5G無線技術(shù)及部署5G信令流程

第五章5G信令流程信令是一種消息機(jī)制。通過這種機(jī)制,構(gòu)成通信網(wǎng)地用戶終端以及各個業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)之間可以互相交換各自地狀態(tài)信息,還能提出對其它設(shè)備地接續(xù)要求,從而使網(wǎng)絡(luò)作為一個整體運(yùn)行。信令系統(tǒng)是通信網(wǎng)地神經(jīng)系統(tǒng),是通信網(wǎng)必不可少,非常重要地組成部分。本章主要介紹了5G信令流程概述,NSA與SA組網(wǎng)接入流程,移動性管理流程。在介紹具體信令流程地時候,對其中具體地每條信令步驟進(jìn)行了解讀,進(jìn)而加深對NR工作原理地理解。學(xué)完本課程后,您將能夠:掌握5G信令流程基礎(chǔ)知識掌握5G接入流程掌握5G移動性管理流程掌握5G釋放流程5.15G信令流程基礎(chǔ)5.2NR接入流程5.3NR移動性管理流程5.4NR釋放流程5.15G信令流程基礎(chǔ)5.1.15G網(wǎng)絡(luò)地基本架構(gòu)5G地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)被稱為NR-RAN,對應(yīng)地網(wǎng)元是gNodeB,主要功能與eNodeB基本類似,包括無線資源管理,無線承載控制,無線準(zhǔn)入控制,移動性控制,調(diào)度等,5G地核心網(wǎng)被稱為5GC網(wǎng),其包含AMF,UPF,SMF等網(wǎng)元。5G網(wǎng)絡(luò)地基本架構(gòu)5G網(wǎng)絡(luò)組成包括無線網(wǎng)絡(luò):NR(NewRAN)核心網(wǎng):NGC（NextGenerationCore)5G無線網(wǎng)絡(luò)接口包括:XnNG-C（控制面板）NG-U（用戶面）Uu（無線空口）5G網(wǎng)絡(luò)地基本架構(gòu)5G地主要網(wǎng)元NG-RAN(接入網(wǎng)):gNB組成5GC(核心網(wǎng)):AMF(控制面),UPF(用戶面)5G地網(wǎng)絡(luò)接口Xn接口:gNB之間地接口,支持?jǐn)?shù)據(jù)與信令傳輸NG接口:NG2連接AMF,NG3連接UPF地接口有兩種NG-RAN節(jié)點(diǎn)gNB與UE之間使用NR控制面與用戶面協(xié)議ng-eNB與UE之間使用e-UTRA控制面與用戶面協(xié)議Page6網(wǎng)絡(luò)架構(gòu):5G網(wǎng)絡(luò)基本架構(gòu)Page7與LTE相比,5G核心網(wǎng)控制面地邏輯功能進(jìn)行了細(xì)分,AMF與SMF分離為兩個邏輯節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu):NGCVsEPCEPC網(wǎng)元功能對應(yīng)NGC網(wǎng)絡(luò)功能MME移動性管理AMF鑒權(quán)管理AUSFPDN會話管理SMFPDN-GWPDN會話管理用戶面數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)UPFSGW用戶面數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)PCRF計費(fèi)及策略控制PCFHSS用戶數(shù)據(jù)庫UDM無線網(wǎng)架構(gòu)承載網(wǎng)架構(gòu)核心網(wǎng)架構(gòu)5G網(wǎng)絡(luò)地基本架構(gòu)（1）AMF:注冊管理,連接管理,可達(dá)性管理,移動性管理,接入鑒權(quán),合法監(jiān)聽,轉(zhuǎn)發(fā)UE與SMF間會話管理地消息。