LTE信令流程分析.pptx
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1、配色参考方案:以下为三组配色方案。(仅供参考)主要内容主要内容基本概念网络架构协议栈结构接口功能UE的工作模式与状态无线承载的分类NAS消息分类空口基本信令流程系统消息随机接入寻呼RRC连接建立、重配、重建立、释放测量端到端业务建立/释放相关流程Attach流程Detach流程Service Request过程专用承载建立流程专用承载修改流程专用承载释放流程S1释放流程移动性管理TAU切换小区重选附录配色参考方案:以下为三组配色方案。(仅供参考)LTE网络结构网络结构基基 本本 概概 念念网络架构网络架构MME:移动性管理实体PCRF:负责策略和计费控制SGSN:业务GPRS支撑节点HSS:归
2、属用户服务器配色参考方案:以下为三组配色方案。(仅供参考)网络实体网络实体整个TD-LTE系统由3部分组成:核心网(EPC,Evolved Packet Core)接入网(eNodeB)用户设备(UE)EPC分为三部分:MME(Mobility Management Entity,负责信令处理部分)S-GW(Serving Gateway,负责本地网络用户数据处理部分)P-GW(PDN Gateway,负责用户数据包与其他网络的处理)接入网(也称E-UTRAN)由eNodeB构成网络接口S1接口:eNodeB与EPCX2接口:eNodeB之间Uu接口:eNodeB与UENOTE:和UMTS相比
3、,由于NodeB 和 RNC 融合为网元eNodeB,所以TD-LTE少了Iub接口。X2接口类似于Iur接口,S1接口类似于Iu接口基基 本本 概概 念念网络架构网络架构LTE网络实体网络实体配色参考方案:以下为三组配色方案。(仅供参考)EPC与与E-UTRAN功能划分功能划分 基基 本本 概概 念念网络架构网络架构EPCEUTRANUU配色参考方案:以下为三组配色方案。(仅供参考)LTE中核心网演进方向为EPC演进核心网(Evolved Packet Core),包含MME(Mobility Management Entity)和S-GW(Serving Gateway),无线接入网UTR
4、AN(Universal Terrestrial Radio Access Network)演进方向为EUTRAN(Evolved UTRAN)。EPC和EUTRAN合称EPS演进分组系统(Evolved Packet System)EPC与与E-UTRAN功能划分功能划分 基基 本本 概概 念念网络架构网络架构配色参考方案:以下为三组配色方案。(仅供参考)EPC与与E-UTRAN功能简述功能简述eNB功能:无线资源管理相关的功能,包括无线承载控制、接纳控制、连接移动性管理、上/下行动态资源分配/调度等;IP头压缩与用户数据流加密;UE附着时的MME选择;提供到S-GW的用户面数据的路由;寻呼
5、消息的调度与传输;系统广播信息的调度与传输;测量与测量报告的配置。MME功能:寻呼消息分发,MME负责将寻呼消息按照一定的原则分发到相关的eNB;安全控制;空闲状态的移动性管理;EPC承载控制;非接入层信令的加密与完整性保护。服务网关功能:终止由于寻呼原因产生的用户平面数据包;支持由于UE移动性产生的用户平面切换。PDN网关功能:逐用户数据包的过滤和检查用户IP分配、合法监听、上下行业务级的收费、上下行业务级速率控制等基基 本本 概概 念念网络架构网络架构功能概述功能概述配色参考方案:以下为三组配色方案。(仅供参考)网元间控制面整体协议栈网元间控制面整体协议栈控制平面RRC协议数据的加解密和完
6、整性保护功能,在LTE中交由PDCP层完成与3G的异同:3G中控制平面不存在PDCP协议栈,由RLC层提供无线信令承载SRBRLC层依然提供TM/UM/AM三种传输模式3G中UM/AM传输模式下的加密由RLC层实现,TM模式下的加密由MAC层实现3G中含有多个MAC实体:MAC-b,MAC-c/sh,MAC-d,MAC-hs,而LTE仅存在一个MAC实体基基 本本 概概 念念协议栈结构协议栈结构控制面协议栈控制面协议栈配色参考方案:以下为三组配色方案。(仅供参考)网元间用户面整体协议栈网元间用户面整体协议栈安全方面的功能,用户面的加密和解密功能由PDCP子层完成,而3G中用户数据的加密和解密由
