LTE基本概念及信令流程分析

LTE信令流程演讲人:李泉日期：20141031第2页主要内容基本概念网络架构协议栈结构接口功能无线网系统消息UE的工作模式与状态无线承载的分类UE标识无线网基本信令流程随机接入寻呼RRC连接建立、重配、重建立、释放测量端到端业务建立/释放相关流程Attach流程Detach流程ServiceRequest过程专用承载建立流程`专用承载修改流程专用承载释放流程移动性管理TAU切换小区重选附录第3页E-UTRAN网络结构LTE主要3GPP规范见附录基本概念网络架构LTE网络架构第4页网络实体整个TD-LTE系统由3部分组成：核心网（EPC,EvolvedPacketCore）接入网（eNodeB）用户设备（UE）EPC分为三部分：MME(MobilityManagementEntity,负责信令处理部分）S-GW(ServingGateway,负责本地网络用户数据处理部分）P-GW(PDNGateway，负责用户数据包与其他网络的处理)接入网（也称E-UTRAN）由eNodeB构成网络接口S1接口：eNodeB与EPCX2接口：eNodeB之间Uu接口：eNodeB与UENOTE:和UMTS相比，由于NodeB和RNC融合为网元eNodeB,所以TD-LTE少了Iub接口。X2接口类似于Iur接口，S1接口类似于Iu接口基本概念网络架构LTE网络实体第5页EPC与E-UTRAN功能划分基本概念网络架构EPCEUTRAN第6页EPC与E-UTRAN功能简述eNB功能：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；IP头压缩与用户数据流加密；PDCPUE附着时的MME选择；提供到S-GW的用户面数据的路由；寻呼消息的调度与传输；系统广播信息的调度与传输；测量与测量报告的配置。MME功能：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；安全控制；空闲状态的移动性管理；EPC承载控制；非接入层信令的加密与完整性保护。服务网关功能：终止由于寻呼原因产生的用户平面数据包；支持由于UE移动性产生的用户平面切换。PDN网关功能：用户数据包的过滤和检查用户IP分配基本概念网络架构功能概述第7页网元间控制面整体协议栈没有RNC，空中接口的控制平面（RRC）功能由eNB进行管理和控制Mac匹配上层数据与物理层传输能力；调度，保证QOS参数，优先级分配PDCP完全确知，头压缩、加解密功能RLC对上层数据进行分段和重组，有mac层通知，ARQSCTP在IP层之外增加额外保证，保证数据安全，因为IP针对有线传输基本概念协议栈结构控制面协议栈SCTPL2L1IPL2L1IPSCTPS1-MMEeNodeBMMES1-APS1-APNASMACL1RLCPDCPUERRCMACL1RLCPDCPRRCLTE-UuNASRelay第8页网元间用户面整体协议栈用户面和控制面协议栈均包含PHY,MAC,RLC和PDCP层，控制面向上还包含RRC层和NAS层没有了RNC，空中接口的用户平面（MAC/RLC）功能由eNB进行管理和控制GTP-U加上用户标识，对用户数据包增加移动性管理功能（S-GW）基本概念协议栈结构用户面协议栈第9页用户面协议内部的关系层2协议架构（DL）层2协议架构（UL）逻辑信道、传输信道和物理信道映射关系见附录基本概念协议栈结构第10页Uu口控制面协议栈控制平面RRC协议数据的加解密和完整性保护功能，在LTE中交由PDCP层完成RRC子层主要承担广播、无线接口寻呼、RRC连接管理、无线承载控制、移动性管理、UE测量上报和控制等功能仅存在一个MAC实体；对应物理共享信道基本概念协议栈结构LTE控制面eNBPHYUEPHYMACRLCMACMMERLCNASNASRRCRRCPDCPPDCP3G中控制平面不存在PDCP协议栈，由RLC层提供无线信令承载SRBRLC层依然提供TM/UM/AM三种传输模式3G中UM/AM传输模式下的加密由RLC层实现，TM模式下的加密由MAC层实现3G中含有多个MAC实体：MAC-b,MAC-c/sh,MAC-d,MAC-hs与3G的异同第11页Uu口用户面协议栈安全方面的功能，用户面的加密和解密功能由PDCP子层完成仅存在一个MAC实体基本概念协议栈结构LTE用户面3G中PDCP层仅用于承载PS业务，广播和多播业务由BMC层协议承载3G中用户数据的加密和解密由RLC和MAC层完成3G中含有多个MAC实体：MAC-b,MAC-c/sh,MAC-d,MAC-hsRLC层依然提供TM/UM/AM三种传输模式与3G的异同eNBPHYUEPHYMACRLCMACPDCPPDCPRLC第12页LTE接口通用模型E-UTRAN接口通用协议模型适用于E-UTRAN相关的所有接口，即S1和X2接口控制面和用户面相分离，无线网络层与传输网络层相分离无线网络层：实现E-UTRAN的通信功能传输网络层：采用IP传输技术对用户面和控制面数据进行传输基本概念接口功能第13页S1接口协议栈UDP/IP之上的GTP-U用来传输S-GW与eNB之间的用户平面PDUS1用户面主要功能为:在S1接口目标节点中指示数据分组所属的SAE接入承载；移动性过程中尽量减少数据的丢失；错误处理机制；MBMS支持功能；分组丢失检测机制；控制层为了可靠的传输信令消息，在IP层之上添加了SCTPS1控制面主要功能：EPC承载服务管理功能；S1接口UE上下文释放功能；ACTIVE状态下UE的移动性管理功能；S1接口的寻呼；NAS信令传输功能；漫游于区域限制支持功能；NAS节点选择功能；初始上下文建立过程；基本概念接口功能S1接口第14页X2接口协议栈X2接口用户面提供eNB之间的用户数据传输功能X2-U接口协议栈与S1-U接口协议栈完全相同LTE系统X2接口的定义采用了与S1接口一致的原则X2接口应用层协议主要功能：支持LTE_ACTIVE状态下UE的LTE接入系统内的移动性管理功能；X2接口自身的管理功能，如错误指示、X2接口的建立与复位，更新X2接口配置数据等；负荷管理功能。