（2）SMF:會話管理,UEIP地址分配與管理,選擇與控制UPF,配置UPF地流量定向,轉(zhuǎn)發(fā)至合適地目地網(wǎng)絡(luò)中,策略控制與QoS,合法監(jiān)聽,計費(fèi)數(shù)據(jù)搜集,下行數(shù)據(jù)到達(dá)通知。（3）UPF:數(shù)據(jù)面錨點(diǎn),連接數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)地PDU會話點(diǎn),報文路由與轉(zhuǎn)發(fā),報文解析與策略執(zhí)行,流量使用量上報,合法監(jiān)聽。5G網(wǎng)絡(luò)地基本架構(gòu)（4）UDM:簽約數(shù)據(jù)管理,用戶服務(wù)NF注冊管理,產(chǎn)生3GPPAKA鑒權(quán)參數(shù),基于簽約數(shù)據(jù)地接入授權(quán),保證業(yè)務(wù)/會話連續(xù)性。（5）AUSF:支持鑒權(quán)服務(wù)功能。（6）PCF:支持統(tǒng)一策略管理網(wǎng)絡(luò)行為,提供策略規(guī)則給控制面功能,訪問UDR中與策略決策有關(guān)地簽約信息。5.1.2NR用戶標(biāo)識1,UE標(biāo)識（AS層）無線網(wǎng)絡(luò)臨時標(biāo)識（RadioworkTemporaryIdentifier,RNTI）,是無線側(cè)RRC連接中用戶地臨時身份標(biāo)識,長度固定為32bit。其中,RA-RNTI與TemporaryCRNTI是隨機(jī)接入過程中地臨時標(biāo)識,當(dāng)手機(jī)進(jìn)入RRCConnect狀態(tài)以后,臨時標(biāo)識變成C-RNTI,該標(biāo)識實(shí)際值等于TemporaryCRNTI,SPS-CRNTI用于半靜態(tài)調(diào)度場景,P-RNTI與SI-RNTI固定用于尋呼與系統(tǒng)廣播消息地調(diào)度,在全網(wǎng)范圍內(nèi)擁有固定值。無線網(wǎng)絡(luò)臨時標(biāo)識標(biāo)識類型應(yīng)用場景獲得方式RA-RNTI隨機(jī)接入中,用于指示接收隨機(jī)接入響應(yīng)消息根據(jù)PRACH時頻資源位置獲取TemporaryCRNTI隨機(jī)接入中,沒有進(jìn)行競爭裁決前地CRNTIgNodeB在隨機(jī)接入響應(yīng)消息中下發(fā)給終端C-RNTI用于標(biāo)識RRCConnected狀態(tài)地UE初始接入時獲得CS-CRNTI半靜態(tài)調(diào)度標(biāo)識gNodeB在調(diào)度UE進(jìn)入SPS時由RRC分配P-RNTI尋呼消息調(diào)度FFFE（固定標(biāo)識）SI-RNTI系統(tǒng)廣播消息調(diào)度FFFF（固定標(biāo)識）SP-CSI-RNTI用于指示半靜態(tài)CSI地資源通過RRC消息中地PhysicalCellGroupConfig信元攜帶5.1.2NR用戶標(biāo)識2,UE標(biāo)識（NAS層）手機(jī)與核心網(wǎng)交互信令地非接入層用戶身份標(biāo)識。其中,SUPI與SUCI都是手機(jī)地私有身份標(biāo)識;5G-GUTI是由AMF分配地。GUTI用于替代用戶地IMSI標(biāo)識,保證用戶私有信息地安全性。非接入層用戶身份標(biāo)識用戶標(biāo)識名稱來源作用SUPISubscriptionPermanentI

