LTE核心网信令流程.pptx
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LTE核心网信令流程.pptx
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LTE核心网信令流程,附着(Attach)与去附着(Deattach),手机开机先注册到一个网络上,UE注册到网络的过程称为附着(Attach),在附着过程中将UE的有关信息登记到网络实体.附着过程在UE和PGW间建立默认承载,以保证UE”永远在线”,同时为UE分配IP地址.附着后UE的状态从EMM-Deregistered变为EMM-Registered,从ECM-IDLE变为ECM-Connected.,附着流程:
用户身份标识IMSI,UE开机,EnodeB,1-RRC连接,MME,2-S1连接,HSS,3-鉴权请求,3-鉴权响应,4-安全模式控制流程启动及完成,5-位置更新消息,S-GW,6-请求建立默认承载,PDN-GW,6-请求建立默认承载,6-初始化上下文建立请求,7-默认承载建立,8-更改承载请求ENodeB地址和TEID,重新附着流程,MME改变,1-UE发起附着请求消息,携带网络选择指示给eNodeB,信息包含(IMEI、S-TMSI、UE网络能力和PDN地址分配等参数),2-eNB依据收到信息中携带的GUMMEI和选择的网络,推导MME。
如果MME不可达,则采用“MME”选择功能选择MME。
3-如果当前MME与UE上次注册服务的MME不同,则新MME使用UE获取的GUTI获取原来MME/SGSN的地址。
并向原来的MME发送身份请求,请求当前UE的IMSI,其中MME/SGSN发送身份响应,其中包含IMSI和未使用的EPS鉴权向量。
4-如果UE在原MME/SGSN和新MME中都未知,则向UE请求IMSI。
5-如果网络中没有保存UE上下文,强制进行鉴权;否则本步可选。
6-如果UE在附着请求中设置了已加密选项传输标识,则被加密的项(PCO或者APN)可以从UE获取。
7-如果新的MME中存在激活的承载上下文,则新MME向SGW发送删除会话请求,在SGW和PGW中删除会话。
8-如果MME发生改变,或MME中没有UE有效的上下文,或MME标示发生改变,或者UE提供IMSI,或者UE提供的GUTI不能有效指出上下文,则MME发送更新请求给HSS,消息中包含IMSI、MME标示、ME标示和更新类型。
9-HSS向旧的MME或者SGSN发送清除位置消息,其中包含IMSI和取消类型。
旧的MME/SGSN删除MM和承载上下文。
回复确认消息。
10-如果旧MME/SGSN中对这个UE保存有激活的上下文,则旧MME/SGSN就向相关的SGW和PGW发送删除会话请求。
SGW和PGW回复确认消息。
11-HSS向新MME发送更新位置消息,消息中包含IMSI和签约数据。
签约数据包含一个或者多个PDN签约。
每个PDN签约上下文包含一个“EPS签约的Qos脚本”以及签约的APN-AMBR。
新的MME确认UE出现在新TA中,如果所有检查都成功,则新MME为UE构建上下文。
12-新MME选择一个SGW,并发送建立会话请求给SGW,消息中承载IMSI、MMEContextID、RAT类型、默认承载Qos、PDN地址分配和AMBR等参数。
13-SGW在EPS承载列表中创建一个入口,并给PGW发一个建立会话请求,消息包含SGW的用户面地址、SGW用户面TEID、SGW控制面、RAT类型、默认承载Qos、PDN地址分配和AMBR等。
本步骤以后,SGW将缓存任何从PGW接受的下行数据。
直到21步骤。
14-如果网络中使用了PCRF和PGW与PCRF交互获取UE的PCC准则,完成此步骤。
15-PGW给SGW返回一个建立会话回应,该消息包含PGW用户面地址、PGW用户面TEID、PGW控制面TEID和PDN地址消息。
16-SGW给MME返回建立会话反应,包含PDN类型、PDN地址、用户面SGW地址和TEID、EPS承载标示、EPS承载Qos、PGW地址和TEID。
17-新的MME发送一条附着接受消息到eNB,如果新的MME分配一个GUTI,在GUTI也包括在内,该消息包含在一条S1AP初始化上下文建立请求里,同时这条消息也包含UE的安全上下文、切换限制列表、承载Qos参数以及AMBR相关的PDN地址信息和需要建立承载的Qos信息。
18-eNB发送RRCConnectionReconfiguration消息给UE,并将AttachAccept消息(S-TMSI、PDN地址、TA类型和PDN地址消息)也发送给UE。
