1、EPC学习23401协议翻译总结820该篇文章是本人对23401协议的总结，其中包含了对原文的翻译、个人理解及阅读心得，希望能够对初学此协议的同事有所帮助。由于读协议时间不长，理解尚浅，存在理解错误之处，欢迎批评指正。Notes： 1 Handover流程翻译了Inter-eNodeB Handover.而对接入技术间的切换没有翻译。2 对RAU流程没有总结翻译，大家可以比对TAU流程对其进行学习。3 除1、2外的其他流程全部翻译总结过了。4 与原版协议存在章节顺序的不统一，给大家造成的困难敬请谅解。5 存在没有完全按原文翻译的段落，精简提炼了大致意思。6 如果有任何疑问请邮件联系，我们可以共
2、同探讨。1 引言概述1.1 协议范畴本协议设计范围为EPS（Evolved Packet System）。Evolved 3GPP Packet Switched Domain提供IP连通性。协议内容涵盖漫游、非漫游状态的各个方面，包括在E-UTURN（Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network）和以前的接入网之间的移动性，计费策略控制和计费，鉴权。23402协议是本协议的补充，它涉及非3GPP的内容。1.2 SAE核心网络初步知识1.2.1 几个重要网元的简单介绍1. MME（Mobile management Entity）,控制面
3、上的主要网元，与eNodeB之间存在信令面的接口S1-MME.与S-GW之间存在S11接口，与HSS之间的接口是S6a(Diameter类型协议) 。与S4-SGSN之间存在S3接口。与MSC之间存在SGs接口。与其他的MME之间通过S10接口相连。2. Serving GW, 用户面的一个重要网关。可以这么理解，3G中的SGSN相当于SGW+MME。对于它上面的接口（S1-U，S5/S8，S11，S103，S12，S4）不一一介绍。3. PDN GW，与外网关系最密切的网关。相当于3G中的GGSN。存在接口有S5/S8，S2a,Gx,SGi,Ga.4. HSS,用来存放签约数据。1.2.2
4、几个重要的定义1. MME 池：属于一个范围的概念，在此范围中，用户可以不换为之服务的MME来进行业务。MME池是很多个TA区的父集合。特别注意的是，MME池的范围可以互相重合。2. SGW服务池：理解类似于1。3. PDN连接： 一个用IP地址表征的用户和一个用APN（接入点名称）表征的PDN之间的连接。4. 缺省APN： 在签约数据中定义好的，用于附着过程中的PDN连接时选择PDN GW等。1.2.3 几个重要的缩略写法AMBR Aggregate Maximum Bit RateDL TFT DownLink Traffic Flow TemplateECGI Evolved Cell
5、Global IdentifierECM EPS Connection ManagementEMM EPS Mobility ManagementEPC Evolved Packet CoreEPS Evolved Packet SystemGUMMEI Globally Unique MME IdentifierGUTI Globally Unique Temporary IdentityGW GatewayPDB Packet Delay BudgetPLR Packet Loss RateLBI Linked EPS Bearer IdMME Mobility Management En
6、tityMMEC MME CodeM-TMSI M-Temporary Mobile Subscriber IdentityP-GW PDN GatewayPTI Protocol Transaction IdS-GW Serving GatewayS-TMSI S-Temporary Mobile Subscriber IdentitySDF Service Data FlowTAC Tracking Area CodeTAI Tracking Area IdentityTAU Tracking Area UpdateTIN Temporary Identity used in Next u
