LTE信令流程圖(端到端平臺(tái))

1、TDD-LTE 基本信令流程圖1 概述本文主要針對(duì)TD-LTE端到端信令流程圖進(jìn)行分解，為端到端平臺(tái)提供分析流程呈現(xiàn)依據(jù)。由于部分流程無(wú)S1口信令支撐，當(dāng)前根據(jù)相關(guān)文檔進(jìn)行的繪制，后續(xù)具備條件后進(jìn)行補(bǔ)充調(diào)整。2 TDD-LTE網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)概述LTE的系統(tǒng)架構(gòu)分成兩部分，包括演進(jìn)后的核心網(wǎng)EPC（MME/S-GW）和演進(jìn)后的接入網(wǎng)E-UTRAN。演進(jìn)后的系統(tǒng)僅存在分組交換域。LTE接入網(wǎng)僅由演進(jìn)后的節(jié)點(diǎn)B（evolved NodeB）組成，提供到UE的E-UTRA控制面與用戶面的協(xié)議終止點(diǎn)。eNB之間通過(guò)X2接口進(jìn)行連接，并且在需要通信的兩個(gè)不同eNB之間總是會(huì)存在X2接口。LTE接入網(wǎng)與核心網(wǎng)之間

2、通過(guò)S1接口進(jìn)行連接，S1接口支持多多聯(lián)系方式。與3G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)相比，接入網(wǎng)僅包括eNB一種邏輯節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中節(jié)點(diǎn)數(shù)量減少，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)更加趨于扁平化。扁平化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)降低了呼叫建立時(shí)延以及用戶數(shù)據(jù)的傳輸時(shí)延，也會(huì)降低OPEX與CAPEX。由于eNB與MME/S-GW之間具有靈活的連接（S1-flex），UE在移動(dòng)過(guò)程中仍然可以駐留在相同的MME/S-GW上，有助于減少接口信令交互數(shù)量以及MME/S-GW的處理負(fù)荷。當(dāng)MME/S-GW與eNB之間的連接路徑相當(dāng)長(zhǎng)或進(jìn)行新的資源分配時(shí)，與UE連接的MME/S-GW也可能會(huì)改變。2.1 EPC與E-UTRAN功能劃分與3G系統(tǒng)相比，由于重新定義了系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)

3、架構(gòu)，核心網(wǎng)和接入網(wǎng)之間的功能劃分也隨之有所變化，需要重新明確以適應(yīng)新的架構(gòu)和LTE的系統(tǒng)需求。針對(duì)LTE的系統(tǒng)架構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)功能劃分如下圖：eNodeB功能：1） 無(wú)線資源管理相關(guān)的功能，包括無(wú)線承載控制、接納控制、連接移動(dòng)性管理、上/下行動(dòng)態(tài)資源分配/調(diào)度等；2） IP頭壓縮與用戶數(shù)據(jù)流加密；3） UE附著時(shí)的MME選擇；4） 提供到S-GW的用戶面數(shù)據(jù)的路由；5） 尋呼消息的調(diào)度與傳輸；6） 系統(tǒng)廣播信息的調(diào)度與傳輸；7） 測(cè)量與測(cè)量報(bào)告的配置。MME功能：1） 尋呼消息分發(fā)，MME負(fù)責(zé)將尋呼消息按照一定的原則分發(fā)到相關(guān)的eNB；2） 安全控制；3） 空閑狀態(tài)的移動(dòng)性管理；4） SAE承載控

4、制；5） 非接入層信令的加密與完整性保護(hù)。服務(wù)網(wǎng)關(guān)功能：1） 終止由于尋呼原因產(chǎn)生的用戶平面數(shù)據(jù)包；2） 支持由于UE移動(dòng)性產(chǎn)生的用戶平面切換。2.2 E-UTRAN接口的通用協(xié)議模型E-UTRAN接口的通用協(xié)議模型如下圖所示，適用于E-UTRAN相關(guān)的所有接口，即S1和X2接口。E-UTRAN接口的通用協(xié)議模型繼承了UTRAN接口的定義原則，即控制面和用戶面相分離，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)層與傳輸網(wǎng)絡(luò)層相分離。繼續(xù)保持控制平面與用戶平面、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)層與傳輸網(wǎng)絡(luò)層技術(shù)的獨(dú)立演進(jìn)，同時(shí)減少了LTE系統(tǒng)接口標(biāo)準(zhǔn)化工作的代價(jià)。2.3 S1接口S1接口是MME/S-GW網(wǎng)關(guān)與eNB之間的接口，S1接口與3G UMTS系

