LTE空口协议及信令流程讲义.pptx

LTE空口协议及信令流程教学目标n熟悉LTE空口协议介绍n熟悉开机附着/去附着n熟悉Service Request流程n熟悉寻呼流程n熟悉TAU流程n熟悉切换流程n熟悉专用承载建立流程教学内容nLTE空口协议介绍空口协议介绍n开机附着/去附着nUE发起Service Request流程n寻呼流程nTAU流程n切换流程n专用承载流程LTE系统架构peNode B间的接口间的接口MME/S-GWMME/S-GWX2S1pMobility ManagementpServing GatewaypMME/SGW 与与 eNode B的接的接口口EPCE-UTRANEPSeNode BX2X2eNode BeNode BUuUEpEvolved Packet System EPSpEvolved Packet Core EPCLTE/SAE系统结构演进SGi S4 S3 S1-MME PCRFS7 S6a HSSS10 UEGERAN UTRAN SGSN LTE-Uu E-UTRAN MMES11 S5 Serving Gateway PDN Gateway S1-U Operators IP Services(e.g.IMS,PSS etc.)Rx+q 网络结构扁平化q E-UTRAN只有一种q 网元E-Node Bq 全IPq 媒体面控制面分离q 与传统网络互通LTE网元功能MMEServing GWPDN GWE-Node B 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3GPP Node B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-Node BPHYUEPHYMACRLCMACMMERLCNASNASRRCRRCPDCPPDCPAPPUDPGTPUIPS1APSCTPSGWIPUDPGTPUIPSCTPS1APX2AP控制面协议架构UEeNode-BMME控制面协议架构UEeNode-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-BMMESAE Gateway用户面协议架构UEeNode-BMMESAE GatewayRLC 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承载业务架构承载概念nGBR/Non-GBR 承载：在承载建立或修改过程中通过例如eNode B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（Guaranteed Bit Rate，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n默认承载（Default Bearer）：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。n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nUu空口(X1)：UE与eNode B之间的空中接口。nS1接口：eNode 与EPC之间的接口。nUE-associated logical S1-connection：UE相关S1逻辑连接，对于某个UE-associated logical S1-connection在MME侧用MME UE S1AP ID 标识，在 eNB侧用eNB UE S1AP ID 标识，此连接可能在S1 UE context 建立之前存在。nNAS signalling connection：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S1 AP连接。教学内容nLTE空口协议介绍n开机附着开机附着/去附着去附着nUE发起Service Request流程n寻呼流程nTAU流程n切换流程n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Attach RequestnRRCConnectionSetupComplete、InitialUEMessage把NAS消息Attach Request发送到EPC。InitialContextSetupRequestn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。nUE的安全能力参数是通过attach request消息带给核心网的，核心网再通过该消息送给eNB。UE Capability Enquiryn如果消息InitialContextSetupRequest带了UE Radio Capability IE，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UE Capability Info Indication给核心网上报UE的无线能力信息。UECapability Enquiryn带如果消息InitialContextSetupRequest带了UE Radio Capability IE，则eNB不会发送UECapabilityEnquiry消息给UE。LTE中的密钥体系n密钥体系Distribution of authentication datanAuth authentication vectorn四元组：RAND、AUTN、XRES、KASMEn3G：AV五元组：RAND、AUTN、XRES、CK、IK鉴权nUE收到Authentication Request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。nUSIM计算出RES。nUE响应包括RES的Authentication Response消息。