7、pdateUL TFT UpLink Traffic Flow Template简单说一下我刚接触协议时，几个让我感到困惑的缩写：1. GUTI（Global Unique Temporary ID）MME为UE分配的临时标识，能够表征为用户服务的MME，以及MME上的用户。2. S-TMSI，for paging, the mobile is paged with the S-Tmsi.STMSI=MMEC+M-TMSI，实际上表示的是在MME pool内使用的用户临时标识。3 TAI=MCC+MNC+TAC,也就是说TAI.等于国家代码+网号+tracking area code.4. T
8、IN用来存放上次用户在某种核心网里的标识，GUTI，PTMSI或者是IMSI。为了下次更新的时候使用。5.ECGI，无线侧使用的标志是哪个小区（全球唯一）。1.2.4 SAE组网架构上图是非漫游状态下的组网结构图，我们要把这张图好好的理解且记住。至于漫游态下的（home routed, local breakout with home/visited operators application function）三种情况的组网图可以类比着学习。其中，home routed时，Serving GW用漫游地的，而PGW、PCRF、IP Services都用归属地的，其他两种情况PCRF分为VPCR
9、F和HPCRF（之间S9接口）。SGW，PDNGW都用漫游地的，他们的区别在于用了哪边的Operators IP Services.2 功能分类2.1 Network Access Control Functions网络接入的意思是说一个用户连接到了演化的分组核心网系统。2.1.1 Network/Access network selecton UE选择了一个PLMN(公共陆地移动通信网)/接入网，从这里它可以获得自己的IP连通性。接入网的选择机制因接入技术的不同而不同。2.1.2 Authentication and authorisation function对用户的验证和鉴权，这个功能与
10、移动性管理有关。2.1.3 Admission control function这个控制的目的在于检查被请求的资源是否可用，还有决定是否预订这些资源。2.1.4 Policy and Charging Enforcement Function这于PCEF有关，PCEF涉及业务数据流探测，策略执行和基于流的计费功能。2.1.5 Lawful Interception合法监听的使用对象是优先级比较高的国家权力机关，如国家安全局。2.2 Packet routeing and transfer functions首先要搞明白什么是路由，路由就是在PLMN内或间的用来传送数据包而经过的一系列网络节点的
11、列表。每一个路由包括一个源节点，零个或以上的中继节点和一个目的端点。路由的过程就是按照一系列的规则决定并且使用一个用来传送数据的通路的过程。EPS是一个IP的网络，它在基于IP的情况下使用标准的路由和传输机制。2.2.1 IP header compression function通过使用IP头压缩机制，使无线侧功能的使用最优化。2.2.2 Packet screening function检查UE是否在用被分配好的IP地址（IPv4-Address/IPv6-Prefix/Full-IPv6-Address）2.3 Security Functions2.3.1 Ciphering func
12、tion加密功能可以保护空口上用户数据和信令的机密性。2.3.2 Integrity protection function保证UE和网络侧之间交互信令的完整性。2.4 Mobility management functions为了保持对UE当前位置的跟踪。2.4.1 处于ECM-IDLE态下的用户可达性管理处于IDLE态的用户位置被知晓的程度只是它所在的TA List。一个UE可以在多个TA区注册（一个TA LIST中）。用户被寻呼时就是向他所在的TAs所覆盖的小区发寻呼。周期性的TAU定时器超时后，用户发起周期性的TAU。这个定时器的启动是在用户进入IDLE态或者因为切换而离开E-UTRA