7、RLC和MAC层完成仅存在一个MAC实体3G中PDCP层仅用于承载PS业务,广播和多播业务由BMC层协议承载基基 本本 概概 念念协议栈结构协议栈结构用户面协议栈用户面协议栈配色参考方案:以下为三组配色方案。(仅供参考)网元间用户面整体协议栈网元间用户面整体协议栈基基 本本 概概 念念协议栈结构协议栈结构配色参考方案:以下为三组配色方案。(仅供参考)用户面协议内部的关系用户面协议内部的关系层层2协议架构(协议架构(DL)层层2协议架构(协议架构(UL)逻辑信道、传输信道和物理信道映射关系见附录逻辑信道、传输信道和物理信道映射关系见附录基基 本本 概概 念念协议栈结构协议栈结构配色参考方案:以下
8、为三组配色方案。(仅供参考)用户面协议内部的关系用户面协议内部的关系基基 本本 概概 念念协议栈结构协议栈结构MAC(Media Access Control)功能:信道映射传输格式选择(调制方式、信道编码)逻辑信道复用、解复用动态调度混合重传配色参考方案:以下为三组配色方案。(仅供参考)用户面协议内部的关系用户面协议内部的关系基基 本本 概概 念念协议栈结构协议栈结构RLC(Radio Link Control)功能:分段和级联ARQ功能轮询重组重排序按序递交RLC重建立PDU重分段配色参考方案:以下为三组配色方案。(仅供参考)用户面协议内部的关系用户面协议内部的关系基基 本本 概概 念念协
9、议栈结构协议栈结构PDCP(Packet Data Convergence Protocol)功能:头压缩和解压缩用户数据传输支持无损SRNS重定位完整性保护(控制面)加密/解密(用户面)重复检测(重建立)定时丢弃(QOS低时延)配色参考方案:以下为三组配色方案。(仅供参考)用户面协议内部的关系用户面协议内部的关系基基 本本 概概 念念协议栈结构协议栈结构配色参考方案:以下为三组配色方案。(仅供参考)S1接口协议栈接口协议栈UDP/IP之上的GTP-U用来传输S-GW与eNB之间的用户平面PDUS1用户面主要功能为:在S1接口目标节点中指示数据分组所属的SAE接入承载;移动性过程中尽量减少数据
10、的丢失;错误处理机制;MBMS支持功能;分组丢失检测机制;控制层为了可靠的传输信令消息,在IP层之上添加了SCTPS1控制面主要功能:EPC承载服务管理功能;S1 接口UE上下文释放功能;ACTIVE状态下UE的移动性管理功能S1接口的寻呼;NAS信令传输功能;漫游于区域限制支持功能;NAS节点选择功能;初始上下文建立过程;基基 本本 概概 念念接口功能接口功能S1接口接口配色参考方案:以下为三组配色方案。(仅供参考)X2接口协议栈接口协议栈X2接口用户面提供eNB之间的用户数据传输功能 X2-U接口协议栈与S1-U接口协议栈完全相同LTE系统X2接口的定义采用了与S1接口一致的原则 X2接口
11、应用层协议主要功能:支持LTE_ACTIVE状态下UE的LTE接入系统内的移动性管理功能;X2接口自身的管理功能,如错误指示、X2接口的建立与复位,更新X2接口配置数据等;负荷管理功能。基基 本本 概概 念念接口功能接口功能X2接口接口配色参考方案:以下为三组配色方案。(仅供参考)3GPP各状态间转换各状态间转换当存在当存在RRC连接时,连接时,UE处于处于RRC连接状态,否则为连接状态,否则为RRC IDLE状态状态基基 本本 概概 念念UE的工作模式与状态的工作模式与状态各系统状态转移图各系统状态转移图配色参考方案:以下为三组配色方案。(仅供参考)UE各状态说明各状态说明状状 态态行行 为
12、为RRC_IDLEPLMN(Public Land Mobile Network)选择NAS配置的DRX过程系统信息广播和寻呼邻小区测量小区重选的移动性UE获取1个TA区内的唯一标识eNodeB内无终端上下文RRC_CONNECTED网络侧有UE的上下文信息网络侧知道UE所处小区网络和终端可以传输数据网络控制终端的移动性邻小区测量存在RRC连接:UE可以从网络侧收发数据 监听共享信道上指示控制授权的控制信令 UE可以上报信道质量给网络侧 UE可以根据网络配置进行DRX基基 本本 概概 念念UE的工作模式与状态的工作模式与状态RRC状态状态配色参考方案:以下为三组配色方案。(仅供参考)LTE中的
