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S1AP基本信令流程

S1AP基本信令流程
S1AP基本信令流程

S1AP基本信令流程

1.概述

LTE的系统架构分为两部分,包括演进后的核心网EPC(MME/S-GW)和演进后的接入网E-UTRAN。演进后的系统仅存在分组交换域。

LTE接入网仅由演进后的节点B(evolved NodeB)组成,提供到UE的E-UTRA控制面与用户面的协议终止点。eNB之间通过X2接口进行连接。LTE接入网与核心网之间通过S1接口进行连接,S1接口支持多-多联系方式。

与3G网络架构相比,接入网仅包括eNB一种逻辑节点,网络架构中节点数量减少,网络架构更加趋于扁平化。扁平化网络架构降低了呼叫建立时延以及用户数据的传输时延,也会降低OPEX与CAPEX。

1.1E-UTRAN接口的通用协议模型

E-UTRAN接口的通用协议模型如下图所示,适用于E-UTRAN相关的所有接口,即S1和X2接口。

1.2S1接口

S1接口是MME/S-GW网关与eNB之间的接口,S1接口与3G UMTS系统Iu接口的不同之处在于,Iu接口连接包括3G核心网的PS域和CS域,S1接口只支持PS 域。

1.2.1S1接口的用户平面

用户平面接口位于E-NodeB和S-GW之间,S1接口用户平面(S1-UP)的协议栈如下图所示。S1-UP的传输网络层基于IP传输,UDP/IP之上的GTP-U用来传输S-GW与eNB之间的用户平面PDU。

1.2.2S1接口控制面

S1控制平面接口位于E-NodeB和MME之间,传输网络层是利用IP传输,这点类似于用户平面;为了可靠的传输信令消息,在IP曾之上添加了SCTP;应用层的信令协议为S1-AP。S1接口控制面协议栈如下图所示:

2.典型信令流程分析

2.1开机附着流程

2.1.1正常流程

UE刚开机时,先进行物理下行同步,搜索测量进行小区选择,选择到一个suitable 或者acceptable小区后,驻留并进行附着过程。附着流程图如下:

(包含

说明:

1)步骤1~2会建立S1连接,标志着NAS signaling connection建立完成。

2)如果消息2带了UE Radio Capability IE,则没有4过程

3)发起UE上下文释放(即8~11)的条件:

- eNodeB-initiated with cause e.g. O&M Intervention, Unspecified Failure, User Inactivity, Repeated RRC signalling Integrity Check Failure, Release due to UE generated signalling connection release, etc.; or

- MME-initiated with cause e.g. authentication failure, detach, etc.

4)消息3说明: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。

UE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的网络能力(安全能力)信息改变的话,需要发起TAU。2.1.2异常流程case1(核心网拒绝)

(包含

(包含

2.1.3异常流程case2(RRC重配消息丢失或者没收到RRC重配完成消息

或者eNB内部配置UE的安全参数等失败)

(包含

2.2UE发起的service request流程

2.2.1正常流程

UE在IDLE模式下,需要发送业务数据时,发起service request过程,流程图如下:

2.2.2异常流程case1(核心网拒绝)

2.2.3异常流程case2(RRC重配消息丢失或者eNB内部配置UE的安全

参数失败或者没有建立起来一个非GBR承载)

同2.1.3

2.2.4异常流程case3(eNB建立专用承载失败)

如果eNB建立专用承载失败,则回复给核心网Initial context setup response,带失败列表,告知核心网专用承载建立失败,核心网会本地去激活该专用承载。流程图同2.2.1正常流程。

2.2.5异常流程case4(eNB建立默认承载失败)

2.3

网络发起的paging 流程

2.3.1 S_TMSI 寻呼

UE 在IDLE 模式下,当网络需要给该UE 发送数据(业务或者信令)时,发起寻呼过程,流程图如下:

2.3.2 IMSI 寻呼

当网络发生错误需要恢复时(例如S-TMSI不可用),可发起IMSI寻呼,UE收到后执行本地detach,然后再开始attach。

2.4TAU流程

去附当UE进入一个小区,该小区所属TAI不在UE保存的TAI list内时,UE发起正常TAU流程,分为IDLE和CONNECTED(即切换时)下。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。

2.4.1正常流程case1(IDLE下发起的)

IDLE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。

IDLE下发起的不设置"active"标识的正常TAU流程图如下:

说明:

1)如果TAU accept未分配一个新的GUTI,则无过程6;

2.4.2正常流程case2(CONNECTED下发起的)

说明:

1)如果TAU accept未分配一个新的GUTI,则无过程4;

2)CONNECTED下发起的TAU,完成后不会释放NAS信令连接;不能带"active"标识。

2.4.3异常流程同2.2.2~2.2.5

2.5去附着流程

2.5.1关机去附着

UE关机时,需要发起去附着流程,来通知网络释放其保存的该UE的所有资源,流程图如下:

说明:

IDLE和CONNECTED下发起的区别同上面TAU的区别;

2.5.2非关机去附着case1(IDLE下)

2.5.3非关机去附着case2(CONNECTED下)

2.6专用承载建立流程

2.6.1正常流程

专用承载建立可以由UE或者MME主动发起,eNB不能主动发起,并且只能在connected下发起该流程。

说明:

1)如果是MME主动发起的承载建立流程,则无步骤1;

2)UE发起的承载建立流程,核心网可以回复承载建立、修改流程;

2.6.2异常流程case1(核心网拒绝)

2.6.3异常流程case2(eNB本地建立失败,核心网主动发起的建立)

如果eNB建立失败,会回复E-RAB SETUP RESPONSE,带失败建立的承载列表,并带原因值,核心网应该根据原因值处理

(

2.6.4异常流程case3(eNB未等到RRC重配完成消息,回复失败)

(

2.6.5异常流程case4(UE NAS层拒绝)

如果是UE的NAS层拒绝,则核心网收到后会给eNB发送E-RAB释放消息,来释放刚刚建立的S1承载,此时不带NAS PDU。

2.6.6异常流程case5(上行直传NAS消息丢失)

如果核心网没有收到UE回复的NAS消息,会重发请求消息,重发4次后,如果还没

收到应答则放弃。

(

(

2.7专用承载修改流程

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connected 下发起该流程。

2.7.1正常流程case1(修改QoS)

4. 3. ((

说明:

1)MME 主动发起的承载建立/修改/释放无步骤1;

2)eNB 主动发起的释放,步骤1改为发送E-RAB RELEASE INDICATION 消息给MME ;

3)UE 发起的承载修改流程,核心网可以回复承载建立、修改、释放流程。

2.7.2 正常流程case2(不修改QoS ,只修改TFT )

不修改QoS ,只修改TFT 参数时,为上下行直传消息,与eNB 无关。

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