13、N后。3G空口状态的变化以及2G GPRS在STANDBY/READY态之间的切换不会影响周期性TAU定时器。MME也启动一个类似的timer。如果超时，MME可以推断出UE“不在服务区”。但是，这时候MME并不知道UE已经离开了多久，所以MME不会立即盲目的删除用户的承载。MME把PPF标志清除并启动第二个timer（这个值相对大一些）。PPF位删除后，MME不再对用户进行寻呼并且再收到SGW发来的Downlink Data Notification message后回复一个Downlink Data Notification Reject message。如果在第二个timer超时后（在此
14、期间UE没有跟网络联系），那么MME推测出UE已经离开服务区很久了。在ISR（Idle Mode Signalling Reduction）激活情况下，当第二个timer超时的时候，MME对用户置一个“允许隐式分离”标志。当和同时置此标志后，用户被隐式分离掉。如果用户回到了态下，清除此标志，并置标志位。2.4.2 TA list 的管理涉及UE的TAI LIST的分配和重分配。TA区就是针对MME的服务范围来说的。2.4.3 eNodeB间的移动锚点功能2.4.4 3GPP间移动锚点功能2.4.5 ISR机制ISR机制的引入就是为了减少在IDLE态(ECM-IDLE, PMM-IDLE, GP
15、RS STANDBY states)时在inter-RAT cell-reselection过程中的信令的数量。2.4.6 移动限制移动性限制由UE、无线接入网和核心网共同提供。ECM-IDLE态下的UE根据核心网侧提供的信息执行移动限制，ECM-CONNECTED态下的执行是在无线接入网和核心网上执行。在这种状态下，核心网向无线接入网提供一个handover restriction list。这个限制列表详细指明了漫游、地区和接入限制。2.5 无线资源管理由无线接入网执行。为了支持E-UTRAN无线资源的管理，MME经过S1提供给eNodeB一个“RAT/Frequency Selectio
16、n Priority”参数.RFSP 是针对每一个UE的参数。MME从HSS那里获取RFSP（例如，在附着过程中）。2.6 网络管理2.6.1 MME间的负载均衡对每个MME配一个权值。eNodeB选择某个MME的可能性是根据这些权值成比例得来的。这个权值是根据该MME相对于MME池中其他MME的“能力”来决定的。例如，一个新的MME权值会比较大，它可以替其他MME分担任务。这种权值不会变换的很经常。2.6.2 MME间负载的重均衡举个例子，当O+M操作时，要将一个MME从一个MME pool里移走，那么就要进行负载重均衡。如果这个MME将要被停用，上节中所述的权值置零，这样新的接入者就不会选
17、择它了。而且还要尽快地、对周围影响最小的进行Off-load过程。特别注意一点，对于处于connected态的用户（没有TAU，ATTACH，DETACH，SERVICE REQUEST），那么会启用eNodeB间的Handover（MME重选）流程。该流程的触发是MME向eNodeB发送一个handover trigger信息。对于IDLE态下的用户，网络侧要把他们叫醒，让之处于connected态，然后再进行上述过程。2.6.3 MME对过载的控制MME调用S1 interface overload procedure可以限制负载其上的eNodeB们。或是the use of NAS si
18、gnalling to reject NAS requests from UEs.对负载其上的eNodeB们，MME可以发送overload start message. MME 要求eNodeB:only permit RRC connection establishments for emergency sessions for that MME.2.7 选择功能2.7.1 PDN GW的选择PDN GW的选择根据HSS提供的签约数据信息和其他附加的标准来进行。HSS对每个签约的PDN提供一个或多个PDN签约上下文：1. PDN GW 的ID 和一个APN，或者2. 一个APN和一个针对该