nMME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。安全模式命令nNAS层安全模式命令lMME和UE两端协商NAS算法l计算NAS完整性保护密钥和加密密钥nAS层安全模式命令leNB和UE两端协商AS算法l计算NAS完整性保护密钥和加密密钥NAS安全模式命令nMME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。nMME向UE发送NAS安全模式命令消息AS安全模式命令nAS层安全模式命令过程由eNB发起n发送Security Mode Command，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nUE进行完整性校验NAS信息发送nUL Information Transfer(UU)nUplink NAS Transport(S1)nDL Information Transfer(UU)nDownlink NAS Transport(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）n非关机去附着，则会收到MME的Detach Accept响应消息和eNB的RRC Connection Release消息.关机去附着流程附着/去附着跟踪信令非关机去附着过程（RRC_CONNECTED）教学内容nLTE空口协议介绍n开机附着/去附着nUE发起发起Service Request流程流程n寻呼流程nTAU流程n切换流程n专用承载流程UE发起的Service Request过程 UE发起的Service Request过程 教学内容nLTE空口协议介绍n开机附着/去附着nUE发起Service Request流程n寻呼流程寻呼流程nTAU流程n切换流程n专用承载流程寻呼流程nMME触发寻呼触发寻呼寻呼流程n系统消息改变触发寻呼系统消息改变触发寻呼教学内容nLTE空口协议介绍n开机附着/去附着nUE发起Service Request流程n寻呼流程nTAU流程流程n切换流程n专用承载流程TAU流程nIDLE下，如果有上行数据或者上行信令（与TAU无关的）发送，UE可以在TAU request消息中设置an“active”标识，来请求建立用户面资源，并且TAU完成后保持NAS信令连接。如果没有设置“active”标识，则TAU完成后释放NAS信令连接。n如果TAU accept分配了一个新的GUTI，则UE需要回复TAU complete，否则不用回复。TAU流程：RRC_IDLE不设置“active”标识（1）TAU流程：RRC_IDLE不设置“active”标识（2）TAU流程：RRC_IDLE不设置“active”标识（3）TAU流程：RRC_IDLE设置“active”标识（1）TAU流程：RRC_IDLE设置“active”标识（2）TAU流程：RRC_IDLE设置“active”标识（3）TAU流程：RRC_CONNECTED发起的流程TAU流程：RRC_CONNECTED发起的流程教学内容nLTE空口协议介绍n开机附着/去附着nUE发起Service Request流程n寻呼流程nTAU流程n切换流程切换流程n专用承载流程切换nLTE测量l测量事件l测量建立l测量报告nIntra-eNB HandOver：同一基站内不同小区间切换流程nInter-eNB HandOver：不同基站间小区切换lS1 Based Handover：基于S1接口切换流程lX2 Based Handover：基于X2接口切换流程LTE测量n测量事件lA1事件：服务小区质量高于一个绝对门限lA2事件：服务小区质量低于一个绝对门限lA3事件：邻区比服务小区质量高于一个绝对门限，lA4事件：邻区质量高于一个绝对门限lA5事件：服务小区质量低于一个绝对门限1，且邻区质量高于一个绝对门限2lB1事件：异系统邻区质量高于一个绝对门限lB2事件：服务小区质量低于一个绝对门限1且异系统邻区质量高于一个绝对门限2LTE测量n测量建立测量建立：RRC连接建立后，与承载UE上下文建立消息的第一次RRCConnection Reconfiguration消息一起下发LTE测量n测量报告：UE通过Measurement Report发送测量结果Intra-eNB HandOverInter-eNB X2 HandOver（1）Inter-eNB X2 HandOver（2）n源侧信令跟踪n目标侧信令跟踪Inter-eNB S1 HandOver（1）Inter-eNB S1 HandOver（2）n源侧信令跟踪n目标侧信令跟踪Inter-eNB S1 HandOver（3）n源eNB向MME发起切换RequiredInter-eNB S1 HandOver（4）nMME向目标eNB发起切换RequestInter-eNB S1 HandOver（5）nMME向源eNB发起切换命令Inter-eNB S1 HandOver（6）n源eNB向UE发送RRCConnection Reconfiguration，消息中包含专用Preamble，表明是非竞争的RA。教学内容nLTE空口协议介绍n开机附着/去附着nUE发起Service Request流程n寻呼流程nTAU流程n切换流程n专用承载流程专用承载流程专用承载n专用承载建立：专用承载建立由UE或MME主动发起，eNB不能主动发起，且只能在RRC_CONNECTED下发起该流程。n专用承载修改：专用承载修改可以由UE、MME主动发起，不能由eNB主动发起，只能在RRC_CONNECTED下发起该流程。n专用承载释放：只能在RRC_CONNECTED下发起该流程。专用承载建立（1）专用承载建立（2）专用承载建立（3）专用承载修改（1）专用承载修改（专用承载修改（2）专用承载修改（3）专用承载释放（1）专用承载释放（2）