LTE基本概念及信令流程分析.pptx
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1、LTE信令流程信令流程演讲人演讲人:李泉李泉日期:日期:20141031第 2 页主要内容主要内容n基本概念基本概念n网络架构网络架构n协议栈结构协议栈结构n接口功能接口功能n无线网系统消息无线网系统消息nUE的工作模式与状态的工作模式与状态n无线承载的分类无线承载的分类nUE标识标识n无线网基本信令流程无线网基本信令流程n随机接入随机接入n寻呼寻呼nRRC连接建立、重配、重建连接建立、重配、重建立、释放立、释放n测量测量n端到端业务建立端到端业务建立/释放相释放相关流程关流程nAttach流程流程nDetach流程流程nService Request过程过程n专用承载建立流程专用承载建立流程
2、n专用承载修改流程专用承载修改流程n专用承载释放流程专用承载释放流程n移动性管理移动性管理nTAUn切换切换n小区重选小区重选n附录附录第 3 页E-UTRAN网络结构网络结构LTE主要主要3GPP规范见附录规范见附录基基 本本 概概 念念网络架构网络架构LTE网络架构网络架构第 4 页网络实体网络实体n整个整个TD-LTE系统由系统由3部分组成:部分组成:n核心网核心网(EPC,Evolved Packet Core)n接入网接入网(eNodeB)n用户设备用户设备(UE)nEPC分为三部分:分为三部分:nMME(Mobility Management Entity,负责信令处理部分)负责信
3、令处理部分)nS-GW(Serving Gateway,负责本地网络用户数据处理部分)负责本地网络用户数据处理部分)nP-GW(PDN Gateway,负责用户数据包与其他网络的处理,负责用户数据包与其他网络的处理)n接入网(也称接入网(也称E-UTRAN)由)由eNodeB构成构成n网络接口网络接口nS1接口:接口:eNodeB与与EPCnX2接口:接口:eNodeB之间之间nUu接口:接口:eNodeB与与UENOTE:和和UMTS相比,由于相比,由于NodeB 和和 RNC 融融合为网元合为网元eNodeB,所以所以TD-LTE少了少了Iub接口。接口。X2接口类似于接口类似于Iur接口
4、,接口,S1接口类似于接口类似于Iu接口接口基基 本本 概概 念念网络架构网络架构LTE网络实体网络实体第 5 页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EPCEUTRAN第 6 页EPC与与E-UTRAN功能简述功能简述neNB功能:功能:n无线资源管理相关的功能,包括无线资源管理相关的功能,包括无线承载控制无线承载控制、接纳控制、连接移动性管理、上、接纳控制、连接移动性管理、上/下下行动态资源分配行动态资源分配/调度等;调度等;nIP头压缩与用户数据流加密;头压缩与用户数据流加密;PDCPnUE附着时的附着时的MME选择;选择;n提供到提供到S-GW
5、的用户面数据的路由;的用户面数据的路由;n寻呼消息的调度与传输;寻呼消息的调度与传输;n系统广播信息的调度与传输;系统广播信息的调度与传输;n测量与测量报告的配置。测量与测量报告的配置。nMME功能:功能:n寻呼消息分发,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负责将寻呼消息按照一定的原则分发到相关的eNB;n安全控制;安全控制;n空闲状态的移动性管理;空闲状态的移动性管理;nEPC承载控制承载控制;n非接入层信令的加密与完整性保护。非接入层信令的加密与完整性保护。n服务网关功能:服务网关功能:n终止由于寻呼原因产生的用户平面数据包;终止由于寻呼原因产生的用户平面数据包;n
6、支持由于支持由于UE移动性产生的用户平面切换。移动性产生的用户平面切换。nPDN网关功能:网关功能:n用户数据包的过滤和检查用户数据包的过滤和检查n用户用户IP分配分配基基 本本 概概 念念网络架构网络架构功能概述功能概述第 7 页网元间控制面整体协议栈网元间控制面整体协议栈n没有没有RNC,空中接口的控制平面(,空中接口的控制平面(RRC)功能由)功能由eNB进行管理和控制进行管理和控制nMac匹配上层数据与物理层传输能力;调度,保证匹配上层数据与物理层传输能力;调度,保证QOS参数,优先级分配参数,优先级分配nPDCP完全确知,头压缩、加解密功能完全确知,头压缩、加解密功能nRLC对上层数
