LTE信令流程图端到端平台.docx

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LTE信令流程图端到端平台

基本信令流程图TDD-LTE

1概述

本文主要针对TD-LTE端到端信令流程图进行分解，为端到端平台提供分析流程呈现依据。

由于部分流程无S1口信令支撑，当前根据相关文档进行的绘制，后续具备条件后进行补充调整。

2TDD-LTE网络结构概述

LTE的系统架构分成两部分，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（evolvedNodeB）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，并且在需要通信的两个不同eNB之间总是会存在X2接口。

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。

由于eNB与MME/S-GW之间具有灵活的连接（S1-flex），UE在移动过程中仍然可以驻留在相同的MME/S-GW上，有助于减少接口信令交互数量以及MME/S-GW的处理负荷。

当MME/S-GW与eNB之间的连接路径相当长或进行新的资源分配时，与UE连接的MME/S-GW也可能会改变。

MME/S-GWMME/S-GW

S1S1

S1S1X2E-UTRANeNBeNBX2X2

eNB

2.1EPC与E-UTRAN功能划分

与3G系统相比，由于重新定义了系统网络架构，核心网和接入网之间的功能划分也随之有所变化，需要重新明确以适应新的架构和LTE的系统需求。

针对LTE的系统架构，网络功能划分如下图：

eNInterCellRRRBControConnectionMobilityCont

RadioAdmissionContro

eNBMeasurementMMEConfiguration&Provision

NASSecurityDynamicResourceAllocation（Scheduler）IdleStateMobility

HandlingRRCPDCPSAEBearerControlRLC

ServingGatewayMACS1MobilityAnchoringPHYinternet

E-UTRANEPC

eNodeB功能：

1）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；

2）IP头压缩与用户数据流加密；

3）UE附着时的MME选择；

4）提供到S-GW的用户面数据的路由；

5）寻呼消息的调度与传输；

6）系统广播信息的调度与传输；

7）测量与测量报告的配置。

MME功能：

1）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；）2．

3）空闲状态的移动性管理；

4）SAE承载控制；

5）非接入层信令的加密与完整性保护。

服务网关功能：

1）终止由于寻呼原因产生的用户平面数据包；

2）支持由于UE移动性产生的用户平面切换。

2.2E-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。

E-UTRAN接口的通用协议模型继承了UTRAN接口的定义原则，即控制面和用户面相分离，无线网络层与传输网络层相分离。

继续保持控制平面与用户平面、无线网络层与传输网络层技术的独立演进，同时减少了LTE系统接口标准化工作的代价。

RadioControlPlaneUserPlaneNetwork

LayerApplication

Protocol

TransportNetworkTransportTransportNetworkNetworkPlaneUserPlaneUserLayer

SignallingData

Bearer（s）Bearer（s）

PhysicalLayer

2.3S1接口

S1接口是MME/S-GW网关与eNB之间的接口，S1接口与3GUMTS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。

