TD-LTE信令流程及信令分析与应用

中国移动通信集团研究院版权所有2012年12月TD-LTE信令流程中国移动研究院-2-课程简介本课程结合TD-LTE网络结构的演进，详细介绍了空口无线侧、端到端业务和用户移动性管理中涉及的信令流程。同时，结合LTE系统各接口的信令采集方案，介绍了通过信令分析进行LTE网络优化和故障排查的方法和应用案例-3-课程目录基本概念基于LTE信令分析的网络优化LTE信令流程介绍附录-4-1、网络架构2、协议栈结构基本概念3、UE的工作模式与状态4、无线承载的分类章目录5、UE标识-5-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-6-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-7-EPC不E-UTRAN功能划分基本概念网络架构EPCEUTRAN-8-EPC不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；–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：–逐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-9-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进行管理和控制基本概念协议栈结构控制面协议栈SCTPL2L1IPL2L1IPSCTPS1-MMEeNodeBMMES1-APS1-APNASMACL1RLCPDCPUERRCMACL1RLCPDCPRRCLTE-UuNASRelay-10-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进行管理和控制基本概念协议栈结构用户面协议栈-11-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-12-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-13-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-14-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-15-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-16-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-17-3GIu-PS接口通用模型不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-18-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-19-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-20-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-21-无线承载分类•数据承载为DRB，通过eNB为其分配的PDSCH来承载•信令承载通过SRB，LTE中有三类SRB–SRB0：承载RRC消息，映射到CCCH信道–SRB1：承载RRC消息，也可承载NAS消息，映射到DCCH信道–SRB2：承载NAS消息，映射到DCCH信道–UE的RRC连接未建立时，由SRB0承载RRC信令；SRB2未建立时，由SRB1承载NAS信令•由于带宽增加，数据传输性能增强，LTE的RRC消息的数据携带能力显著提升；因此LTE中所有NAS消息可填充在RRC消息中携带传输，进一步精简了信令流程•NAS消息通过四条RRC消息传递：–ULInformationTransfer和DLInformationTransfer（由SRB2承载，SRB2未建立时由SRB1承载）–RRCConnectionSetupComplete和RRCConnectionReconfiguration（由SRB1承载）–RRCConnectionSetupComplete（只携带NAS的初始直传消息）每种SRB可承载信令内容见附录NAS消息种类见附录基本概念无线承载的分类根据承载内容分类NAS消息其他承载方式-22-小区内UE标识（1）标识类型应用场景获得方式有效范围是否与终端/卡设备相关RA-RNTI随机接入中用于指示接收随机接入响应消息根据占用的时频资源计算获得（0001~003C）小区内否T-CRNTI随机接入中，没有进行竞争裁决前的CRNTIeNB在随机接入响应消息中下发给终端（003D~FFF3）小区内否C-RNTI用于标识RRCConnect状态的UE初始接入时获得（T-CRNTI升级为C-RNTI）（003D~FFF3）小区内否SPS-CRNTI半静态调度标识eNB在调度UE进入SPS时分配（003D~FFF3）小区内否P-RNTI寻呼FFFE（固定标识）全网相同否SI-RNTI系统广播FFFF（固定标识）全网相同否基本概念UE标识-23-核心网UE标识（2）用户标识名称来源作用IMSIInternationalMobileSubscriberIdentitySIM卡UE在首次ATTACH时需要携带IMSI信息，网络也可以通过身份识别流程要求UE上报IMSI参数IMEIInternationalMobileEquipmentIdentity终端国际移动台设备标识，唯一标识UE设备，用15个数字表示IMEISVIMEIandSoftwareVersionNumber终端携带软件版本号的国际移动台设备标识，用16个数字表示S-TMSISAETemporaryMobileStationIdentifierMME产生并维护SAE临时移动标识，由MME分配。与UMTS的P-TMSI格式类似，用于NAS交互中保护用户的IMSIGUTIGloballyUniqueTemporaryIdentifierMME产生并维护全球唯一临时标识，在网络中唯一标识UE，可以减少IMSI，IMEI等用户私有参数暴露在网络传输中.第一次attach时UE携带IMSI，而之后MME会将IMSI和GUTI进行一个对应，以后就一直用GUTI，通过attachaccept带给UE；GUTI由两部分构成，一部分标识分配GUTI的MME，另一部分则标识被分配GUTI的UE(TMSI)基本概念UE标识-24-课程目录基本概念基于LTE信令分析的网络优化LTE信令流程介绍附录-25-2、随机接入4、RRC连接建立、重配、重建立、释放3、寻呼LTE信令流程介绍5、测量章目录无线网信令流程端到端信令流程移动性管理流程1、系统消息