7、据进行分段和重组,有对上层数据进行分段和重组,有mac层通知,层通知,ARQnSCTP在在IP层之外增加额外保证,保证数据安全,因为层之外增加额外保证,保证数据安全,因为IP针对有线传输针对有线传输基基 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第 8 页网元间用户面整体协议栈网元间用户面整体协议栈n用户面和控制面协议栈均包含用户面和控制面协议栈均包含PHY,MAC,RLC和和PDCP层,控制面向上还包含层,控制面向上还包含RRC层和层和NAS层层n没有了没有了RNC,空中接口的用户平面(,空中接口的用户平面(MAC/RLC)功能由)功能由eNB进行管理和控制进行管理和控制
8、nGTP-U 加上用户标识,对用户数据包增加移动性管理功能(加上用户标识,对用户数据包增加移动性管理功能(S-GW)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第 9 页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第 10 页Uu口控制面协议栈口控制面协议栈n控制平面控制平面RRC协议数据的加解密和完整性保协议数据的加解密和完整性保护功能,在护功能,在LTE中交由中交由PDCP层完成层完成
9、nRRC子层主要承担广播、无线接口寻呼、子层主要承担广播、无线接口寻呼、RRC连接管理、无线承载控制、移动性管理、连接管理、无线承载控制、移动性管理、UE测量上报和控制等功能测量上报和控制等功能n仅存在一个仅存在一个MAC实体;实体;对应物理共享信道对应物理共享信道基基 本本 概概 念念协议栈结构协议栈结构LTE控制面控制面n3G中控制平面不存在中控制平面不存在PDCP协议栈,由协议栈,由RLC层层提供无线信令承载提供无线信令承载SRBnRLC层依然提供层依然提供TM/UM/AM三种传输模式三种传输模式n3G中中UM/AM传输模式下传输模式下的加密由的加密由RLC层实现,层实现,TM模式模式
10、下的加密由下的加密由MAC层实现层实现n3G中含有多个中含有多个MAC实体:实体:MAC-b,MAC-c/sh,MAC-d,MAC-hs与与3G的异同的异同第 11 页Uu口用户面协议栈口用户面协议栈n安全方面的功能,用户面安全方面的功能,用户面的加密和解密功能由的加密和解密功能由PDCP子层完成子层完成n仅存在一个仅存在一个MAC实体实体基基 本本 概概 念念协议栈结构协议栈结构LTE用户面用户面n3G中中PDCP层仅用于承层仅用于承载载PS业务,广播和多播业务,广播和多播业务由业务由BMC层协议承载层协议承载n3G中用户数据的加密和中用户数据的加密和解密由解密由RLC和和MAC层完层完成成
11、n3G中含有多个中含有多个MAC实体:实体:MAC-b,MAC-c/sh,MAC-d,MAC-hsnRLC层依然提供层依然提供TM/UM/AM三种传输模式三种传输模式与与3G的异同的异同第 12 页LTE接口通用模型接口通用模型E-UTRAN接口通用协议模型接口通用协议模型 n适用于适用于E-UTRAN相关的所有接口,即相关的所有接口,即S1和和X2接口接口n控制面和用户面相分离,无线网络层与传输网络层相分离控制面和用户面相分离,无线网络层与传输网络层相分离n无线网络层:实现无线网络层:实现E-UTRAN的通信功能的通信功能n传输网络层:采用传输网络层:采用IP传输技术对用户面和控制面数据进行
12、传输传输技术对用户面和控制面数据进行传输 基基 本本 概概 念念接口功能接口功能第 13 页S1接口协议栈接口协议栈nUDP/IP之上的之上的GTP-U用来传输用来传输S-GW与与eNB之间的用户平面之间的用户平面PDUnS1用户面主要功能为用户面主要功能为:n在在S1接口目标节点中指示数据分组所属接口目标节点中指示数据分组所属的的SAE接入承载;接入承载;n移动性过程中尽量减少数据的丢失;移动性过程中尽量减少数据的丢失;n错误处理机制;错误处理机制;nMBMS支持功能;支持功能;n分组丢失检测机制;分组丢失检测机制;n控制层为了可靠的传输信令消息,在控制层为了可靠的传输信令消息,在IP层之层
