LTE无线网络优化项目3--LTE基本信令流程

模块1LTE概述模块2LTE基本原理及关键技术模块3LTE基本信令流程模块4LTE覆盖问题优化模块5接入问题优化模块6小区选择和重选问题优化模块7切换问题优化模块8功率控制问题优化课程目标课程目标•熟悉LTE空口协议介绍•熟悉开机附着/去附着•熟悉ServiceRequest流程•熟悉寻呼流程•熟悉TAU流程•熟悉切换流程•熟悉专用承载建立流程课程内容LTE空口协议介绍开机附着/去附着UE发起ServiceRequest流程寻呼流程TAU流程切换流程专用承载流程LTE系统架构eNodeB间的接口MME/S-GWMME/S-GWX2S1MobilityManagementServingGatewayMME/SGW与eNodeB的接口EPCE-UTRANEPSeNodeBX2X2eNodeBeNodeBUuUEEvolvedPacketSystem–EPSEvolvedPacketCore–EPCLTE/SAE系统结构演进SGiS4S3S1-MMEPCRFS7S6aHSSS10UEGERANUTRANSGSNLTE-UuE-UTRANMMES11S5ServingGatewayPDNGatewayS1-UOperator'sIPServices(e.g.IMS,PSSetc.)Rx+网络结构扁平化E-UTRAN只有一种网元—E-NodeB全IP媒体面控制面分离与传统网络互通LTE网元功能MMEServingGWPDNGWE-NodeBNAS信令以及安全性功能3GPP接入网络移动性导致的CN节点间信令空闲模式下UE跟踪和可达性漫游鉴权承载管理功能（包括专用承载的建立）支持UE的移动性切换用户面数据的功能E-UTRAN空闲模式下行分组数据缓存和寻呼支持数据包路由和转发上下行传输层数据包标记基于用户的包过滤合法监听IP地址分配上下行传输层数据包标记DHCPv4和DHCPv6（client、relay、server）具有现3GPPNodeB全部和RNC大部分功能，包括：物理层功能MAC、RLC、PDCP功能RRC功能资源调度和无线资源管理无线接入控制移动性管理LTE协议结构信令流数据流E-NodeBPHYUEPHYMACRLCMACMMERLCNASNASRRCRRCPDCPPDCPAPPUDPGTPUIPS1APSCTPSGWIPUDPGTPUIPSCTPS1APX2AP控制面协议架构eNBPHYUEPHYMACRLCMACMMERLCNASNASRRCRRCPDCPPDCPUEeNode-BMME控制面协议架构eNBPHYUEPHYMACRLCMACMMERLCNASNASRRCRRCPDCPPDCPUEeNode-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-BMMEeNBPHYUEPHYMACRLCMACPDCPPDCPRLCSAEGateway用户面协议架构UEeNode-BMMEeNBPHYUEPHYMACRLCMACPDCPPDCPRLCSAEGatewayRLC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MIMOEPS承载业务架构P-GWS-GWPeerEntityUEeNBEPSBearerRadioBearerS1BearerEnd-to-endServiceExternalBearerRadioS5/S8InternetS1E-UTRANEPCGiE-RABS5/S8Bearer承载概念•GBR/Non-GBR承载：在承载建立或修改过程中通过例如eNodeB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（GuaranteedBitRate，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•默认承载（DefaultBearer）：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“永远在线”的IP连接。•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•Uu空口(X1)：UE与eNodeB之间的空中接口。•S1接口：eNode与EPC之间的接口。•UE-associatedlogicalS1-connection：UE相关S1逻辑连接，对于某个UE-associatedlogicalS1-connection在MME侧用MMEUES1APID标识，在eNB侧用eNBUES1APID标识，此连接可能在S1UEcontext建立之前存在。•NASsignallingconnection：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S1AP连接。课程内容LTE空口协议介绍开机附着/去附着UE发起ServiceRequest流程寻呼流程TAU流程切换流程专用承载流程开机附着开机附着NAS信令连接建立建立RRC建立S1连接AttachRequest•RRCConnectionSetupComplete、InitialUEMessage把NAS消息AttachRequest发送到EPC。InitialContextSetupRequest•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attachrequest消息带给核心网的，核心网再通过该消息送给eNB。