基本概念接口功能X2接口第15页3GIu-PS接口通用模型与3GIu-PS接口协议架构比较控制面：在Release99中，采用7号信令系统协议承载信令；在Release5之后的版本，控制信令直接用IP承载；用户面：Release99PS域，分组数据量在一个或多个AAL5永久虚电路上复用；在Release5之后，直接采用IP传输，与LTE架构相同；基本概念接口功能第16页系统消息（36.331）系统消息的组成MasterInformationBlock(MIB)多个SystemInformationBlocks(SIBs)MIB承载于BCCH→BCH→P-BCH上包括有限个用以读取其他小区信息的最重要、最常用的传输参数（系统带宽，系统帧号，PHICH配置信息）时域：紧邻同步信道，以10ms为周期重传4次频域：位于系统带宽中央的72个子载波基本概念无线网系统消息LTE系统消息PBCH时域映射结构PBCH频域映射结构第17页系统消息（36.331）SIBs除MIB以外的系统消息，包括SIB1-SIB12除SIB1以外，SIB2-SIB12均由SI(SystemInformation)承载SIB1是除MIB外最重要的系统消息，固定以20ms为周期重传4次，即SIB1在每两个无线帧（20ms）的子帧#5中重传（SFNmod2=0，SFNmod8≠0）一次，如果满足SFNmod8=0时，SIB1的内容可能改变，新传一次。SIB1和所有SI消息均传输在BCCH→DL-SCH→PDSCH上SIB1的传输通过携带SI-RNTI（SI-RNTI每个小区都是相同的）的PDCCH调度完成SIB1中的SchedulingInfoList携带所有SI的调度信息，接收SIB1以后，即可接收其他SI消息基本概念无线网系统消息LTE系统消息第18页各系统消息作用基本概念无线网系统消息系统消息功能说明第19页系统消息信令流程系统消息获取UE通过E-UTRAN广播消息获取AS和NAS系统消息此过程适用于RRC-IDLE和RRC_CONNECTED状态开机选网和小区重选时切换完成或从另一个RAT切换到E-UTRAN时重新返回覆盖区域时当系统消息改变时当出现接收ETWS指示时uponreceivingarequestfromCDMA2000upperlayersuponexceedingthemaximumvalidityduration(3h)E-UTRANMasterInformationBlockUESystemInformationBlockType1SystemInformation基本概念无线网系统消息第20页3GPP各状态间转换当存在RRC连接时，UE处于RRC连接状态，否则为RRCIDLE状态TS36.3314.2HandoverCELL_PCHURA_PCHCELL_DCHUTRA_IdleE-UTRARRC_CONNECTEDE-UTRARRC_IDLEGSM_Idle/GPRSPacket_IdleGPRSPackettransfermodeGSM_ConnectedHandoverReselectionReselectionReselectionConnectionestablishment/releaseConnectionestablishment/releaseConnectionestablishment/releaseCCO,ReselectionCCOwithoptionalNACCCELL_FACHCCO,Reselection基本概念UE的工作模式与状态各系统状态转移图第21页UE各状态说明状态行为RRC_IDLEPLMN选择NAS配置的DRX过程系统信息广播和寻呼邻小区测量小区重选的移动性UE获取1个TA区内的唯一标识eNodeB内无终端上下文RRC_CONNECTED网络侧有UE的上下文信息网络侧知道UE所处小区网络和终端可以传输数据网络控制终端的移动性邻小区测量存在RRC连接:UE可以从网络侧收发数据监听共享信道上指示控制授权的控制信令UE可以上报信道质量给网络侧UE可以根据网络配置进行DRX基本概念UE的工作模式与状态RRC状态第22页RRC信令消息简化RadioBearerSetup（无线承载建立）RadioBearerRelease（无线承载释放）RadioBearerReconfiguration（无线承载重配置）TransportChannelReconfiguration（传输信道重配置）TransportFormatCombinationControl（传输格式组合控制）PhysicalChannelReconfiguration（物理信道重配置）MeasurementControl（测量控制）RRCConnectionReconfiguration（RRC连接重配置）基本概念UE的工作模式与状态RRC信令简化第23页LTE中的承载RadioBearer承载空口RRC信令和NAS信令S1Bearer承载eNB与MME间S1-AP信令NAS消息也可作为NASPDU附带在RRC消息中发送P-GWS-GWPeerEntityUEeNBEPSBearerRadioBearerS1BearerEnd-to-endServiceExternalBearerRadioS5/S8InternetS1E-UTRANEPCGiE-RABS5/S8Bearer基本概念无线承载的分类Bear(承载)inLTE第24页无线承载分类数据承载为DRB，通过