dentifierSIM卡作為用戶地身份標(biāo)識,類似于4G地IMSI,當(dāng)前協(xié)議定義地格式主要有兩種:取值0表示IMSI,取值1表示NAI（workAccessIdentifier）,如SIP地址SUCISubscriptionConcealed

IdentifierSIM卡用于隱藏SUPI地一種臨時標(biāo)識,可對SUPI加密而避免SUPI在空口中傳輸,用于鑒權(quán)過程PEIPermanentEquipment

Identifier終端國際移動臺設(shè)備標(biāo)識,唯一標(biāo)識UE設(shè)備,類似于4G地IMEI,當(dāng)前R15協(xié)議僅支持IMEI格式地PEI5G-GUTI5GGloballyUnique

TemporaryIdentifier由AMF分配取代IMSI作為用戶地臨時ID,提升安全性5.2NR接入流程5.2.1NSA組網(wǎng)接入流程（1）4G初始接入流程（2）5G鄰區(qū)測量流程（3）5G輔站添加流程（4）路徑轉(zhuǎn)換流程5.2.1NSA組網(wǎng)接入流程（1）4G初始接入流程UE在LTE網(wǎng)絡(luò)中完成上下行同步后,向4G基站發(fā)起RRC建立流程,鑒權(quán)加密流程,手機(jī)能力查詢流程,無線加密流程,空口承載建立流程。5.2.1NSA組網(wǎng)接入流程（2）5G鄰區(qū)測量流程在LTE網(wǎng)絡(luò)接入成功之后,eNodeB會發(fā)送測量控制信令使手機(jī)測量NR信號電平,測量控制信令中攜帶測量事件B1及有關(guān)門限,NR地絕對頻點(diǎn)號等,手機(jī)測量到NR信號滿足異系統(tǒng)測量B1事件后,會上報B1測量報告,UE啟動測量NR,當(dāng)發(fā)現(xiàn)滿足條件地NR小區(qū)后,通過測量報告上報NR小區(qū)地PCI及RSRP。5.2.1NSA組網(wǎng)接入流程（3）5G輔站添加流程LTE基站在收到B1測量報告之后,根據(jù)B1測量報告中地5G鄰區(qū)消息,LTE向5G基站發(fā)起輔站添加流程。5.2.1NSA組網(wǎng)接入流程（4）路徑轉(zhuǎn)換流程在NSAOption3x場景中,起初S-GW到無線側(cè)地用戶面還在4G側(cè),因此在5G輔站添加成功之后,需要將UE地用戶面切換至NR側(cè)。MeNB根據(jù)SgNB反饋地響應(yīng)信息,向核心網(wǎng)發(fā)起路徑轉(zhuǎn)換流程。5.2NR接入流程5.2.2SA組網(wǎng)接入流程SA網(wǎng)絡(luò)中終端直接在5G中完成初始接入。5.2.2SA組網(wǎng)接入流程SA組網(wǎng)時,終端在在NR接入后向NGC發(fā)起注冊流程。整體注冊流程與4G類似,包括鑒權(quán)/加密等流程,但5G中注冊與會話建立是獨(dú)立地流程。5.2.2SA組網(wǎng)接入流程5.3NR移動性管理流程移動性管理流程是UE在連接態(tài)下地切換流程,切換是指UE在連接狀態(tài)下,在不同地小區(qū)間移動,完成UE上下文地更新地過程。NSA組網(wǎng)中地移動性管理流程可分為6種場景。sgNodeB站內(nèi)切換,稱之為sgNodeBmodification流程;sgNodeB站間切換,稱之為sgNodeBchange流程。SgNodeBModification流程

（1）SgNB根據(jù)MeNB地A3測量報告,向MeNB發(fā)送SgNBModificationRequired消息,消息中攜帶目的5G小區(qū)標(biāo)識與NRRRC配置消息等。

（2）若MeNB決定重配MCGBearer,則MeNB會觸發(fā)SgNBModification流程。

（3）SgNB確認(rèn)后,會反饋SgNBModificationRequestAcknowledge消息。

（4）MeNB向UE發(fā)送RRCConnectionReconfiguration消息,包括NRRRC配置消息。

SgNodeBModification流程

（5）UE接收到RRC重配置消息后完成重配置,并向MeNB反饋RRCConnectionReconfigurationplete消息,包括NRRRC響應(yīng)消息。

（6）UE成功完成重配置后,MeNB向SgNB發(fā)送SgNBModificationConfirm確認(rèn)消息。

（7）UE執(zhí)行到SgNB地同步時,發(fā)起向SgNB地隨機(jī)接入流程。

（8）可選流程,對于承載類型變更場景,為減少當(dāng)前服務(wù)中斷時間,需要進(jìn)行MeNB與SgNB間地數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)準(zhǔn)備。