5、統(tǒng)Iu接口的不同之處在于，Iu接口連接包括3G核心網(wǎng)的PS域和CS域，S1接口只支持PS域。2.3.1 S1接口的用戶平面用戶平面接口位于E-NodeB和S-GW之間，S1接口用戶平面（S1-UP）的協(xié)議棧如下圖所示。S1-UP的傳輸網(wǎng)絡(luò)層基于IP傳輸，UDP/IP之上的GTP-U用來(lái)傳輸S-GW與eNB之間的用戶平面PDU。GTP-U協(xié)議具備以下特點(diǎn)：1） GTP-U協(xié)議既可以基于IPv4/UDP傳輸，也可以基于IPv6/UDP傳輸；2） 隧道端點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)通過(guò)IP地址和UDP端口號(hào)進(jìn)行路由；3） UDP頭與使用的IP版本無(wú)關(guān)，兩者獨(dú)立。S1用戶面無(wú)線網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議功能：1） 在S1接口目標(biāo)節(jié)點(diǎn)

6、中指示數(shù)據(jù)分組所屬的SAE接入承載；2） 移動(dòng)性過(guò)程中盡量減少數(shù)據(jù)的丟失；3） 錯(cuò)誤處理機(jī)制；4） MBMS支持功能；5） 分組丟失檢測(cè)機(jī)制；2.3.2 S1接口控制面S1控制平面接口位于E-NodeB和MME之間，傳輸網(wǎng)絡(luò)層是利用IP傳輸，這點(diǎn)類似于用戶平面；為了可靠的傳輸信令消息，在IP曾之上添加了SCTP；應(yīng)用層的信令協(xié)議為S1-AP。S1接口控制面協(xié)議棧如下圖所示：S1控制面功能：1） SAE承載服務(wù)管理功能（包括SAE承載建立、修改和釋放）；2） S1 接口UE上下文釋放功能；3） LTE_ACTIVE狀態(tài)下UE的移動(dòng)性管理功能（包括Intra-LTE切換和Inter-3GPP-RA

7、T切換）；4） S1接口的尋呼；5） NAS信令傳輸功能；6） S1接口管理功能（包括復(fù)位、錯(cuò)誤指示以及過(guò)載指示等）；7） 網(wǎng)絡(luò)共享功能；8） 漫游于區(qū)域限制支持功能；9） NAS節(jié)點(diǎn)選擇功能；10） 初始上下文建立過(guò)程；11） S1接口的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)層不提供流量控制和擁塞控制功能。2.4 X2接口X2接口是eNB與eNB之間的接口。X2接口的定義采用了與S1接口一致的原則，體現(xiàn)在X2接口的用戶平面協(xié)議結(jié)構(gòu)與控制平面協(xié)議結(jié)構(gòu)均與S1接口類似。2.4.1 X2接口用戶平面X2接口用戶平面提供eNB之間的用戶數(shù)據(jù)傳輸功能。X2-UP的協(xié)議棧結(jié)構(gòu)如下圖所示，X2-UP的傳輸網(wǎng)絡(luò)層基于IP傳輸，UDP/I

8、P協(xié)議之上采用GTP-U來(lái)傳輸eNB之間的用戶面PDU。2.4.2 X2接口控制平面X2接口控制平面協(xié)議棧如下圖所示，LTE系統(tǒng)X2接口的定義采用了與S1接口一致的原則，其傳輸網(wǎng)絡(luò)層控制平面IP層的上面也采用了SCTP，為信令提供可靠的傳輸。應(yīng)用層信令協(xié)議表示為X2-AP。X2接口應(yīng)用層協(xié)議功能：1） 支持LTE_ACTIVE狀態(tài)下UE的LTE接入系統(tǒng)內(nèi)的移動(dòng)性管理功能；2） X2接口自身的管理功能，如錯(cuò)誤指示等；3） 上行負(fù)荷管理功能。2.5 S5接口S5接口是S-GW和P-GW之間的接口，提供S-GW和P-GW間的用戶面隧道和隧道管理功能。該接口點(diǎn)用于S-GW和P-GW分設(shè)時(shí)，S-GW建立

9、到P-GW的連接過(guò)程以及在用戶移動(dòng)性管理中S-GW重定位過(guò)程。S8接口是在用戶漫游的時(shí)候，VPLMN的S-GW和HPLMN的P-GW間的參考點(diǎn)，它的功能和S5接口相同。S5接口的控制平面功能，主要包括承載的建立、修改或釋放，控制平面采用GTPv2-C協(xié)議，遵循3GPP TS 29.274；用戶平面采用GTPv1-U協(xié)議，遵循3GPP TS 29.2812.6 S11接口S11接口是MME和S-GW之間的參考點(diǎn)，用于支持移動(dòng)性和承載管理流程，其功能跟S4接口的控制平面相似，包括承載的建立、修改或釋放；或者用于修改用戶承載的QoS參數(shù)修改；或者在有下行數(shù)據(jù)的時(shí)候，用于通知MME需要尋呼空閑態(tài)的用戶

