LTE空口协议及信令流程讲义.ppt

LTE空口协议及信令流程教学目标n熟悉LTE空口协议介绍n熟悉开机附着/去附着n熟悉Service Request流程n熟悉寻呼流程n熟悉TAU流程n熟悉切换流程n熟悉专用承载建立流程教学内容nLTE空口协议介绍空口协议介绍n开机附着/去附着nUE发起Service Request流程n寻呼流程nTAU流程n切换流程n专用承载流程LTE系统架构peNode B间的接口间的接口MME / S-GWMME / S-GWX2S1pMobility ManagementpServing GatewaypMME/SGW 与与 eNode B的接的接口口EPCE-UTRANEPSeNode BX2X2eNode BeNode BUuUEpEvolved Packet System – EPSpEvolved Packet Core – EPCLTE/SAE系统结构演进SGi S4 S3 S1-MME PCRFS7 S6a HSSS10 UEGERAN UTRAN SGSN LTE-Uu E-UTRAN MMES11 S5 Serving Gateway PDN Gateway S1-U Operator's IP Services(e.g. IMS, PSS etc.)Rx+ q 网络结构扁平化q E-UTRAN只有一种q 网元—E-Node Bq 全IPq 媒体面控制面分离q 与传统网络互通LTE网元功能MMEServing GWPDN GWE-Node BØ NAS信令以及安全性功能Ø 3GPP接入网络移动性导致的CN节点间信令Ø 空闲模式下UE跟踪和可达性Ø 漫游Ø 鉴权Ø 承载管理功能（包括专用承载的建立）Ø 支持UE的移动性切换用户面数据的功能Ø E-UTRAN空闲模式下行分组数据缓存和寻呼支持 Ø数据包路由和转发Ø上下行传输层数据包标记Ø基于用户的包过滤Ø合法监听ØIP地址分配Ø上下行传输层数据包标记ØDHCPv4和DHCPv6（client、relay、server）具有现3GPP Node B全部和RNC大部分功能，包括：Ø物理层功能ØMAC、RLC、PDCP功能ØRRC功能Ø资源调度和无线资源管理Ø无线接入控制Ø移动性管理LTE协议结构 信令流数据流E-Node BPHYUEPHYMACRLCMACMMERLCNASNASRRCRRCPDCPPDCPAPPUDPGTPUIPS1APSCTPSGWIPUDPGTPUIPSCTPS1APX2AP控制面协议架构UEeNode-BMME控制面协议架构UEeNode-BMMERRC 子层执行的功能: §广播§ 寻呼§ 链接管理§ 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NAS 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用户面协议架构UEeNode-BMMESAE Gateway用户面协议架构UEeNode-BMMESAE 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§ MIMOEPS承载业务架构承载概念nGBR/ Non-GBR 承载：在承载建立或修改过程中通过例如eNode B接纳控制等功能永久分配专用网络资源给某个保证比特速率（Guaranteed Bit 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n默认承载（Default Bearer）：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“永远”的IP连接n专用承载：对某些特定业务所使用的SAE承载一般情况下专用承载的QOS比默认承载高，专用承载可以是GBR或Non-GBR 承载连接概念nUu空口(X1)：UE与eNode B之间的空中接口nS1接口： eNode 与EPC之间的接口nUE-associated logical 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 S1AP ID 标识，此连接可能在S1 UE context 建立之前存在nNAS signalling connection：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。

教学内容nLTE空口协议介绍n开机附着开机附着/去附着去附着nUE发起Service Request流程n寻呼流程nTAU流程n切换流程n专用承载流程开机附着开机附着NAS信令连接建立建立RRC连接 建S1连接Attach RequestnRRCConnectionSetupComplete、InitialUEMessage把NAS消息Attach Request发送到EPCInitialContextSetupRequestn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nUE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 Capability Enquiryn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给核心网上报UE的无线能力信息。