13、承载中的承载Radio Bearer承载空口RRC信令和NAS信令S1 Bearer 承载eNB与MME间S1-AP信令NAS消息也可作为NAS PDU附带在RRC消息中发送基基 本本 概概 念念无线承载的分类无线承载的分类Bear(承载承载)in LTE配色参考方案:以下为三组配色方案。(仅供参考)无线承载分类无线承载分类数据承载为DRB,通过eNB为其分配的PDSCH来承载信令承载通过SRB,LTE中有三类SRBSRB0:承载RRC消息,映射到CCCH信道SRB1:承载RRC消息,也可承载NAS消息,映射到DCCH信道SRB2:承载NAS消息,映射到DCCH信道UE的RRC连接未建立时,由
14、SRB0承载RRC信令;SRB2未建立时,由SRB1承载NAS信令由于带宽增加,数据传输性能增强,LTE的RRC消息的数据携带能力显著提升;因此LTE中所有NAS消息可填充在RRC消息中携带传输,进一步精简了信令流程NAS消息通过四条RRC消息传递:ULInformationTransfer 和 DLInformationTransfer(由SRB2承载,SRB2未建立时由 SRB1承载)RRCConnectionSetupComplete 和 RRCConnectionReconfiguration(由SRB1承载)RRCConnectionSetupComplete(只携带NAS的初始直传
15、消息)每种每种SRB可承载信令内容见附录可承载信令内容见附录NAS消息种类见附录消息种类见附录基基 本本 概概 念念无线承载的分类无线承载的分类根据承载内容分类根据承载内容分类NAS消息其他承载方式消息其他承载方式配色参考方案:以下为三组配色方案。(仅供参考)NAS消息消息EMM消息消息ESM消息消息Attach request 、Attach accept 、Attach completeAttach rejectDetach request、Detach acceptTracking area update requestTracking area update acceptTrackin
16、g area update completeTracking area update rejectExtended service request 、Service rejectGUTI reallocation commandGUTI reallocation completeAuthentication request、Authentication responseAuthentication reject、Authentication failureIdentity request、Identity responseSecurity mode command、Security mode
17、completeSecurity mode rejectEMM status、EMM informationDownlink NAS transportUplink NAS transportCS Service notificationActivate default EPS bearer context requestActivate default EPS bearer context acceptActivate default EPS bearer context rejectActivate dedicated EPS bearer context requestActivate
18、dedicated EPS bearer context acceptActivate dedicated EPS bearer context rejectModify EPS bearer context requestModify EPS bearer context acceptModify EPS bearer context rejectDeactivate EPS bearer context requestDeactivate EPS bearer context acceptPDN connectivity request、PDN connectivity rejectPDN
19、 disconnect request、PDN disconnect rejectBearer resource allocation requestBearer resource allocation rejectBearer resource modification requestBearer resource modification rejectESM information request、ESM information responseESM status NAS消息可分为ESM消息和EMM消息,具体如下:ESM(EPS session management)EPS会话管理,建立