19-UE发送RRCConnectionReconfigurationComplete消息给eNB。
20-eNB向新的MME发送初始化上下文安装回复。
21-UE向eNB发送DirectTransfer消息,消息中包含附着完成消息。
22-eNB转发给附着完成消息给MME。
在附着完成消息以及UE已经得到一个PDN地址信息以后,UE就可以发送上行数据包给eNB,eNB将隧道传给PGW和SGW。
23-新MME发送一条ModifyBearerRequest消息给SGW。
消息中包好eNB的地址和eNB的TEID。
24-SGW通过发送ModifyBearerResponse消息给新MME确认,然后SGW就可以发送缓存的下行数据包。
25-MME收到ModifyBearerResponse响应消息后,如果附着类型指示不是切换,并且有一个EPS承载的建立,且签约数据指示该UE被允许切换到Non-3GPP接入系统,MEM选择一个与HSS在签约上下文中指示的PGW标示所不同的PGW,则MME发送NotifyRequest消息到HSS。
其中包含APN和PGW标识,用于Non-3GPP间的移动性。
26-HSS保存APN和PGW标识,并向MME返回NotifyResponse消息。
UE,eNB,1附着请求,NewMME,2附着请求,oldMME,3身份请求,4身份请求,5强制鉴权,6加密选项,S-GW,P-GW,7删除激活承载上下文,7删除激活承载上下文,HSS,8位置更新请求,9删除位置信息请求,10删除会话消息,10删除会话消息,11位置更新请求确认,12建立会话请求,13建立会话请求,PCRF,14UE的PCC,15建立会话请求确认,16建立会话请求确认,17初始化上下文,18RRC无线连接配置,24修改承载请求,NotifyReponse,附着过程中的S1AP消息和NAS消息分析,S1AP消息分析,INITIALUE(attachRequest)消息-次消息包含参数有eNB、S1APID、TAI、S-TMSI和NAS-PDN等;NAS-EMM消息为ATTACHREQUEST主要参数有oldGUTI或者IMSI、UENetworkcapabilities、EPSattachtype和NASKSI。
NAS-ESM消息为PDNCONNECTIVITYREQUEST:
主要的参数有EPS承载的标识EBI、APN、PDN类型和PCO等。
INITIALCONTEXTSETUPREQUEST消息-此消息包含MMES1APID、eNBS1APID、AMBR,要建立的SAE承载、承载层Qos、传输层地址、GTPTEID等。
INITIALCONTEXTSETUPRESPONSE消息-此消息包含参数MMES1APID、ENBS1APID、承载层Qos、传输层地址和GTPTEID。
UPLINKNASTRANSPORT消息-主要有NASEMM包含参数EPS附着结果、TAIlist、GUTI等;NASESM包含ACTIVATEDEFAULTEPSBEARERCONTEXTACCEPT。
去附着(Detach),去附着过程就是UE在取消网络中的登记,即注销过程,UE状态从EMM-Registered到EMM-Deregistered,UE的上下文也从网络中删除。
当UE通过EUTRAN介入EPS网络时,有UE、MME、HSS发起的去附着等三种去附着方式。
UE发起的去附着过程可以是显式的或者隐式的。
显示的去附着,网络和UE明确的请求去附着,并互相用信令通知对方;隐式的去附着,网络去附着,但没有通知UE;,UE的去附着请求,UE,eNodeB,S-GW,1.去附着请求,2.去附着请求,MME,3.删除会话请求,P-GW,4.删除会话请求,PCRF,IP-CAN会话中止流程,5.删除会话响应,5.删除会话响应,6.删除会话响应(非UE断电情况下),7.UE上下文释放,8.无线承载释放,8.UE上下文释放响应,初始状态UE的初始状态为EMM-Registered&ECM-Connection;去附着后变为EMM-Deregistered&ECM-Idle;,MME发起的去附着,UE,eNodeB,S-GW,1.去附着请求,1.去附着请求,MME,P-GW,2.删除会话请求,PCRF,3.IP-CAN会话中止流程,4.删除会话响应,7.UE上下文释放,8.UE上下文释放响应,2.删除会话请求,4.删除会话响应,5.去附着接受消息,以上过程是显式去附着,MME隐式去附着-MME上的隐式分离定时器超时之后,MME发起隐式去附着过程。
HSS发起的去附着,UE,eNodeB,S-GW,1.去附着请求,1.去附着请求,MME,P-GW,2.删除会话请求,PCRF,3.IP-CAN会话中止流程,4.删除会话响应,7.UE上下文释放,8.UE上下文释放响应,2.删除会话请求,5.去附着接受消息,HSS发起去附着UE,此注销过程是由取消位置请求发起的。