10、；或者在發(fā)生InterRAT切換的時(shí)候，用于轉(zhuǎn)變數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)方式，刪除或者建立間接轉(zhuǎn)發(fā)方式。S11接口采用GTPv2-C協(xié)議，遵循3GPP TS 29.274。3 附著流程3.1 正常附著流程3.2 異常附著流程3.2.1 RRC建立失敗RRC建立失敗根據(jù)信令又分為三種：1、 RRC建立請(qǐng)求無(wú)響應(yīng)：（或是空口因素導(dǎo)致eNodeB未收到，或是收到但無(wú)法正確解碼）2、 RRC建立請(qǐng)求正確到達(dá)eNodeB，但eNodeB下發(fā)的rrc connection setup 消息UE未收到或收到后無(wú)法按照要求建立。3、 UE上發(fā)的rrc connection setup complete 消息在空口丟失導(dǎo)致建

11、立超時(shí)。 3.2.2 核心網(wǎng)拒絕3.2.3 eNodeB未收到初始化上下文建立請(qǐng)求3.2.4 RRC重配置請(qǐng)求丟失4 尋呼流程4.1 尋呼成功流程4.1.1 空閑態(tài)尋呼尋呼成功：MME發(fā)起尋呼（S1 接口發(fā)送Paing 消息）后收到S1 接口相應(yīng)的INITIAL UEMESSAGE（NAS: Service Request），則判做尋呼成功4.1.2 連接態(tài)尋呼4.2 尋呼失敗流程尋呼失?。篗ME發(fā)起尋呼（S1 接口發(fā)送Paing 消息），2 秒內(nèi)未收到S1 接口相應(yīng)的INITIAL UE MESSAGE，則判做一次尋呼失敗4.2.1 Paging消息不可達(dá)Paging消息在S1口丟失Pagi

12、ng消息在空口丟失4.2.2 RRC建立失敗RRC建立失敗根據(jù)信令又分為三種：1、RRC建立請(qǐng)求無(wú)響應(yīng)：（或是空口因素導(dǎo)致eNodeB未收到，或是收到但無(wú)法正確解碼）2、RRC建立請(qǐng)求正確到達(dá)eNodeB，但eNodeB下發(fā)的rrc connection setup 消息UE未收到或收到后無(wú)法按照要求建立。3、UE上發(fā)的rrc connection setup complete 消息在空口丟失導(dǎo)致建立超時(shí)。4.2.3 eNodeB未上發(fā)Initial UE message或達(dá)到超時(shí)5 去附著流程5.1 非關(guān)機(jī)去附著流程5.1.1 連接態(tài)非關(guān)機(jī)去附著5.1.2 空閑態(tài)非關(guān)機(jī)去附著5.2 關(guān)機(jī)去附

13、著流程UE關(guān)機(jī)去附著時(shí),發(fā)起去附著請(qǐng)求后不再響應(yīng)E-UTRAN側(cè)任何消息,直接釋放本地所有EPS承載和RB資源。如果是連接態(tài)關(guān)機(jī)去附著，則下圖流程中沒(méi)有RRC建立過(guò)程。6 TAU流程當(dāng)UE進(jìn)入一個(gè)小區(qū)，該小區(qū)所屬TAI不在UE保存的TAI list內(nèi)時(shí)，UE發(fā)起正常TAU流程，分為IDLE和CONNECTED（即切換時(shí)）下。如果TAU accept分配了一個(gè)新的GUTI，則UE需要回復(fù)TAU complete，否則不用回復(fù)。6.1 TAU成功流程6.1.1 空閑態(tài)TAUIDLE下，如果有上行數(shù)據(jù)或者上行信令（與TAU無(wú)關(guān)的）發(fā)送，UE可以在TAU request消息中設(shè)置an "active"標(biāo)識(shí)，來(lái)請(qǐng)求建立用戶面資源，并且TAU完成后保持NAS信令連接。如果沒(méi)有設(shè)置"active"標(biāo)識(shí)，則TAU完成后釋放NAS信令連接。IDLE下發(fā)起的也可以帶EPS bearer context status IE，如果UE帶該IE，MME回復(fù)消息也帶該IE，雙方EPS承載通過(guò)這個(gè)IE