SgNodeBModification流程

（9）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。

（10）可選流程,SgNB上報NR流量給MeNB。

（11）可選流程,當(dāng)分流模式變更時,執(zhí)行SgNB與EPC之間地用戶面路徑更新操作,即通過E-RABModificationIndication指示核心網(wǎng)將E-RAB地S1-U接口切換到SgNB。

SgNBChange流程

（1）當(dāng)SgNB收到A3測量報告后,選擇報告中RSRP最強(qiáng)NR小區(qū)作為目的NR切換小區(qū);源SgNB通過向MeNB發(fā)送SgNBChangeRequired消息觸發(fā)SgNBChange流程,消息中包括目的SgNBID信息與測量結(jié)果等。

（2）MeNB通過向目的SgNB發(fā)送SgNBAdditionRequest消息,向目的SgNB請求為UE分配資源,消息中包括源SgNB測量得到地目的SgNB地測量結(jié)果。

SgNBChange流程

（3）SgNB對MeNB地請求進(jìn)行響應(yīng),在響應(yīng)消息中攜帶與承載及接入有關(guān)地RRC配置信息。

（4）MeNB向UE發(fā)送RRCConnectionReconfiguration消息,包括NRRRC配置消息。

SgNBChange流程

（5）UE接收到RRC重配置消息后完成重配置,并向MeNB反饋RRCConnectionReconfigurationplete消息,包括NRRRC響應(yīng)消息。若UE未能完成包括在RRCConnectionReconfiguration消息中地配置,則啟動重配置失敗流程。

（6）若目的SgNB成功分配資源,則MeNB確認(rèn)源SgNB資源地釋放,向源SgNB發(fā)送SgNBChangeConfirm消息。

SgNBChange流程

（7）若RRC連接重配置流程完成,則MeNB通過向目的SgNB發(fā)送SgNBReconfigurationplete消息確認(rèn)重配置完成。

（8）若為UE配置地承載需要SCG無線資源,則UE執(zhí)行到SgNBPSCell地同步,發(fā)起向SgNB地隨機(jī)接入流程。

（9）可選流程,對于承載類型變更場景,為減少當(dāng)前服務(wù)中斷時間,需要進(jìn)行MeNB與SgNB間地數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)準(zhǔn)備。SgNBChange流程

（10）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。

（11）可選流程,SgNB上報NR流量給MeNB。

（12）步驟12～步驟16,路徑轉(zhuǎn)換流程,對于有關(guān)分流模式,執(zhí)行SgNB與EPC之間地用戶面路徑更新操作,即通過E-RABModificationIndication指示核心網(wǎng)將E-RAB地S1-U接口切換到SgNB。

（13）源SgNB收到UEContextRelease消息后,釋放UE上下文。5.3NR移動性管理流程5.3.2SA組網(wǎng)移動性管理流程在SA組網(wǎng)移動性管理流程中,站內(nèi)切換流程如,Xn切換流程,NG切換流程,切換使用地事件主要是A3,A4,A5事件。（1）A3事件:表示鄰區(qū)信號質(zhì)量比服務(wù)小區(qū)信號質(zhì)量好,觸發(fā)條件如下。Mn+Ofn+O-Hys>Mp+Ofp+Ocp+Off其中,Mp表示鄰區(qū)測量結(jié)果,Mp表示服務(wù)小區(qū)測量結(jié)果,Ofp與Ofn分別表示服務(wù)小區(qū)地頻率偏置與其它頻點(diǎn)對應(yīng)地頻率偏置,Ocp表示服務(wù)小區(qū)偏置,O表示鄰小區(qū)偏移量,Hys表示切換幅度遲滯,5G小區(qū)之間切換時,可以通過調(diào)整以上參數(shù)來控制切換地難易程度。5.3NR移動性管理流程5.3.2SA組網(wǎng)移動性管理流程在SA組網(wǎng)移動性管理流程中,站內(nèi)切換流程如,Xn切換流程,NG切換流程,切換使用地事件主要是A3,A4,A5事件。（2）A4事件:表示鄰區(qū)信號質(zhì)量比一個固定門限質(zhì)量好,Thresh表示固定門限,其它參數(shù)與A3事件一致,觸發(fā)條件如下。Mn+Ofn+O-Hys>Thresh5.3NR移動性管理流程5.3.2SA組網(wǎng)移動性管理流程（3）A5事件:表示鄰區(qū)信號質(zhì)量比一個固定門限2質(zhì)量好,且服務(wù)小區(qū)信號質(zhì)量低于固定門限1,其它參數(shù)與A3事件一致,觸發(fā)條件如下。①服務(wù)小區(qū)低于固定門限1。Mp+Hys<Thresh1②鄰區(qū)高于信號質(zhì)量2。Mn+Ofn+O-Hys<Thresh2SA移動性管理流程——站內(nèi)切換流程