13、之上添加了上添加了SCTPnS1控制面主要功能:控制面主要功能:nEPC承载服务管理功能;承载服务管理功能;nS1 接口接口UE上下文释放功能;上下文释放功能;nACTIVE状态下状态下UE的移动性管理功能;的移动性管理功能;nS1接口的寻呼;接口的寻呼;nNAS信令传输功能;信令传输功能;n漫游于区域限制支持功能;漫游于区域限制支持功能;nNAS节点选择功能;节点选择功能;n初始上下文建立过程;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接口接口第 14 页X2接口协议栈接口协议栈nX2接口用户面提供接口用户面提供eNB之间的用户数之间的用户数据传输功能据传输功能 nX2-
14、U接口协议栈与接口协议栈与S1-U接口协议栈接口协议栈完全相同完全相同nLTE系统系统X2接口的定义采用了与接口的定义采用了与S1接口接口一致的原则一致的原则 nX2接口应用层协议主要功能:接口应用层协议主要功能:n支持支持LTE_ACTIVE状态下状态下UE的的LTE接入接入系统内的移动性管理功能;系统内的移动性管理功能;nX2接口自身的管理功能,如错误指示、接口自身的管理功能,如错误指示、X2接口的建立与复位,更新接口的建立与复位,更新X2接口配置接口配置数据等;数据等;n负荷管理功能。负荷管理功能。基基 本本 概概 念念接口功能接口功能X2接口接口第 15 页3G Iu-PS接口通用模型
15、接口通用模型与与3G Iu-PS接口协议架构比较接口协议架构比较n控制面:在控制面:在Release 99中,采用中,采用7号信令系统协议承载信令;在号信令系统协议承载信令;在Release 5之后的版本,控制信令直接用之后的版本,控制信令直接用IP承载;承载;n用户面:用户面:Release 99 PS域,分组数据量在一个或多个域,分组数据量在一个或多个AAL5永久虚电路上永久虚电路上复用;在复用;在Release 5之后,直接采用之后,直接采用IP传输,与传输,与LTE架构相同;架构相同;基基 本本 概概 念念接口功能接口功能第 16 页系统消息(系统消息(36.331)n系统消息的组成系
16、统消息的组成nMasterInformationBlock(MIB)n多个多个SystemInformationBlocks(SIBs)nMIBn承载于承载于BCCH BCH P-BCH上上n包括有限个用以读取其他小区信息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(的最重要、最常用的传输参数(系系统带宽,系统帧号,统带宽,系统帧号,PHICH配置配置信息信息)n时域:紧邻同步信道,以时域:紧邻同步信道,以10ms为为周期重传周期重传4次次n频域:位于系统带宽中央的频域:位于系统带宽中央的72个个子载波子载波基基 本本 概概 念念无线网系统消息无线网系统消息LTE系统消息系统消息P
17、BCHPBCH时域映射结构时域映射结构PBCHPBCH频域映射结构频域映射结构第 17 页系统消息(系统消息(36.331)nSIBsn除除MIB以外的系统消息,包括以外的系统消息,包括SIB1-SIB12n除除SIB1以外,以外,SIB2-SIB12均由均由SI(System Information)承载承载nSIB1是除是除MIB外最重要的系统消息,固定以外最重要的系统消息,固定以20ms为周期重传为周期重传4次,即次,即SIB1在每两个无线帧(在每两个无线帧(20ms)的子帧)的子帧#5中重传(中重传(SFN mod 2=0,SFN mod 8 0)一次,如果满足)一次,如果满足SFN
18、mod 8=0时,时,SIB1的内容可能改变,的内容可能改变,新传一次。新传一次。nSIB1和所有和所有SI消息均传输在消息均传输在BCCH DL-SCH PDSCH上上nSIB1的传输通过携带的传输通过携带SI-RNTI(SI-RNTI每个小区都是相同的)的每个小区都是相同的)的PDCCH调度完成调度完成nSIB1中的中的SchedulingInfoList携带所有携带所有SI的调度信息,接收的调度信息,接收SIB1以后,以后,即可接收其他即可接收其他SI消息消息基基 本本 概概 念念无线网系统消息无线网系统消息LTE系统消息系统消息第 18 页各系统消息作用各系统消息作用基基 本本 概概
19、念念无线网系统消息无线网系统消息系统消息功能说明系统消息功能说明第 19 页系统消息信令流程系统消息信令流程系统消息获取系统消息获取nUE通过通过E-UTRAN广播消息获取广播消息获取AS和和NAS系统消息系统消息n此过程适用于此过程适用于RRC-IDLE和和RRC_CONNECTED状态状态n开机选网和小区重选时开机选网和小区重选时n切换完成或从另一个切换完成或从另一个RAT切换到切换到E-UTRAN时时n重新返回覆盖区域时重新返回覆盖区域时n当系统消息改变时当系统消息改变时n当出现接收当出现接收ETWS指示时指示时nupon receiving a request from CDMA200