2.3.1S1接口的用户平面

）的协议栈如下图S1-UP接口用户平面（S1之间，S-GW和E-NodeB用户平面接口位于

之间与eNBGTP-U用来传输S-GW所示。

S1-UP的传输网络层基于IP传输，UDP/IP之上的。

的用户平面PDU

GTP-U协议具备以下特点：

1）GTP-U协议既可以基于IPv4/UDP传输，也可以基于IPv6/UDP传输；

2）隧道端点之间的数据通过IP地址和UDP端口号进行路由；

3）UDP头与使用的IP版本无关，两者独立。

S1用户面无线网络层协议功能：

1）在S1接口目标节点中指示数据分组所属的SAE接入承载；

2）移动性过程中尽量减少数据的丢失；

3）错误处理机制；

4）MBMS支持功能；

5）分组丢失检测机制；

2.3.2S1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。

接口控制面协议栈如下图所示：

S1．

S1控制面功能：

1）SAE承载服务管理功能（包括SAE承载建立、修改和释放）；

2）S1接口UE上下文释放功能；

3）LTE_ACTIVE状态下UE的移动性管理功能（包括Intra-LTE切换和Inter-3GPP-RAT切换）；

4）S1接口的寻呼；

5）NAS信令传输功能；

6）S1接口管理功能（包括复位、错误指示以及过载指示等）；

7）网络共享功能；

8）漫游于区域限制支持功能；

9）NAS节点选择功能；

10）初始上下文建立过程；

S1接口的无线网络层不提供流量控制和拥塞控制功能。

）112.4X2接口

X2接口是eNB与eNB之间的接口。

X2接口的定义采用了与S1接口一致的原则，体现接口类似。

S1接口的用户平面协议结构与控制平面协议结构均与X2在．

X2接口用户平面2.4.1

的协议栈结构如下图所示，之间的用户数据传输功能。

X2-UPX2接口用户平面提供eNB。

来传输eNB之间的用户面PDUX2-UP的传输网络层基于IP传输，UDP/IP协议之上采用GTP-U

接口控制平面2.4.2X2接口一致的原S1系统X2接口的定义采用了与X2接口控制平面协议栈如下图所示，LTE，为信令提供可靠的传输。

应用层信SCTPIP层的上面也采用了则，其传输网络层控制平面X2-AP。

令协议表示为

X2接口应用层协议功能：

1）支持LTE_ACTIVE状态下UE的LTE接入系统内的移动性管理功能；

2）X2接口自身的管理功能，如错误指示等；

上行负荷管理功能。

）3．

2.5S5接口

S5接口是S-GW和P-GW之间的接口，提供S-GW和P-GW间的用户面隧道和隧道管理功能。

该接口点用于S-GW和P-GW分设时，S-GW建立到P-GW的连接过程以及在用户移动性管理中S-GW重定位过程。

S8接口是在用户漫游的时候，VPLMN的S-GW和HPLMN的P-GW间的参考点，它的功能和S5接口相同。

S5接口的控制平面功能，主要包括承载的建立、修改或释放，控制平面采用GTPv2-C协议，遵循3GPPTS29.274；用户平面采用GTPv1-U协议，遵循3GPPTS29.281

2.6S11接口

S11接口是MME和S-GW之间的参考点，用于支持移动性和承载管理流程，其功能跟S4接口的控制平面相似，包括承载的建立、修改或释放；或者用于修改用户承载的QoS参数修改；或者在有下行数据的时候，用于通知MME需要寻呼空闲态的用户；或者在发生InterRAT切换的时候，用于转变数据的转发方式，删除或者建立间接转发方式。

。

3GPPTS29.274协议，遵循GTPv2-C接口采用S11．

3附着流程

3.1正常附着流程

MMeNodeUattachRequesRandomAccessPreambl随机接入程，完URandomAccessResponseNoderrcConnectionReques连接RR立，并开rrcConnectionSetu初始化U下文请rrcConnectionSetupCompletInitialUEmessagIdentificationRequesU身份识别、IdentificationRespons权和安全模式AuthenticationReques认。

由于目前外MM和实验室AuthenticationRespons鉴权都关闭，该SecurityModeComman程信令在相关接均没有体SecurityModeCompletInitialcontextsetuprequesU初始化上ueCapabilityEnquir能U文，完查询和安全模ueCapabilityInformatio激活过程，如初始化建立请UECapabilityInfoIndicatio能中携带U则不会IsecurityModeComman相ueCapabilit查询信securityModeCompletrrcConnectionReconfiguratio完U上文建立。