（1）UE上報鄰區(qū)測量報告。

（2）gNodeB根據(jù)測量報告攜帶地PCI,判斷切換地目的小區(qū)與服務(wù)小區(qū)同屬一個gNodeb并啟動站內(nèi)切換流程,基站下發(fā)切換命令。

（3）UE在目的小區(qū)發(fā)起非競爭地隨機(jī)接入MSG1,攜帶專用導(dǎo)言。

（4）gNodeB-DU側(cè)回復(fù)MSG2RAR消息。

（5）UE為gNodeB回復(fù)RRCReconfigurationplete消息,UE接入到目的小區(qū)中。

SA移動性管理流程——Xn切換流程

（1）UE測量鄰區(qū)并判定達(dá)到判決事件條件后,上報測量報告給源gNodeB。

（2）源gNodeB收到測量報告后,根據(jù)測量結(jié)果向選擇地目的小區(qū)所在地gNodeB發(fā)起切換請求。

（3）目的gNodeB收到切換請求后,進(jìn)行準(zhǔn)入控制,允許準(zhǔn)入后分配UE資源并回復(fù)HORequestACK給源gNodeB,允許切換。

（4）源gNodeB發(fā)送RRCReconfiguration給UE,要求UE執(zhí)行切換到目的小區(qū)操作。

（5）UE在目的小區(qū)中發(fā)起隨機(jī)接入請求。

SA移動性管理流程——Xn切換流程

（6）目的小區(qū)回復(fù)隨機(jī)接入響應(yīng)消息RAR,為UE分配資源。

（7）UE發(fā)送RRCReconfigurationplete給目的gNodeB,完成UE空口切換到目的小區(qū)操作。

（8）目的gNodeB向AMF發(fā)送PathSwitchRequest消息通知UE已經(jīng)改變小區(qū),核心網(wǎng)收到消息后,更新下行GTPU數(shù)據(jù)面,將RAN側(cè)地GTPU地址修改為目的gNodeB。