原因值为SubscriptionWithdraw;,HSS,0.取消位置信息,S1释放,S1释放过程用于释放ENodeB与MME间的S1AP控制平面信令连接,以及eNodeB与SGW间的所有S1-U用户面承载。
该过程把ECM-Connection状态变为ECM-Idle状态,并且所有的UE相关的上下文信息在eNodeB被删除。
S1释放过程有两种,eNodeB释放和MME发起的释放过程。
eNodeB释放主要由于接入网中原因造成如下:
1.操作维护系统干预;2.接入网发生了不明原因的失败;接入网发现UE处于长期不活动状态;重复的RRC信令完整性检查失败;由于UE发生信令连接失败引起的S1释放。
MME触发的释放主要由于核心网的原因引起如下:
鉴权失败和去附着等。
UE,eNodeB,MME,S-GW,1.S1-UE上下文释放请求,2.释放用户面承载请求,3.释放用户面承载(eNB地址/TEID)请求,4.S1-UE上下文释放命令,5.RRC释放命令,6.RRC释放完成,7.S1-UE上下文释放完成,业务请求,业务请求之前,UE和MME都处于空闲状态,Uu口和S1口的连接都已经释放。
只有在EPC中还保留有未释放的连接。
在业务请求过程完成后,建立RRC连接和S1连接,UE和MME迁移到ECM-Connection状态。
并且保留在EPC中的承载重新激活。
UE发起的业务请求,ECM-Idle状态的UE发起业务请求的目的式发送上行信令消息和用户数据,或者作为寻呼响应,或者在UE重获无线覆盖信号。
1-UE处于ECM-Idle状态,由于有上行信令或者上行数据,则发起ServiceRequest给eNodeB,消息中带有用户标识S-TMSI。
2-eNodeB发送InitialUEMessage消息给MME,消息携带了NAS消息Servicerequest。
3-MME可以选择发起鉴权流程。
4-MME向eNodeB发送InitialContextsetuprequest消息。
要求建立S1承载和无线承载。
5-eNB向UE发送RRCConnectionReconfigration,要求建立无线承载,UE响应此条信令,上行通道恢复。
无线承载建立成功以后。
eNB无线资源和S1资源分配完成后,向MME发送成功的InitialContextsetupResponse消息。
6-MME收到eNodeB成功响应后,向ServingGW发送ModifyBearerRequest消息,更新eNodeB的地址和S1消息。
7-如果RAT类型已经改变,ServingGW向PDNGW发送ModifyBearerRequest消息,更新RAT信息。
8.如果动态PCC部署,PDNGW发起IP-CAN会话修改流程。
9-PDNGW返回更改承载响应。
10-ServingGW返回更改承载响应消息。
UE,eNodeB,1-NAS:
ServiceRequest,MME,2-初始化UE信息(NAS),HSS,3-业务鉴权,4-初始化上下文建立请求,5-RRC承载建立,5-RRC承载建立完成,5-上下文建立回应,SGW,6-更改承载请求,更新eNodeB和S1信息,PGW,7-更改承载消息,改变RAT,PCRF,8-IP-CAN修改流程,8-PGW修改承载响应,9-SGW修改承载响应,网络发起的业务请求,当SGW接收到发给ECM-Idle状态的UE下行数据时,SGW发送下行数据通知消息给MME,触发MME发送寻呼消息给UE。
当MME需要通知ECM-Idle状态的UE执行去附着过程,或者通知ECM-Idle状态的UE接受控制信令时,MME启动网络触发的服务请求过程,MME启动网络触发从步骤3开始。
1-SGW收到一个发给空闲状态UE的下行数据包,并缓存下行数据包。
2-SGW发送一个下行数据通知给MME,这是,如果SGW收到该UE的另外一个下行数据包,SGW则缓存这些数据包,但不再发送新的下行数据通知消息。
3-MME发送一条Paging消息(NASPagingID,TAI(s),PagingDRXID)给每一个UE注册的跟踪区的eNodeB。
4-eNodeB寻呼UE。
5-接下来,进行”UE触发的业务请求过程”,而后下行链路建立。
UE,eNodeB,MME,SGW,PGW,1-DownlinkData,2-DownlinkDataNotification,3-Paging,4-Paging,5-触发UE的业务请求流程,跟踪区更新,跟踪区更新(TAU)过程由UE发起的,用于告知网络UE当前所在的位置。
