术方案切换，PS域利用ESM实体管理EPS承载同一个UE可以根据PDN连接业务的SDF的QoS不同建立多个EPS承载同时建立多个EPS承载就需要激活多个实例，每个实例是相互独立的。

图1介绍了LTE系统中NAS层的协议架构，可以看出用户平面的BC也是多实例的ESM实体控制用户平面BC的建立、修改和释放2多实例中地址处理原则由于终端可以同时激活多个ESM实例，且每个实例之间是相互独立的当终端和网络端对等实体之间进行消息传输时，要保证每条消息都可以路由到对应的实例每条NAS层消息的头部包含PD值，当PD值为Ox02时表明为EPS会话管理层消息当ESM消息正确路由到ESM子层后，消息头中的Pri和EBI值作为地址参数，保证消息正确到达每个实例LTE系统中采用网络端承载控制模式，EBI值由MME实体分配终端发起业务相关流程消息，分配一个PTI值，引起网络端进行承载相关流程终端发起的业务相关消息引起网络端承载相关流程的地址分配原则和网络端自己发起的承载相关流程分别为图2和图3所示3 ESM实体多实例的具体设计方案3.1 ESM实体的状态图设计LTE系统中ESM子层分为网络端发起的处理EPS承载上下文相关的流程和终端发起的业务相关的流程，相应的状态也分为EPS承载上下文和业务相关的状态EPS承载上下文相关状态包含承载上下文非激活(BCI)和承载上下文激活(BCA)业务相关的状态包含业务传输非激活（PTI）和业务传输等待(PTP)。

这两种[来自wwW.lw5U.com]类型的状态是相互独立的，每个类型的状态跃迁如图4和图5所示我们在利用有限状态机的理论进行SDL设计时，必须把两种不同类型的状态融合在一起，避免进入到死状态本方案的状态跃迁图的设计思路来源于EMM实体EMM实体把状态分为主状态和子状态，如注册状态为一个主状态，在注册状态下又有若干正常业务、限制业务等子状态本方案把BCI和BCA作为ESM实体的两个主状态，每个主状态下分别又包含PTI和PIP两个子状态当终端开机时，ESM实体为BCI.PTI状态详细的状态跃迁如图6所示，包含BCI.PTI、BCI.PTP、BCA.PTI和BCA.PTP四个状态，设计后的状态数目没有发生变化，同时避免了进入死状态，达到了设计的目标3.2终端ESM实体多实例的管理考虑到ESM实体同时可能激活多个实例，本方案在ESM子层中增加了一个SMC模块，用于管理多个ESM实例和分配PTI值增加了SMC实体的终端ESM子层通信接口如图7所示，SMC实体位于ESM子层中，本设计方案没有改变总的NAS协议架构图和ESM子层与外部模块的接口SMC实体是单实例的，当ESM层与外部模块进行信息交互时，信息先路由到SMC实体，SMC实体根据PTI或EBI值来判断是哪个ESM实体。

当需要建立一个新的EPS承载时，SMC则创建一个新的ESM实例来管理这个EPS承载本设计方案基于一个实例对应一个承载的原理3.3测试例-PDN连接流程(1)测试目的：验证UE发起的PDN连接流程网络接受了PDN连接要求，同时发起建立默认承载和专用承载要求UE成功建立默认承载以后又建立了一个专用承载2)测试过程：搭建好测试模型后，通过外部环境平台的激发信号模拟正常PDN连接过程，通过平面层(SPV)触发ESM层连接到一个PDN，SMC实体创建一个ESM实例并分配一个PTI值，创建的ESM实例发生PDN连接要求跳转到BClOIP状态SMC实体路由默认承载激活要求消息到对应的ESM实例，ESM实例接受激活要求发送激活默认承载接受消息跳转到BCA.PTI状态SMC实体创建一个新的实例，把专用承载激活要求消息路由到这个实例，ESM实例接受专用承载激活要求发送装用承载激活接受消息跳转到BCA.PTI状态3)测试仿真结果：此仿真图（图8）是TI´CN和SDL协仿真生成的消息序列流图(MSC)，通过仿真所得到的MSC图与设计的流程图相比较发现设计的流程完全符合协议规范4结语本方案在ESM实体的状态转移图的设计中引入子状态的思路，成功的把两种不同类型的状态融合在一起，避免了SDL设计中进入死状态。

同时在多实例的管理中引入了SMC实体，成功分配了PTI值，并保证了ESM实例对EPS承载的管理这是本方案的两个创新点最后运用SDL和TTCN协仿真工具进行测试，基本上达到了预期的研究目标考虑到本方案是基于一个实例对应一个承载，加大了控制信令冗余，一个ESM实例对应多个EPS承载的设计是下一步的[来自wWw.Lw5u.coM]研究目标，将更凸显本方案的实用性   -全文完-。