（9）AMF向目的gNodeB響應(yīng)PathSwitchRequestACK消息。

（10）目的gNodeB向源gNodeB發(fā)送UEContextRelease消息,源gNodeB釋放已切換地用戶。

SA移動性管理流程——NG切換流程（1）UE根據(jù)收到地測量控制消息執(zhí)行測量。UE測量并判定達(dá)到事件條件后,上報測量報告給gNodeB。（2）源gNodeB收到測量報告后,根據(jù)測量結(jié)果向AMF發(fā)送HORequired消息請求切換,消息包含目的gNodeBId。（3）AMF向指定地目的小區(qū)所在地gNodeB發(fā)起HORequest切換請求,gNodeB根據(jù)消息中地TraceID,SPID識別用戶。（4）目的gNodeB回復(fù)HORequestACK給AMF,允許切換。SA移動性管理流程——NG切換流程（5）AMF向源gNodeB發(fā)送HOmand消息,消息中包含地址與用于轉(zhuǎn)發(fā)地TEID列表,包含需要釋放地承載列表。（6）源gNodeB發(fā)送RRCReconfiguration消息給UE,要求UE執(zhí)行切換到目的小區(qū)操作。（7）UE在目的小區(qū)中發(fā)起隨機(jī)接入請求。（8）目的小區(qū)回復(fù)隨機(jī)接入響應(yīng)消息RAR,為UE分配資源。SA移動性管理流程——NG切換流程（9）UE發(fā)送RRCReconfigurationplete消息給目的gNodeB,完成UE空口切換到目的小區(qū)操作。（10）目的gNodeB發(fā)送HandoverNotify消息給AMF,通知UE已經(jīng)接入到目的小區(qū)中,基于NG地切換已經(jīng)完成。（11）AMF向源gNodeB發(fā)送UEContextReleasemand消息,源gNodeB釋放切換地用戶。（12）源gNodeB向AMF回復(fù)UEContextReleaseplete,切換流程完成。5.4NR釋放流程5.4.1NSA組網(wǎng)輔站釋放流程1．MeNB觸發(fā)地SgNB釋放MeNB觸發(fā)地SgNB釋放流程如圖5-12所示,可能觸發(fā)地原因如下。（1）錨點(diǎn)eNodeB（MeNB）切換到非錨點(diǎn)eNodeB。（2）SCG鏈路故障。（3）GTPU控制面數(shù)據(jù)丟包。MeNB觸發(fā)地SgNB釋放流程（1）MeNB通過發(fā)送SgNBReleaseRequest消息觸發(fā)SgNB釋放流程。（2）SgNB向MeNB發(fā)送SgNBReleaseRequestAcknowledge消息確認(rèn)開始SgNB釋放流程。（3）MeNB向UE發(fā)送RRCConnectionReconfiguration消息,包括NRRRC配置消息。MeNB觸發(fā)地SgNB釋放流程（4）UE接收到RRC重配置消息后完成重配置,并向MeNB反饋RRCConnectionReconfigurationplete消息,包括NRRRC響應(yīng)消息。若UE未能完成包含在RRCConnectionReconfiguration消息中地配置,則啟動重配置失敗流程。（5）步驟5-6,對于承載類型變更場景,為減少當(dāng)前服務(wù)中斷時間,需要進(jìn)行MeNB與SgNB間地數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)操作。MeNB觸發(fā)地SgNB釋放流程（6）SgNB上報NR流量給MeNB。（7）啟動路徑更新過程,核心網(wǎng)需要進(jìn)行路徑更新操作。（8）SgNB收到UEContextRelease消息后,釋放UE上下文。5.4NR釋放流程5.4.1NSA組網(wǎng)輔站釋放流程2．SgNB觸發(fā)地SgNB釋放SgNB觸發(fā)地SgNB釋放流程如圖5-13所示,可能觸發(fā)地原因如下。（1）當(dāng)PSCell地信號質(zhì)量持續(xù)下降,且沒有合適地鄰區(qū)進(jìn)行PSCell地切換時,根據(jù)A2測量事件刪除PSCell。（2）GTPU控制面數(shù)據(jù)丟包。SgNB觸發(fā)地SgNB釋放流程（1）SgNB通過發(fā)送SgNBReleaseRequired消息觸發(fā)SgNB釋放流程。（2）MeNB向SgNB發(fā)送SgNBReleaseConfirm消息確認(rèn)開始SgNB釋放流程;SgNB收到該消息后,立即停止向UE發(fā)送數(shù)據(jù)。（3）MeNB向UE發(fā)送RRCConnectionReconfiguration消息,包括NRRRC配置消息。SgNB觸發(fā)地SgNB釋放流程（4）UE接收到RRC重配置消息后完成重配置,并向MeNB反饋RRCConnectionReconfigurationplete消息,包括NRRRC響應(yīng)消息。若UE未能完成包含在RRCConnectionReconfiguration消息中地配置,則啟動重配置失敗流程。（5）步驟5-6對于承載類型變更場景,為減少當(dāng)前服務(wù)中斷時間,需要進(jìn)行MeNB與SgNB間地數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)操作。SgNB觸發(fā)地SgNB釋放流程（6）SgNB上報NR流量給MeNB。（7）啟動路徑更新過程,核心網(wǎng)需要進(jìn)行路徑更新操作。（8）SgNB收到UEContextRelease消息后,釋放UE上下文。5.4NR釋放流程5.4.2SA組網(wǎng)釋放流程信令連接地釋放包括NG-C連接釋放與RRC連接釋放。RRC連接釋放包含UE與gNodeB