20、和维护UE和PDN GW之间的IP连接。包括:1)网络侧激活、去激活和修改EPS承载上下文;2)UE请求资源(跟PDN的IP连接,以及专用承载资源)EMM(EPS Mobility Management)的一般过程主要包括:GUTI(全球唯一临时标识)重分配过程、鉴权过程、安全模式命令过程、标识过程、Attach、Detach等几个模块功能。这些过程都是在非接入层信令连接建立基础上才发起的。配色参考方案:以下为三组配色方案。(仅供参考)二、空口基本信令流程二、空口基本信令流程系统消息随机接入寻呼RRC连接建立、重配、重建立、释放测量配色参考方案:以下为三组配色方案。(仅供参考)系统消息(系统消
21、息(36.331)系统消息的组成MasterInformationBlock(MIB)多个SystemInformationBlocks(SIBs)MIB承载于BCCH BCH P-BCH上包括有限个用以读取其他小区信息的最重要、最常用的传输参数(系统带宽,系统帧号,PHICH配置信息)时域:紧邻同步信道,以10ms为周期重传4次频域:位于系统带宽中央的72个子载波LTE系统消息系统消息PBCH时域映射结构PBCH频域映射结构配色参考方案:以下为三组配色方案。(仅供参考)系统消息(系统消息(36.331)SIBs除MIB以外的系统消息,包括SIB1-SIB12除SIB1以外,SIB2-SIB1
22、2均由SI(System Information)承载SIB1是除MIB外最重要的系统消息,固定以20ms为周期重传4次,即SIB1在每两个无线帧(20ms)的子帧#5中重传(SFN mod 2=0,SFN mod 8 0)一次,如果满足SFN mod 8=0时,SIB1的内容可能改变,新传一次。SIB1和所有SI消息均传输在BCCH DL-SCH PDSCH上SIB1的传输通过携带SI-RNTI(SI-RNTI每个小区都是相同的)的PDCCH调度完成SIB1中的SchedulingInfoList携带所有SI的调度信息,接收SIB1以后,即可接收其他SI消息LTE系统消息系统消息配色参考方案
23、:以下为三组配色方案。(仅供参考)各系统消息作用各系统消息作用系统消息功能说明系统消息功能说明配色参考方案:以下为三组配色方案。(仅供参考)随机接入过程(随机接入过程(36.300)申请上行资源与eNodeB间的上行时间同步从RRC-IDLE状态到RRC-CONNECT的状态转换,即RRC连接过程,如初始接入和TAU更新无线链路失败后的初始接入,即RRC 连接重建过程在RRC-CONNECTED状态,未获得上行同步但需发送上行数据和控制信息或虽未上行失步但需要通过随机接入申请上行资源在RRC-CONNECTED状态,从服务小区切换到目标小区在RRC-CONNECTED状态,未获得上行同步但需接
24、收下行数据在RRC-CONNECTED状态,UE位置辅助定位需要,网络利用随机接入获取时间提前量(TA:Timing Advance)竞竞争争接接入入过过程程非非竞竞争争接接入入过过程程无线网基本信令流程无线网基本信令流程随机接入随机接入随机接入实现的基本功能随机接入实现的基本功能随机接入随机接入的使用场景的使用场景配色参考方案:以下为三组配色方案。(仅供参考)基于竞争的随机接入(基于竞争的随机接入(2-1)UE随机选择preamble码发起Msg1:发送Preamble码eNB可以选择64个Preamble码中 的部分或全部用于竞争接入Msg1承载于PRACH上Msg2:随机接入响应Msg2
25、由eNB的MAC层组织,并由 DL_SCH承载一条Msg2可同时响应多个UE的随 机接入请求eNB使用PDCCH调度Msg2,并通过RA-RNTI进行寻址,RA-RNTI由承载Msg1的PRACH时频资源位置确定Msg2包含上行传输定时提前量、为Msg3分配的上行资源、临时C-RNTI等Msg3:第一次调度传输UE在接收Msg2后,在其分配的上行资源上传输Msg3,并映射到UL-SCH上的CCCH逻辑信道上发送1234基于竞争的随机接入过程基于竞争的随机接入过程2-1无线网基本信令流程无线网基本信令流程随机接入随机接入配色参考方案:以下为三组配色方案。(仅供参考)基于竞争的随机接入过程基于竞争
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