当UE处于GPRS附着或者E-UTRAN附着时,TA过程由一下过程触发。
1-进入新的TA(进入新TA区或者重新附着)。
2-周期性更新。
UE在周期TA更新定时器超时之后,发送TAURequest消息给MME。
3-UE在UTRANPMM_Connectied状态下,重新进入E-UTRAN。
4-UE在GPRSREADY条件下,重选进入E-UTRAN。
5-TIN指示为“P-TMSI”,UE重选进入E-UTRAN。
6-负载重分配。
有网络发起的UE的RRC连接。
要求UE随后发起TA更新过程,在TA更新过程中重新选择MME。
7-UE的RRC层通知NAS层。
发生了RRC连接失败。
8-UE网络能力信息改变。
9-UE语音能力信息改变。
TAU过程:
ServingGW不变,MME不变,UE处于E-UTRANECM-IDLE状态,当其进入非TAList的新TA中,UE发起TAU过程,SGW不变,MME不变。
1-UE发送TAUrequest消息给MME,发起TAU流程。
此时,RRC和S1连接建立,UE和MME转化为ECM-Connected状态。
2-如果需要发起安全流程且没有安全向量,则MME向HSS发送鉴权信息请求。
HSS响应,发送EPS安全向量。
3-MME可以发起安全流程。
4-MME发送TAUAccept响应UE。
5-如果GUTI重新分配了,UE响应TAUComplete消息。
TAU过程完成后,MME可触发S1连接释放流程,释放S1连接,RRC连接也被释放,UE重新恢复到ECM-Idle状态中。
TAU过程,ServingGW改变,MME改变,1-UE选在一个TA的E-UTRAN小区,该小区不再UE注册网络的TAI的列表中,从而触发TAU过程。
2-UE通过发送TracingAreaUpdateRequest(UECoreNetworkCapability,activeflag,oldRAI,oldP-TMSI,EPSbearerstatus,UpdateType,oldGUTI,P-TMSIsignature)消息发起TAU过程。
Activeflag指示为保留的EPS承载激活对应的无线和S1承载。
3-eNB从旧GUTI中得到GUMMEI(全球唯一MME标示),结合指示的选择网络,从而得到MME。
如果GUMMEI没有与eNB关联,或者GUMMEI是无效的,eNB根据选择功能选择一个MME。
eNB转发TAU给MME,该消息携带小区的ECGI和选择的网络。
4-新的MME发送一个上下文请求给旧的MME得到用户信息。
MME是从旧GUTI中得到旧的MME地址。
5-旧的MME返回一个上下文响应,消息中携带IMSI、五元鉴权组、承载上下文、SGW信令地址和TEID地址。
6-鉴权和加密。
7-新的MME发送一条contextAcknowledge消息(包含SGW的改变标识)给旧的MME,旧的MME就在GWS和HSS的UE上下文中表识无效。
8-MME为一个PDN连接选择一个新的SGW,发送creatsessionrequest(IMSI、bearercontexts、MMEaddressandTEID,Type、theProtocolTypeS5/S8,RATtype,ServingNetwork)消息到新SGW。
9-新的SGW向PGW发送ModifyBearerRequest(ServingGWAddressandTEID、RATtype、ServingNetwork)。
如果部署了动态PCC规则,RAT类型信息需要从PGW传递给PCRF。
10-PGW更新它的承载上下文并返回一条ModifyBearerResponse(MSISDN、ChargingID)消息。
11-SGW更新它的承载上下文。
这样允许SGW当收到来自eNB的承载PDUs时发送到PGW。
SGW向MME返回一条创建会话响应(SGW地址和TEID以及PGWTEID和GRE密钥)。
12-新的MME发送一条UpdateLocation(MMEIdentity,IMSI)消息给HSS,请求签约信息。
13-HSS发送cancelLocation(IMSI、CancellationTYPE)消息给旧的MME。
14-旧的MME清楚UE的上下文信息,返回CancelLocationAck(IMSI)消息。
15-S4SGSN向RNC发送IuReleaseCommand消息。
16-RNC返回IuReleaseComplete消息。
17-HSS通过发给MME的UpdateLocationACK(包含IMSI、鉴权数据)消息来确认UpdateLocation消息。
如果更新位置请求被拒绝,则MME拒绝来自UE的TAU请求。