重SRB和无attachAccep资源配置，SRBactivateDefaultEpsBearerContextReques包括默DR承载等rrcConnectionReconfigurationCompleteInitialcontextsetupresponseactivateDefaultEpsBearerContextAcceptattachComplete上行信息传送，附ULInformationTransfer着完成UPLINKNASTRANSPORTrrcConnectionReconfigurationrrcConnectionReconfigurationComplete

attach湾流.xls

3.2异常附着流程

3.2.1RRC建立失败

RRC建立失败根据信令又分为三种：

1、RRC建立请求无响应：

（或是空口因素导致eNodeB未收到，或是收到但无法正确解码）

UEeNodeBMMEattachRequestrrcConnectionRequest

2、RRC建立请求正确到达eNodeB，但eNodeB下发的rrcconnectionsetup消息UE未收到或收到后无法按照要求建立。

UEeNodeBMMEattachRequestrrcConnectionRequestrrcConnectionSetup

3、UE上发的rrcconnectionsetupcomplete消息在空口丢失导致建立超时。

MMEeNodeBUEattachRequestrrcConnectionRequestrrcConnectionSetuprrcConnectionSetupComplete

3.2.2核心网拒绝

UeNodeMMattachRequesrrcConnectionRequesrrcConnectionSeturrcConnectionSetupCompletInitialUEmessagDOWNLINKNASTRANSPORattachRejecUECONTEXTRELEASECOMMANDRRCConnectionReleaseUECONTEXTRELEASECOMPLETE

3.2.3eNodeB未收到初始化上下文建立请求

UEeNodeBMMEattachRequestrrcConnectionRequestrrcConnectionSetuprrcConnectionSetupCompleteInitialUEmessageInitialcontextsetuprequestRRCConnectionRelease

3.2.4RRC重配置请求丢失

UeNodeMMattachRequesrrcConnectionRequesrrcConnectionSeturrcConnectionSetupCompletInitialUEmessagInitialcontextsetuprequesueCapabilityEnquirueCapabilityInformatioUECapabilityInfoIndicatiosecurityModeCommansecurityModeCompletrrcConnectionReconfiguratioInitialcontextsetupfailurUECONTEXTRELEASEREQUESUECONTEXTRELEASECOMMANRRCConnectionReleaseUECONTEXTRELEASECOMPLETE

4寻呼流程

4.1寻呼成功流程

4.1.1空闲态寻呼

UMMeNodePaginPaginservicerequesrrcConnectionRequesrrcConnectionSeturrcConnectionSetupCompletInitialUEmessageInitialcontextsetuprequestsecurityModeCommandsecurityModeCompleterrcConnectionReconfigurationrrcConnectionReconfigurationCompleteInitialcontextsetupresponse

寻呼成功：

MME发起寻呼（S1接口发送Paing消息）后收到S1接口相应的INITIALUE

MESSAGE（NAS:

ServiceRequest），则判做寻呼成功

4.1.2连接态寻呼

4.2寻呼失败流程

寻呼失败：

MME发起寻呼（S1接口发送Paing消息），2秒内未收到S1接口相应的INITIALUEMESSAGE，则判做一次寻呼失败

4.2.1Paging消息不可达

Paging消息在S1口丢失

MMEUEeNodeBPaging

Paging消息在空口丢失

UEMMEeNodeBPagingPaging

4.2.2RRC建立失败

RRC建立失败根据信令又分为三种：

1、RRC建立请求无响应：

（或是空口因素导致eNodeB未收到，或是收到但无法正确解码）

UEeNodeBMMEPagingPagingservicerequestrrcConnectionRequest

未收到UE消息rrcconnectionsetup下发的eNodeB，但eNodeB建立请求正确到达RRC、2．

或收到后无法按照要求建立。

UEPagingservicerequestrrcConnectionRequestrrcConnectionSetup

eNodeBPaging

MME

3、UE上发的rrcconnectionsetupcomplete消息在空口丢失导致建立超时。

UEeNodeBMMEPagingPagingservicerequestrrcConnectionRequestrrcConnectionSetuprrcConnectionSetupComplete

4.2.3eNodeB未上发InitialUEmessage或达到超时

UEPagingservicerequestrrcConnectionRequestrrcConnectionSetuprrcConnectionSetupCompleteRRCConnectionRelease

