LTE空口協(xié)議及信令流程講義

1、LTE空口協(xié)議及信令流程教學目標n熟悉LTE空口協(xié)議介紹n熟悉開機附著/去附著n熟悉Service Request流程n熟悉尋呼流程n熟悉TAU流程n熟悉切換流程n熟悉專用承載建立流程教學內容nLTE空口協(xié)議介紹空口協(xié)議介紹n開機附著/去附著nUE發(fā)起Service Request流程n尋呼流程nTAU流程n切換流程n專用承載流程LTE系統(tǒng)架構p eNode B間的接口間的接口MME / S-GWMME / S-GWX2S1p Mobility Managementp Serving Gatewayp MME/SGW 與與 eNode B的接的接口口EPCE-UTRANEPSeNode BX2

2、X2eNode BeNode BUuUEp Evolved Packet System EPSp Evolved Packet Core EPCLTE/SAE系統(tǒng)結構演進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 網絡結構扁平化q E-UTRAN只有一種q 網元E-Node Bq 全IPq 媒體面控制面分離q 與傳統(tǒng)網絡互通

3、LTE網元功能MMEServing GWPDN GWE-Node B NAS信令以及安全性功能 3GPP接入網絡移動性導致的CN節(jié)點間信令 空閑模式下UE跟蹤和可達性 漫游 鑒權 承載管理功能（包括專用承載的建立） 支持UE的移動性切換用戶面數(shù)據(jù)的功能 E-UTRAN空閑模式下行分組數(shù)據(jù)緩存和尋呼支持 數(shù)據(jù)包路由和轉發(fā)上下行傳輸層數(shù)據(jù)包標記基于用戶的包過濾合法監(jiān)聽IP地址分配上下行傳輸層數(shù)據(jù)包標記DHCPv4和DHCPv6（client、relay、server）具有現(xiàn)3GPP Node B全部和RNC大部分功能，包括：物理層功能MAC、RLC、PDCP功能RRC功能資源調度和無線資源管理無線

4、接入控制移動性管理LTE協(xié)議結構 信令流數(shù)據(jù)流E-Node BPHYUEPHYMACRLCMACMMERLCNASNASRRCRRCPDCPPDCPAPPUDPGTPUIPS1APSCTPSGWIPUDPGTPUIPSCTPS1APX2AP控制面協(xié)議架構UEeNode-BMME控制面協(xié)議架構UEeNode-BMMERRC 子層執(zhí)行的功能: 廣播 尋呼 鏈接管理 無線承載控制 移動性UE測量上報和控制PDCP 子層執(zhí)行的功能: 加密和完整性保護NAS 子層執(zhí)行的功能: 認證、鑒權 安全控制 Idle 模式移動性處理 Idle 模式尋呼發(fā)起用戶面協(xié)議架構UEeNode-BMMESAE Gatewa

5、y用戶面協(xié)議架構UEeNode-BMMESAE GatewayRLC 子層執(zhí)行的功能: PDU傳輸ARQ 包的組合和拆分PDCP 子層執(zhí)行的功能: 頭壓縮 加密MAC 子層執(zhí)行的功能: 調度 HARQ 邏輯信道優(yōu)先級處理 PDU組包和解復用物理層(L1)執(zhí)行的功能： 無線接入功率控制 MIMOEPS承載業(yè)務架構承載概念nGBR/ Non-GBR 承載：在承載建立或修改過程中通過例如eNode B接納控制等功能永久分配專用網絡資源給某個保證比特速率（Guaranteed Bit Rate，GBR）的承載，可以確保該承載的比特速率。否則不能保證承載的速率不變則是一個 Non-GBR 承載n默認承載

6、（Default Bearer）：一種滿足默認QOS的數(shù)據(jù)和信令的用戶承載，提供盡力而為的IP連接。默認承載為Non-GBR 承載。默認承載為UE接入網絡時首先建立的承載，該承載在整個PDN連接周期都會存在，為UE提供到PDN的“永遠在線”的IP連接。n專用承載：對某些特定業(yè)務所使用的SAE承載。一般情況下專用承載的QOS比默認承載高，專用承載可以是GBR或Non-GBR 承載。連接概念nUu空口(X1)：UE與eNode B之間的空中接口。nS1接口： eNode 與EPC之間的接口。nUE-associated logical S1-connection：UE相關S1邏輯連接，對于某個UE