UECapability Enquiryn带如果消息InitialContextSetupRequest带了UE Radio Capability IE，则eNB不会发送UECapabilityEnquiry消息给UELTE中的密钥体系n密钥体系Distribution of authentication datanAuth authentication vectorn四元组：RAND、AUTN、XRES、KASMEn3G：AV五元组：RAND、AUTN、XRES、CK、IK鉴权nUE收到Authentication Request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，认为接入的网络是可信任的nUSIM计算出RESnUE响应包括RES的Authentication Response消息nMME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安全模式命令nNAS层安全模式命令lMME和UE两端协商NAS算法l计算NAS完整性保护密钥和加密密钥nAS层安全模式命令leNB和UE两端协商AS算法l计算NAS完整性保护密钥和加密密钥NAS安全模式命令nMME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。

nMME向UE发送NAS安全模式命令消息AS安全模式命令nAS层安全模式命令过程由eNB发起n发送Security Mode Command，该消息被完整性保护，发送该消息后，启动下行方向对RRC消息和用户数据加密保护nUE进行完整性校验NAS信息发送nUL Information Transfer(UU)nUplink NAS Transport(S1)nDL Information Transfer(UU)nDownlink NAS Transport(S1)非关机去附着流程:RRC_IDLE（1）非关机去附着流程:RRC_IDLE（2）去附着流程: RRC_CONNECTED（非关机）n非关机去附着，则会收到MME的Detach Accept响应消息和eNB的RRC Connection Release消息.关机去附着流程附着/去附着跟踪信令非关机去附着过程（RRC_CONNECTED）教学内容nLTE空口协议介绍n开机附着/去附着nUE发起发起Service Request流程流程n寻呼流程nTAU流程n切换流程n专用承载流程UE发起的Service Request过程 UE发起的Service Request过程 教学内容nLTE空口协议介绍n开机附着/去附着nUE发起Service Request流程n寻呼流程寻呼流程nTAU流程n切换流程n专用承载流程寻呼流程nMME触发寻呼触发寻呼寻呼流程n系统消息改变触发寻呼系统消息改变触发寻呼教学内容nLTE空口协议介绍n开机附着/去附着nUE发起Service Request流程n寻呼流程nTAU流程流程n切换流程n专用承载流程TAU流程nIDLE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n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TAU流程：RRC_IDLE不设置“active”标识（1）TAU流程：RRC_IDLE不设置“active”标识（2）TAU流程：RRC_IDLE不设置“active”标识（3）TAU流程：RRC_IDLE设置“active”标识（1）TAU流程：RRC_IDLE设置“active”标识（2）TAU流程：RRC_IDLE设置“active”标识（3）TAU流程：RRC_CONNECTED发起的流程TAU流程：RRC_CONNECTED发起的流程教学内容nLTE空口协议介绍n开机附着/去附着nUE发起Service Request流程n寻呼流程nTAU流程n切换流程切换流程n专用承载流程切换nLTE测量l测量事件l测量建立l测量报告nIntra-eNB HandOver：同一基站内不同小区间切换流程nInter-eNB HandOver：不同基站间小区切换lS1 Based Handover：基于S1接口切换流程lX2 Based Handover：基于X2接口切换流程LTE测量n测量事件lA1事件：服务小区质量高于一个绝对门限lA2事件：服务小区质量低于一个绝对门限lA3事件：邻区比服务小区质量高于一个绝对门限，lA4事件：邻区质量高于一个绝对门限lA5事件：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2lB1事件：异系统邻区质量高于一个绝对门限lB2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LTE测量n测量建立测量建立：RRC连接建立后，与承载UE上下文建立消息的第一次RRCConnection Reconfiguration消息一起下发LTE测量n测量报告：UE通过Measurement Report发送测量结果Intra-eNB HandOverInter-eNB X2 HandOver（1）Inter-eNB X2 HandOver（2）n源侧信令跟踪n目标侧信令跟踪Inter-eNB S1 HandOver（1）Inter-eNB S1 HandOver（2）n源侧信令跟踪n目标侧信令跟踪Inter-eNB S1 HandOver（3）n源eNB向MME发起切换RequiredInter-eNB S1 HandOver（4）nMME向目标eNB发起切换RequestInter-eNB S1 HandOver（5）nMME向源eNB发起切换命令Inter-eNB S1 HandOver（6）n源eNB向UE发送RRCConnection Reconfiguration，消息中包含专用Preamble，表明是非竞争的RA。

教学内容nLTE空口协议介绍n开机附着/去附着nUE发起Service Request流程n寻呼流程nTAU流程n切换流程n专用承载流程专用承载流程专用承载n专用承载建立：专用承载建立由UE或MME主动发起，eNB不能主动发起，且只能在RRC_CONNECTED下发起该流程n专用承载修改：专用承载修改可以由UE 、MME主动发起，不能由eNB主动发起，只能在RRC_CONNECTED下发起该流程n专用承载释放：只能在RRC_CONNECTED下发起该流程专用承载建立（1）专用承载建立（2）专用承载建立（3）专用承载修改（1）专用承载修改（专用承载修改（2））专用承载修改（3）专用承载释放（1）专用承载释放（2）。