-
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
< br>接入网仅由演进后的节点
B
(
e
volved 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
-
p>
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
OPE
X
与
CAPEX
。
1.1
E-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。
p>
Radio
Network
Layer
Control
Plane
Application
Protocol
User
Plane
Transport
Transport
Network
User
Plane
Network
Layer
Transport
Network
User
Plane
Signalling
Bearer(s)
Physical Layer
Data
Bearer(s)
1.2
S1
接口
S
1
接口是
MME/S-GW
网关与
p>
eNB
之间的接口,
S1
< br>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,
< br>S1
接口只支持
PS
域。
1.2.1
S1
接口的用户平面
用户平面接口位于
E-NodeB
和
< br>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<
/p>
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
p>
。
1.2.2
S1
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,<
/p>
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
:
eNB
EPC
1.
Initial UE
message
(包含
Attach
Request
、
PDN connectivity
request
消息)
2.
建立默认
EPS
承载等
3.
Initial context setup
request
(
包含
Attach
Accept
、
Activate default EPS
bearer context request)
4. UE Capability
Info Indication
5.
Initial
context setup response
6.
UPLINK NAS
TRANSPORT
(包含
Attach
Complete
、
Activate default
EPS bearer context
accept
)
First Uplink
Data
7.
更新承载
First
Downlink Data
检测到
User
Inactivity
8.
UE
CONTEXT RELEASE
REQUEST
(Cause)
9.
更新承载
10.
UE
CONTEXT RELEASE COMMAND
11.
UE CONTEXT RELEASE COMPLETE
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
p>
,则没有
4
过程
3)
发起
U
E
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
p>
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)
eNB
EPC
1.
Initial UE
message
(包含
Attach
Request
、
PDN connectivity
request
消息)
2. MME
或者
S-GW
拒绝
3.
DOWNLINK NAS TRANSPORT
(
包含
Attach
Reject
、可能有
PDN connectivity
reject
消息
)
4.
UE CONTEXT RELEASE COMMAND
5.
UE CONTEXT RELEASE COMPLETE
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)
eNB
EPC
1.
Initial UE
message
(包含
Attach
Request
、
PDN connectivity
request
消息)
2.
建立默认
EPS
承载等
3.
Initial context setup
request
(
包含
Attach
Accept
、
Activate default EPS
bearer context request)
4. UE Capability
Info Indication
定时器超时
5.
Initial context setup
failure
6.
UE CONTEXT RELEASE
REQUEST
7.
更新承载
8.
UE CONTEXT RELEASE COMMAND
9.
UE CONTEXT RELEASE COMPLETE
2.2
UE
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:
eNB
EPC
1.
Initial UE
message
(包含
Service
Request
消息)
2.
S1-AP: Initial Context Setup
Request
3. UE Capability Info
Indication
4.
S1-AP: Initial
Context Setup Response
First Uplink
Data
更新承载
First Downlink
Data
检测到
User
Inactivity
5. UE Context
Release Request
(Cause)
更新承载
6. UE
Context Release Command
7. UE Context
Release Complete
2.2.2
异常流程
case1
(核心网拒绝)
eNB
EPC
1.
Initial UE
message
(包含
service request
消息)
2. MME
或者
S-GW
拒绝
3.
DOWNLINK NAS TRANSPORT
(
包含
service
reject
消息
)
4.
UE CONTEXT RELEASE COMMAND
5.
UE CONTEXT RELEASE COMPLETE
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
< br>正常流程。
2.2.5
p>
异常流程
case4
(
eNB
建立默认承载失败)
eNB
EPC
1.
Initial UE
message
(包含
Service
Request
消息)
2.
Initial Context Setup
Request
3. UE Capability Info
Indication
4.
Initial Context
Setup Response
(带
E-RAB Failed
列表
)
核心网发现默认承
载建立失败,本地
detach
该
< br>UE
5. UE Context Release
Command
6. UE Context Release
Complete
2.3
网络发起的
paging
流程
< br>
2.3.1
S_TMSI
寻呼
< br>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:
eNB
EPC
1. NAS:
Paging (S_TMSI)
同
UE
发起的
service request
过程
1
~
4
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
。
eNB
EPC
1. NAS:
Paging (IMSI)
同
UE
发
起的
attach request
过程
1
~
6
2.4
TAU
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
< br>(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,
< br>如果有上行数据或者上行信令
(与
TAU
无关的)
发送,
UE
可以在<
/p>
TAU request
消息中设置
an
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
标识,则
TAU
完成后释放
NAS
信令连接。
IDLE
下发起的不设置
标识的正常
TAU
流程图如下:
eNB
EPC
1.
Initial UE
message
(包含
TAU
request
)
2. MME
p>
间更新
UE
上下文等
3.
S1-AP: Initial Context Setup
Request
(
包含
TAU
Accept)
4. UE Capability Info
Indication
5.
S1-AP: Initial
Context Setup Response
6.
UPLINK NAS
TRANSPORT
(包含
TAU
Complete
)
First Uplink
Data
7.
更新承载
First
Downlink Data
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)
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