19、APN的一个指示（PDN GW的选择在拜访地或者归属地PLMN是否被允许）。为与非3GPP切换而准备的一个PDN GW的IP地址也能包括在内。对于静态的地址分配情况，一个静态的PGW可能被这样选择出来：APN 映射出的PDN GW或HSS提供的PDN GW ID映射出的PDNGW。HSS也可以指示哪个PDN签约上下文是对这个用户默认的。通过用户提供的APN来获得PDN GW的ID，如果这个被用来选择PGW的APN已经存在着PDN连接，那么选择相同的PDN GW。 2.7.2 Serving GW 的选择选择时遵循的三个大的原则:1.符合网络拓扑。2.考虑SGW之间的负载均衡。3.对网络中存在G
20、W合设的情况，优先选择合设的。2.7.3 MME的选择遵循网络拓扑，考虑负载均衡2.7.4 SGSN的选择遵循网络拓扑，考虑负载均衡2.7.5 PCRF的选择一个PDN GW 和AF可能被一个或多个PCRF节点服务，而且，在漫游态下（Local breakout情况），拜访地网络中使用一个或多个PCRF。参见 TS23.2036。2.8 IP NETWORK RELATED FUNCTIONS2.8.1 域名服务对EPS中的节点，通过域名解析到他们的IP地址2.8.2 DHCP功能Dynamic Host Configuration Function允许给UE提供IP配置信息。2.8.3 eN
21、odeBs跟多MMEs的连接功能一个eNodeB可以连接多个MMEs。这意味着一个eNodeB必须能够决定哪个MME能够覆盖UE定位的区域，也能够收到UE发出的信令。MME之间通过发送Identification Request message或者Context Request message来获得用户上下文，一个新的MME向原侧MME要上下文时需要使用GUTI。3 网元的具体详细介绍3.1 E-UTRANE-UTRAN的功能有：1. 头压缩和用户面加密。2. MME的选择（至某个MME没有路由通路时，可以根据用户提供的信息来决定选择MME）3. 上行和下行承载级别的允许控制。4. 传送上行中
22、不同服务水平的信息包，例如根据承载的QCI设定差别服务。3.2 MMEMME的功能有如下：1. NAS信令2. NAS信令安全3. 不同的3GPP接入网之间的移动而产生的核心网网元之间的信令传送（S3接口）4. ECM-IDLE态下的UE可达性（包括执行和管理寻呼转播）5. 跟踪区列表管理6. PGW和SGW的选择7. handover流程中，MME需要变换时，MME的选择8. Handover到2G/3G接入网时，SGSN的选择9. 漫游（跟归属地HSS间的S6a接口）10. 安全鉴定11. 承载管理，包括专有承载的建立12. 对信令传输的合法监听NOTE：MME和SGW可以在一个物理节点上
23、实现也可分开实现。3.3 Gateway对一个与EPS有关联的UE，在一定的时间内，只有一个SGW。SGW功能（不论S5/S8的类型）：1. Inter-eNodeB切换的移动锚点2. 3GPP接入网之间切换的时候作为移动锚点3. ECM-IDLE态下，下行数据的缓冲和触发网络侧发起service request流程。4. 合法监听5. 分组路由和转发6. 传送上、下行中不同服务水平的信息包，例如根据承载的QCI设定差别服务。7. 基于业务种类的计费。8. 在inter-eNodeB类型的切换时，帮助eNodeB对网络侧下行的包和原侧eNodeB接收并缓存的包进行排序，防止乱序，通过“end
24、marker”来实现。9. 基于每个用户，某个PDN连接，某种QCI的业务的上行数据和下行数据的计费10. 它不能连在GGSN上3.4 PDN GWPDN GW和PDN之间的接口为SGi。如果一个用户接入多个PDN连接，这将可能会存在多于一个的PDN GW为这个用户服务，但是S5/S8和Gn/Gp的组合不能同时为UE服务。它的功能包括（GTP-based,pmip-based）：1. 基于用户的包过滤功能2. 合法监听3. UE的IP地址分配（重点）4. 传送上、下行中不同服务水平的信息包，例如根据承载的QCI设定差别服务。5. 上行、下行基于业务水平的计费6. 上行、下行业务级别的门控7.
