LTE信令流程图(端到端平台)

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。2TDD-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（evolvedNodeB）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-GW也可能会改变。eNBMME/S-GWMME/S-GWeNBeNBS1S1S1S1X2X2X2E-UTRAN2.1EPC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-GW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；interneteNBRBControlConnectionMobilityCont.eNBMeasurementConfiguration&ProvisionDynamicResourceAllocation(Scheduler)PDCPPHYMMEServingGatewayS1MACInterCellRRMRadioAdmissionControlRLCE-UTRANEPCRRCMobilityAnchoringSAEBearerControlIdleStateMobilityHandlingNASSecurity3）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。2.2E-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-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。ApplicationProtocolTransportNetworkLayerPhysicalLayerSignallingBearer(s)TransportUserNetworkPlaneControlPlaneUserPlaneTransportUserNetworkPlaneRadioNetworkLayerDataBearer(s)2.3S1接口S1接口是MME/S-GW网关与eNB之间的接口，S1接口与3GUMTS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。2.3.1S1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；2.3.2S1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。2.4X2接口X2接口是eNB与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。2.4.1X2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。2.4.2X2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-AP。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。2.5S5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，主要包括承载的建立、修改或释放，控制平面采用GTPv2-C协议，遵循3GPPTS29.274；用户平面采用GTPv1-U协议，遵循3GPPTS29.2812.6S11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3GPPTS29.274。3附着流程3.1正常附着流程UEeNodeBMMEattachRequestrrcConnectionRequestrrcConnectionSetuprrcConnectionSetupCompleteueCapabilityEnquiryueCapabilityInformationUECapabilityInfoIndicationsecurityModeCommandsecurityModeCompleteattachAcceptactivateDefaultEpsBearerContextRequestactivateDefaultEpsBearerContextAcceptattachCompleterrcConnectionReconfigurationrrcConnectionReconfigurationCompleteInitialUEmessageInitialcontextsetuprequestrrcConnectionReconfigurationrrcConnectionReconfigurationCompleteInitialcontextsetupresponseRandomAccessPreambleRandomAccessResponseULInformationTransferUPLINKNASTRANSPORT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IdentificationRequestIdentificationResponseAuthenticationRequestAuthenticationResponseSecurityModeCommandSecurityModeCompleteUE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.xls3.2异常附着流程3.2.1RRC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）UEeNodeBMMEattachRequestrrcConnectionRequest2、RRC建立请求正确到达eNodeB，但eNodeB下发的rrcconnectionsetup消息UE未收到或收到后无法按照要求建立。UEeNodeBMMEattachRequestrrcConnectionRequestrrcConnectionSetup3、UE上发的rrcconnectionsetupcomplete消息在空口丢失导致建立超时。UEeNodeBMMEattachRequestrrcConnectionRequestrrcConnectionSetuprrcConnectionSetupComplete3.2.2核心网拒绝UEeNodeBMMEattachRequestrrcConnectionRequestrrcConnectionSetuprrcConnectionSetupCompleteInitialUEmessageDOWNLINKNASTRANSPORTattachRejectUECONTEXTRELEASECOMMANDRRCConnectionReleaseUECONTEXTRELEASECOMPLETE3.2.3eNodeB未收到初始化上下文建立请求UEeNodeBMMEattachRequestrrcConnectionRequestrrcConnectionSetuprrcConnectionSetupCompleteInitialUEmessageRRCConnectionReleaseInitialcontextsetuprequest3.2.4RRC重配置请求丢失UEeNodeBMMEattachRequestrrcConnectionRequestrrcConnectionSetuprrcCo