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LTE空口协议及信令流程教学目标熟悉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教学内容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-GWX2S1MobilityManagementServingGatewayMME/SGW与eNodeB的接口EPCE-UTRANEPSeNodeBX2X2eNodeBeNodeBUuUEEvolvedPacketSystem–EPSEvolvedPacketCore–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-NodeBNAS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。教学内容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连接建S1连接AttachRequestRRCConnectionSetupComplete、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,IKKRRCintKRRCencDistributionofauthenticationdataAuthauthenticationvector四元组:RAND、AUTN、XRES、KASME3G: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如果在IDLE下,先发起随机接入和RRC连接建立过程1.NAS:DetachRequest(Switchoff)用户关机,发起去附着本地清空所有EPS
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