18-旧的MME消除MM上下文,旧的MME通过发送DeleteBearerRequest(TEID)消息给SGW删除EPS承载资源。
19-SGW通过DeleteBearerResponse确认消息。
20-新的MME收到有效的和更新的签约数据后使其在新的TA生效。
MME向UE发送TAUAccept消息,其中包含MME为UE分配的GUTI、TAI类表、EPS承载状态和相关安全参数。
21-如果GUTI已经改变,UE通过返回一条TracingAreaUpdateComplete消息给MME来确认新的GUTI。
UE,eNodeB,TriggertostartTAU,1TAUrequest,NewMME,2TAUrequest,OldMME,4Contextrequest,5Contextrespondse,HSS,6鉴权和加密,7ContextrespondseACK,NewSGW,8创建会话请求,P-GW,9更改承载请求,10更改承载请求响应,11创建会话请求响应,12位置更新,13清除位置信息,14清除位置信息确认,17位置更新确认,oldSGW,18、19删除EPS资源,20位置更新接受,GUTI重分配,GUTI重分配过程是给UE分配一个新的GUTI和TAI列表,此过程由MME发起,当UE和MME之间建立信令关联时再分配GUTI和TAI列表。
GUTI重分配过程与UMTS中的TMSI/P-TMSI重分配过程的用法类似,作为临时的标示,保护IMSI。
GUTI和TMSI/P-TMSI一样由生命周期。
GUTI重分配过程可以是单独过程,也可以隐含在附着过程或者TAI过程中重新分配GUTI和TAI列表。
1-MME通过发送一条GUTIReallocationCommand(GUTI、TAI)给UE;2-UE存储GUTI和TAI列表,并发送一条GUTIReallocationComplete消息给MME,UE认为新的GUTI有效,旧的无效。
如果UE收到一个新的TAI列表,同样将新的TAI列表有效而旧的TAI列表无效;否则,UE继续使用旧的TAI列表。
切换,E-UTRAN内、给予X2切换-MME和SGW不变,基于X2的切换的E-UTRAN内切换框架,MME和SGW不变。
在切换过程中,通过X2接口进行切换准备过程,源eNodeB直接要求目标eNodeB进行资源预留。
这样切换准备过程中不涉及MME,减少了无线侧和MME的交互。
并且由于从源eNodeB到目的eNodeB的分组进行了缓存,因此X2接口降低了丢包率。
1-源eNodeB根据UE报告的测量结果或是自己的测量结果来完成“切换判断”。
一旦做出切换判断,源eNodeB在X2接口上向目标eNodeB发送一个切换请求消息。
目标eNodeB为将要到达的UE和行馆承载进行无线资源分配。
完成分配后,目标eNodeB向源eNodeB返回切换请求确认。
源eNodeB发送硬切换消息给UE。
UE离开小区,开始同步到新小区。
2-源eNodeB向目标eNodeB发送SNStatusTransfer消息,然后开始项目标eNodeB转发数据,目标eNodeB缓存从eNodeB来的数据包,一旦UE与目标eNodeB同步,它发送一个硬切换确认给目标eNodeB。
3-目标eNodeB发送PatchSwitchRequest消息给MME,告知UE已经改变小区。
包含目标小区的小区全局标识。
MME决定SGW继续为UE服务。
MME发送更改承载请求消息到SGW,SGW切换下行数据导入目标eNodeB,即SGW开始用新接收地址和TEIDs发送下行数据包给目标eNodeB。
SGW回送修改承载请求响应给MME。
MME发送PathSwitchRequestACK消息给目标eNodeB,目标eNodeB可以在无线链路上发送下行链路的缓存数据。
最后目标eNodeB通过X2接口发送UEcontextRelease消息,源eNodeB收到该消息后完成“无线资源释放”。
E-UTRAN内基于S1的切换-MME和SGW不变,如果两个切换间,并没有X2接口,此时要通过S1接口执行LTE系统内的切换。
由于源eNodeB和目标eNodeB之间不能直接通信,MME承担了2个eNB间的信令中继,信令切换准备过程比基于X2的切换复杂。
源eNB做出切换判断,不能直接发handoverRequest消息到目标eNB。
而是发送S1接口消息HandoverRequest消息给MME,MME在发送S1接口信息给目标eNB。
一旦目标eNB分配了无线资源,就发送handoverRequestACK消息给MME,MME发送HandoverCommand消息给源eNB。
源eNB发送HandoverC
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