25、上行、下行业务级别的速度控制，根据速度策略来执行或对SDF进行整形8. 基于APN-AMBER对上行、下行速率的控制执行9. 基于有相同GBR、QCI的SDFs的累积MBRs的下行速率的控制10. DHCPv4和DHCPv611. 网络不支持PPP承载类型，GGSN的R8 以前的PPP功能可能会在PGW中实现后面的几个功能是GTP-based S5/S8特有的：1. 上行、下行中承载的约束2. 上行承载约束的检查3.5 SGSN除却在23060协议中描述的SGSN的功能，还有：1. 在2G/3G和4G的接入网切换时，核心网中节点的信令传输2. PDN和Serving GW的选择3. 在切换到4
26、G接入网的时候，对MME的选择3.6 GERAN，UTRAN，PCRF，AAA serverPCRF是策略下发和计费控制的网元。在非漫游态下，在归属地HPLMN中只有单个的PCRF与用户的IP-CAN会话相关。PCRF实现接口有Rx和Gx。漫游态（Local breakout）情况下，会存在2个PCRFs服务于一个用户（vpcrf&hpcrf）特别注意的是HPCRF有个特有的功能：通过S9，Rx接口实现与PDN GW间的IP-CAN会话。AAA server与PDN GW之间实现SGi接口。接口S3，S4，S5，S8 ，S10，S11 都是基于GTP协议的。4 EPS移动性管理状态和连接管理状
27、态4.1 EMM，ECM简介EPS Mobility Management states的产生是移动性管理流程（ATTACH、TAU）的结果而 EPS Connection Management stages描述了UE和核心网之间信令的连续性ECM状态、EMM状态两者互相独立4.2 EMM4.2.1 EMM-DEREGISTERED在此状态下，UE对MME来说不可达，因为EMM上下文中不包括用户的有效位置和路由信息。而且，UE上下文仍可以被保存在UE和MME中，这样做的目的就是避免在每次附着的时候发起AKA过程，也就是鉴权过程。4.2.2 EMM-REGISTEREDUE可以通过一次成功的注册
28、流程（attachTAU等）来进入此状态。这种状态下，MME知道UE的确切位置或者是用户所在的TA List。在这状态下，用户至少有一个PDN连接并且建立了EPS安全上下文。Detach流程可以把用户重新送回DEREGISTERED态。当然，TAU或ATTACH的被拒绝信息通常也会让UE和MME中的EMM状态变化为未注册态。如果一个用户所有的承载被释放（切换到非3GPP时），MME会把UE的MM状态变为未注册。当UE检测到自己所有的承载被释放后，UE也会把MM状态变成未注册。当切到非3GPP网后，UE切断与接入网所有的接口，这时候，UE自动的把自己的MM状态变成未注册。当UE可达定时器超时，M
29、ME可能会把一个用户隐式分离。4.3 ECM4.3.1 ECM-IDLE一个用户与网络没有NAS信令连接时，用户进入了IDLE态。此状态下的UE在eNodeB内没有上下文，也没有S1-MME，S1-U连接。在EMM-REGISTERED，ECM-IDLE态，UE会：1. 如果用户当前TA不在TA list中时，为了用户维持自己的注册态，同时也能够被MME寻呼，那么用户会发起TAU2. 发起周期性TAU，用以通知核心网UE可用3. 当应答呼叫时，发起service request4. 为上传用户数据而建立无线承载时，发起service request.当UE和MME之间的信令连接通道被建立，UE
30、和MME将会变为ECM-CONNECTED态。能够发起ECM-IDLE转为ECM-CONNECTED态的消息有ATTACH request, TAU, service request 和 Detach Request。用户在IDLE态时，UE和网络侧可能不同步。用户和网络侧可能有不同的EPS承载集。当UE和MME进入了ECM-CONNECTED态后，EPS Bearers 在两侧将会被同步。4.3.2 ECM-CONNECTEDUE处在这个状态下，MME将会知道为它服务的eNodeB的ID。用户的移动性管理与handover有关。eNodeB明确指示（触发）时，用户发起TAU流程。eNodeB
31、可以因为UE的移动性或者负载均衡的原因，在MME发生变化的切换流程后，触发TAU流程。在MME不变的切换流程后，而且当前的TAI不再TA List中了，要不要发起TAU流程是由RAN配置决定的。CONNECTED态下的用户与MME间存在信令连接（由RRC连接和S1-MME连接组成）。S1-Release流程可以把UE和MME双双从CONNECTED态打回IDLE态。由于无线连接异常或离开覆盖区等原因，UE可能收不到S1-release的指示。这种情况下，UE、MME两者的ECM状态会暂时性的不匹配。当一个用户换到CONNECTED态，并且此时无线承载没能被建立，那么相应的核心网侧的承载会被去激活。4.4 状态切换EMM state model in UEEMM state model in MMEECM state model in UE ECM state model in MME5 QoS5.1 PDN连接服务EPS提供了UE和外部分组数据网之间的IP连通性。这就被叫做PDN连接服务。PDN连接服务支持一个或多个业务数据流