7、-associated logical S1-connection在MME側用MME UE S1AP ID 標識，在 eNB側用eNB UE S1AP ID 標識，此連接可能在S1 UE context 建立之前存在。nNAS signalling connection：NAS信令連接，是UE與MME之間端到端的連接，NAS信令連接包括“LTE-Uu”空口的RRC連接和S1口的S1 AP連接。教學內容nLTE空口協(xié)議介紹n開機附著開機附著/去附著去附著nUE發(fā)起Service Request流程n尋呼流程nTAU流程n切換流程n專用承載流程開機附著開機附著NAS信令連接建立建立RRC連接 建S

8、1連接Attach RequestnRRCConnectionSetupComplete、InitialUEMessage把NAS消息Attach Request發(fā)送到EPC。InitialContextSetupRequestn該消息為MME向eNB發(fā)起的初始上下文建立請求，請求eNB建立承載資源，同時帶安全上下文，可能帶用戶無線能力、切換限制列表等參數(shù)。nUE的安全能力參數(shù)是通過attach request消息帶給核心網的，核心網再通過該消息送給eNB。UE Capability Enquiryn如果消息InitialContextSetupRequest帶了UE Radio Capabi

9、lity IE，則eNB不會發(fā)送UECapabilityEnquiry消息給UE，否則會發(fā)送，UE上報無線能力信息后，eNB再發(fā)UE Capability Info Indication給核心網上報UE的無線能力信息。UECapability Enquiryn帶如果消息InitialContextSetupRequest帶了UE Radio Capability IE，則eNB不會發(fā)送UECapabilityEnquiry消息給UE。LTE中的密鑰體系n密鑰體系Distribution of authentication datanAuth authentication vectorn四元組：

10、RAND、AUTN、XRES、KASMEn3G：AV五元組：RAND、AUTN、XRES、CK、IKMME HE Authentication data request IMSI, SN identity, Network Type Type Authentication data response EPS-Authentication Vector (s) VLR/SGSN HE Authentication data request IMSI Authentication data response AV(1.n) 鑒權nUE收到Authentication Request消息后，首先驗證

11、AUTN的新鮮性，如果驗證通過，則完成了UE對MME的認證，認為接入的網絡是可信任的。nUSIM計算出RES。nUE響應包括RES的Authentication Response消息。nMME檢查RES和XRES是否一致，如果一致，則完成了MME對UE的認證，認為該UE是合法的。 ME/USIM MME User authentication request (RAND, AUTN, KSIASME) User authentication response (RES) 安全模式命令nNAS層安全模式命令lMME和UE兩端協(xié)商NAS算法l計算NAS完整性保護密鑰和加密密鑰nAS層安全模式命令l

12、eNB和UE兩端協(xié)商AS算法l計算NAS完整性保護密鑰和加密密鑰NAS安全模式命令nMME根據(jù)UE上報的安全能力，選擇NAS層使用的加密算法和完整性保護算法。nMME向UE發(fā)送NAS安全模式命令消息 UE MME NAS Security Mode Command (eKSI, UE sec capabilities, Ciphering algorithm, Integrity algorithm, IMEISV request, NONCEUE, NONCEMME, NAS-MAC) Verify NAS SMC integrity. If succesful, start cipheri

13、ng/ deciphering and integrity protection and send NAS Security Mode Complete. Start uplink deciphering Start integrity protection NAS Security Mode Complete (IMEISV, NAS-MAC) Start downlink ciphering AS安全模式命令nAS層安全模式命令過程由eNB發(fā)起n發(fā)送Security Mode Command，該消息被完整性保護，發(fā)送該消息后，啟動下行方向對RRC消息和用戶數(shù)據(jù)加密保護nUE進行完整性校驗