UECapabilityEnquiry•如果消息InitialContextSetupRequest带了UERadioCapabilityIE，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UECapabilityInfoIndication给核心网上报UE的无线能力信息。UECapabilityEnquiry•带如果消息InitialContextSetupRequest带了UERadioCapabilityIE，则eNB不会发送UECapabilityEnquiry消息给UE。LTE中的密钥体系•密钥体系USIM/AuCUE/MMEKASMEKKUPencKeNB/NHKNASintUE/HSSUE/eNBKNASencCK,IKKRRCintKRRCencDistributionofauthenticationdata•Authauthenticationvector•四元组：RAND、AUTN、XRES、KASME•3G：AV五元组：RAND、AUTN、XRES、CK、IKMMEHEAuthenticationdatarequestIMSI,SNidentity,NetworkTypeTypeAuthenticationdataresponseEPS-AuthenticationVector(s)VLR/SGSNHEAuthenticationdatarequestIMSIAuthenticationdataresponseAV(1..n)鉴权•UE收到AuthenticationRequest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。•USIM计算出RES。•UE响应包括RES的AuthenticationResponse消息。•MME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。ME/USIMMMEUserauthenticationrequest(RAND,AUTN,KSIASME)Userauthenticationresponse(RES)安全模式命令•NAS层安全模式命令–MME和UE两端协商NAS算法–计算NAS完整性保护密钥和加密密钥•AS层安全模式命令–eNB和UE两端协商AS算法–计算NAS完整性保护密钥和加密密钥NAS安全模式命令•MME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。•MME向UE发送NAS安全模式命令消息UEMMENASSecurityModeCommand(eKSI,UEseccapabilities,Cipheringalgorithm,Integrityalgorithm,[IMEISVrequest,][NONCEUE,NONCEMME,]NAS-MAC)VerifyNASSMCintegrity.Ifsuccesful,startciphering/decipheringandintegrityprotectionandsendNASSecurityModeComplete.StartuplinkdecipheringStartintegrityprotectionNASSecurityModeComplete([IMEISV,]NAS-MAC)StartdownlinkcipheringAS安全模式命令•AS层安全模式命令过程由eNB发起•发送SecurityModeCommand，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•UE进行完整性校验UEeNBASSecurityModeCommand(Integrityalgorithm,Cipheringalgorithm,MAC-I)ASSecurityModeComplete(MAC-I)VerifyASSMCintegrity.Ifsuccesful,startRRCintegrityprotection,RRC/UPdownlinkdeciphering,andsendASSecurityModeComplete.StartRRC/UPuplinkcipheringStartRRC/UPuplinkdecipheringStartRRCintegrityprotectionStartRRC/UPdownlinkcipheringNAS信息发送•ULInformationTransfer(UU)•UplinkNASTransport(S1)•DLInformationTransfer(UU)•DownlinkNASTransport(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）UEEPCeNB1.ULInformationTransfer(包含Detachrequest消息)3.DOWNLINKNASTRANSPORT(包含DetachAccept消息)4.DLInformationTransfer（包含DetachAccept消息）2.UPLINKNASTRANSPORT（包含Detachrequest消息）theEPScapabilityoftheUEisdisabled本地清空所有EPS承载和RB资源本地清空该UE的所有EPS承载和TEID资源5.UECONTEXTRELEASECOMMAND6.RRCConnectionRelease7.UECONTEXTRELEASECOMPLETE•非关机去附着，则会收到MME的DetachAccept响应消息和eNB的RRCConnectionRelease消息.关机去附着流程UEEPCeNB