UEDetachrequestULInformatianTransferDLInformatianTransfer

UEDetachrequestrrcConnectionRequestrrcConnectionSetuprrcConnectionSetupCompleteDLInformatianTransferDetachacceptRRCConnectionRelease

eNodeBPagingInitialUEmessageMMEeNodeBUPLINKNASTRANSPORTDOWNLINKNASTRANSPORTeNodeBUPLINKNASTRANSPORTDOWNLINKNASTRANSPORTUECONTEXTRELEASECOMMANDUECONTEXTRELEASECOMPLETE

MMEMME

5去附着流程

5.1非关机去附着流程

5.1.1连接态非关机去附着

DetachacceptUECONTEXTRELEASECOMMANDRRCConnectionReleaseUECONTEXTRELEASECOMPLETE

detach湾流.xls

5.1.2空闲态非关机去附着

5.2关机去附着流程

UE关机去附着时,发起去附着请求后不再响应E-UTRAN侧任何消息,直接释放本地所有EPS承载和RB资源。

如果是连接态关机去附着，则下图流程中没有RRC建立过程。

UEMMEeNodeBDetachrequestrrcConnectionRequestrrcConnectionSetuprrcConnectionSetupCompleteInitialUEmessageUECONTEXTRELEASECOMMANDUECONTEXTRELEASECOMPLETE

6TAU流程

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

如果TAUaccept分配了一个新的GUTI，则UE需要回复TAUcomplete，否则不用回复。

6.1TAU成功流程

6.1.1空闲态TAU

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TAUrequest消息中设置湡尠捡楴敶标识，来请求建立用户面资源，并且TAU完成后保持NAS信令连接。

如果没有设置慜瑣癩履标识，则TAU完成后释放NAS信令连接。

IDLE下发起的也可以带EPSbearercontextstatusIE，如果UE带该IE，MME回复消息也带该IE，双方EPS承载通过这个IE保持同步。

完成后释放连接TAU标识，ACTIVE中不含TAURequest

UETrackingareaupdaterequestRandomAccessPreambleRandomAccessResponserrcConnectionRequestrrcConnectionSetuprrcConnectionSetupCompleteueCapabilityEnquiryueCapabilityInformationsecurityModeCommandsecurityModeCompleterrcConnectionReconfigurationTrackingareaupdateacceptrrcConnectionReconfigurationCompleteTrackingareaupdatecompleteULInformationTransferRRCConnectionReleaseeNodeBUETrackingareaupdaterequestRandomAccessPreambleRandomAccessResponserrcConnectionRequestrrcConnectionSetuprrcConnectionSetupCompleteueCapabilityEnquiryueCapabilityInformationUECapabilityInfoIndicationsecurityModeCommandsecurityModeCompleterrcConnectionReconfigurationTrackingareaupdateacceptrrcConnectionReconfigurationCompleteTrackingareaupdatecompleteULInformationTransferUPLINKNASTRANSPORTUETrackingareaupdaterequestTrackingareaupdateacceptTrackingareaupdatecompleteUEeNodeBattachRequestrrcConnectionRequestrrcConnectionSetuprrcConnectionSetupCompleteInitialUEmessageInitialcontextsetuprequestueCapabilityEnquiryueCapabilityInformationUECapabilityInfoIndicationsecurityModeCommandsecurityModeCompleterrcConnectionReconfigurationattachAcceptactivateDefaultEpsBearerContextRequestrrcConnectionReconfigurationCompleteInitialcontextsetupresponseactivateDefaultEpsBearerContextAcceptattachCompleteULInformationTransferuplinkNASTransportUE

eNodeBInitialUEmessageInitialcontextsetuprequestUECapabilityInfoIndicationTAUAcceptInitialcontextsetupresponseTAUCompleteUPLINKNASTRANSPORTUECONTEXTRELEASECOMMANDUECONTEXTRELEASECOMPLETE

MMEIniti