14、UE eNB AS Security Mode Command (Integrity algorithm, Ciphering algorithm, MAC-I) AS Security Mode Complete (MAC-I) Verify AS SMC integrity. If succesful, start RRC integrity protection, RRC/UP downlink deciphering, and send AS Security Mode Complete. Start RRC/UP uplink ciphering Start RRC/UP uplin

15、k deciphering Start RRC integrity protection Start RRC/UP downlink ciphering NAS信息發(fā)送nUL Information Transfer(UU)nUplink NAS Transport(S1)nDL Information Transfer(UU)nDownlink NAS Transport(S1)非關機去附著流程:RRC_IDLE（1）非關機去附著流程:RRC_IDLE（2）去附著流程: RRC_CONNECTED（非關機）n非關機去附著，則會收到MME的Detach Accept響應消息和eNB的RRC C

16、onnection Release消息.關機去附著流程附著/去附著跟蹤信令非關機去附著過程（RRC_CONNECTED）教學內容nLTE空口協(xié)議介紹n開機附著/去附著nUE發(fā)起發(fā)起Service Request流程流程n尋呼流程nTAU流程n切換流程n專用承載流程UE發(fā)起的Service Request過程 UE發(fā)起的Service Request過程 教學內容nLTE空口協(xié)議介紹n開機附著/去附著nUE發(fā)起Service Request流程n尋呼流程尋呼流程nTAU流程n切換流程n專用承載流程尋呼流程nMME觸發(fā)尋呼觸發(fā)尋呼尋呼流程n系統(tǒng)消息改變觸發(fā)尋呼系統(tǒng)消息改變觸發(fā)尋呼 PAGING U

17、E eNB 教學內容nLTE空口協(xié)議介紹n開機附著/去附著nUE發(fā)起Service Request流程n尋呼流程nTAU流程流程n切換流程n專用承載流程TAU流程nIDLE下，如果有上行數(shù)據(jù)或者上行信令（與TAU無關的）發(fā)送，UE可以在TAU request消息中設置an “active”標識，來請求建立用戶面資源，并且TAU完成后保持NAS信令連接。如果沒有設置“active”標識，則TAU完成后釋放NAS信令連接。n如果TAU accept分配了一個新的GUTI，則UE需要回復TAU complete，否則不用回復。TAU流程：RRC_IDLE不設置“active”標識（1）TAU流程：R

18、RC_IDLE不設置“active”標識（2）TAU流程：RRC_IDLE不設置“active”標識（3）TAU流程：RRC_IDLE設置“active”標識（1）TAU流程：RRC_IDLE設置“active”標識（2）TAU流程：RRC_IDLE設置“active”標識（3）TAU流程：RRC_CONNECTED發(fā)起的流程TAU流程：RRC_CONNECTED發(fā)起的流程教學內容nLTE空口協(xié)議介紹n開機附著/去附著nUE發(fā)起Service Request流程n尋呼流程nTAU流程n切換流程切換流程n專用承載流程切換nLTE測量l測量事件l測量建立l測量報告nIntra-eNB HandOv

19、er：同一基站內不同小區(qū)間切換流程nInter-eNB HandOver：不同基站間小區(qū)切換lS1 Based Handover：基于S1接口切換流程lX2 Based Handover：基于X2接口切換流程LTE測量n測量事件lA1事件：服務小區(qū)質量高于一個絕對門限lA2事件：服務小區(qū)質量低于一個絕對門限lA3事件：鄰區(qū)比服務小區(qū)質量高于一個絕對門限，lA4事件：鄰區(qū)質量高于一個絕對門限lA5事件：服務小區(qū)質量低于一個絕對門限1，且鄰區(qū)質量高于一個絕對門限2lB1事件：異系統(tǒng)鄰區(qū)質量高于一個絕對門限lB2事件：服務小區(qū)質量低于一個絕對門限1且異系統(tǒng)鄰區(qū)質量高于一個絕對門限2LTE測量n測量建立測量建立：RRC連接建立后，與承載UE上下文建立消息的第一次RRCConnection Reconfiguration消息一起下發(fā)LTE測量n測量報告：UE通過Measurement Report發(fā)送測量結果Intra-eNB HandOverInter-eNB X2 Ha