20、0 upper layers nupon exceeding the maximum validity duration(3h)基基 本本 概概 念念无线网系统消息无线网系统消息第 20 页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 TS 36.331 4.2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第 21 页UE各状态说明各状态说明状状 态态行行 为为RRC_IDLEPLMN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U
21、E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状态状态第 22 页RRC信令消息简化信令消息简化Radio Bearer Setup(无线承载建立)(无线承载建立)Radio Bearer Release(无线承载释放)(无线承载释放)Radio Bearer R
22、econfiguration(无线承载重配置)(无线承载重配置)Transport Channel Reconfiguration(传输信道重配置)(传输信道重配置)TransportFormatCombinationControl(传输格式组合控制)(传输格式组合控制)Physical Channel Reconfiguration(物理信道重配置)(物理信道重配置)Measurement Control(测量控制)(测量控制)RRC Connection Reconfiguration(RRC连接重配置)连接重配置)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信令简化信
23、令简化第 23 页LTE中的承载中的承载nRadio Bearer承载空口承载空口RRC信令和信令和NAS信令信令nS1 Bearer 承载承载eNB与与MME间间S1-AP信令信令nNAS消息也可作为消息也可作为NAS PDU附带在附带在RRC消息中发送消息中发送基基 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第 24 页无线承载分类无线承载分类n数据承载为数据承载为DRB,通过,通过eNB为其分配的为其分配的PDSCH来承载来承载n信令承载通过信令承载通过SRB,LTE中有三类中有三类SRBnSRB0:承载:承载RRC消息,映射到消息,映射到CCCH信道信
24、道nSRB1:承载:承载RRC消息,也可承载消息,也可承载NAS消息,映射到消息,映射到DCCH信道信道nSRB2:承载:承载NAS消息,映射到消息,映射到DCCH信道信道nUE的的RRC连接未建立时,由连接未建立时,由SRB0承载承载RRC信令;信令;SRB2未建立时,由未建立时,由SRB1承载承载NAS信令信令n由于带宽增加,数据传输性能增强,由于带宽增加,数据传输性能增强,LTE的的RRC消息的数据携带能力显著提升;消息的数据携带能力显著提升;因此因此LTE中所有中所有NAS消息可填充在消息可填充在RRC消息中携带传输,进一步精简了信令流程消息中携带传输,进一步精简了信令流程nNAS消息
25、通过四条消息通过四条RRC消息传递:消息传递:nULInformationTransfer 和和 DLInformationTransfer(由(由SRB2承载,承载,SRB2未建立时由未建立时由 SRB1承载)承载)nRRCConnectionSetupComplete 和和 RRCConnectionReconfiguration(由(由SRB1承载)承载)nRRCConnectionSetupComplete(只携带(只携带NAS的初始直传消息)的初始直传消息)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
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