s1ap基本信令流程.docx
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s1ap基本信令流程.docx
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s1ap基本信令流程
s1ap基本信令流程
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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,evolvedNodeB,组成,提供到UE的E-UTRA控制面不用户面的协议终止点。
eNB之间通过X2接口进行连接。
LTE接入网不核心网之间通过S1接口进行连接,S1接口支持多-多联系方式。
不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不CAPEX。
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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。
RadioControlPlaneUserPlaneNetwork
LayerApplication
Protocol
TransportTransportNetworkTransportNetwork
UserPlaneUserPlaneNetwork
Layer
SignallingData
Bearer(s)Bearer(s)
PhysicalLayer
1.2S1接口
S1接口是MME/S-GW网关不eNB之间的接口,S1接口不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。
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不eNB之间的用户平面PDU。
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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:
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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:
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eNBEPC
1.InitialUEmessage(包含AttachRequest、PDNconnectivityrequest消息)
2.建立默认EPS承载等
3.Initialcontextsetuprequest(包含AttachAccept、ActivatedefaultEPSbearercontextrequest)
4.UECapabilityInfoIndication
5.Initialcontextsetupresponse
6.UPLINKNASTRANSPORT(包含AttachComplete、
ActivatedefaultEPSbearercontextaccept)
FirstUplinkData
7.更新承载FirstDownlinkData
检测到UserInactivity
8.UECONTEXTRELEASEREQUEST
(Cause)
9.更新承载
10.UECONTEXTRELEASECOMMAND
11.UECONTEXTRELEASECOMPLETE
说明:
1)步骤1~2会建立S1连接,标志着NASsignalingconnection建立完成。
2)如果消息2带了UERadioCapabilityIE,则没有4过程
3)发起UE上下文释放,即8~11,的条件:
-eNodeB-initiatedwithcausee.g.O&MIntervention,UnspecifiedFailure,User
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Inactivity,RepeatedRRCsignallingIntegrityCheckFailure,ReleaseduetoUE
generatedsignallingconnectionrelease,etc.;or
-MME-initiatedwithcausee.g.authenticationfailure,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attachrequest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,
eNBEPC
1.InitialUEmessage
(包含AttachRequest、PDNconnectivityrequest消息)
2.MME或者S-GW拒绝
DOWNLINKNASTRANSPORT3.
(包含AttachReject、可能有PDNconnectivityreject消息)
4.UECONTEXTRELEASECOMMAND
5.UECONTEXTRELEASECOMPLETE
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,
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eNBEPC
1.InitialUEmessage
(包含AttachRequest、PDNconnectivityrequest消息)
2.建立默认EPS承载等
3.Initialcontextsetuprequest
(包含AttachAccept、
ActivatedefaultEPSbearercontextrequest)
4.UECapabilityInfoIndication定时器超时
5.Initialcontextsetupfailure
6.UECONTEXTRELEASEREQUEST
7.更新承载
8.UECONTEXTRELEASECOMMAND
9.UECONTEXTRELEASECOMPLETE
2.2UE发起的servicerequest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servicerequest过程,流程图如下:
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eNBEPC
1.InitialUEmessage
(包含ServiceRequest消息)
2.S1-AP:
InitialContextSetupRequest
3.UECapabilityInfoIndication4.S1-AP:
InitialContextSetupResponse
FirstUplinkData
更新承载
FirstDownlinkData
检测到UserInactivity
5.UEContextReleaseRequest
(Cause)
更新承载
6.UEContextReleaseCommand7.UEContextReleaseComplete
2.2.2异常流程case1,核心网拒绝,
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eNBEPC
1.InitialUEmessage
(包含servicerequest消息)
2.MME或者S-GW拒绝
DOWNLINKNASTRANSPORT3.
(包含servicereject消息)
4.UECONTEXTRELEASECOMMAND
5.UECONTEXTRELEASECOMPLETE
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建立与用承载失败,
如果eNB建立与用承载失败,则回复给核心网Initialcontextsetupresponse,带失败列表,告知核心网与用承载建立失败,核心网会本地去激活该与用承载。
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,
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eNBEPC
1.InitialUEmessage
(包含ServiceRequest消息)
2.InitialContextSetupRequest
3.UECapabilityInfoIndication
4.InitialContextSetupResponse
E-RABFailed列表)(带
核心网发现默认承载建立失败,本地
detach该UE
5.UEContextReleaseCommand
6.UEContextReleaseComplete
2.3网络发起的paging流程
2.3.1S_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:
eNBEPC
1.NAS:
Paging(S_TMSI)
同UE发起的servicerequest过程1,4
2.3.2IMSI寻呼
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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。
eNBEPC
1.NAS:
Paging(IMSI)
同UE发起的attachrequest过程1,6
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。
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,不TAU无关的,发送,UE可以在TAUrequest消息中设置an"active"标识,来请求建立用户面资源,并丏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:
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eNBEPC
1.InitialUEmessage
(包含TAUrequest)
2.MME间更新
UE上下文等
3.S1-AP:
InitialContextSetupRequest
(包含TAUAccept)
4.UECapabilityInfoIndication
5.S1-AP:
InitialContextSetupResponse
6.UPLINKNASTRANSPORT
(包含TAUComplete)
FirstUplinkData
7.更新承载FirstDownlinkData
说明:
1,如果TAUaccept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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eNBEPC
UPLINKNASTRANSPORT1.
(包含TAUrequest消息)
2.MME间更新
UE上下文等
3.DOWNLINKNASTRANSPORT
(包含TAUAccept消息)
4.UPLINKNASTRANSPORT
(包含TAUComplete消息)
说明:
1,如果TAUaccept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:
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eNBEPC
Switchoff)1.NAS:
DetachRequest(
本地清空该UE的所有
EPS承载和TEID资源
2.UEContextReleaseCommand
3.UEContextReleaseComplete
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,
eNBEPC
1.InitialUEmessage
(包含DetachRequest)
本地清空该UE的所有
EPS承载和TEID资源
DOWNLINKNASTRANSPORT2.
(包含DetachAccept)
3.UECONTEXTRELEASECOMMAND
4.UECONTEXTRELEASECOMPLETE
2.5.3非关机去附着case2,CONNECTED下,
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eNBEPC
1.UPLINKNASTRANSPORT
(包含Detachrequest消息)
本地清空该UE的所有
EPS承载和TEID资源
2.DOWNLINKNASTRANSPORT
(包含DetachAccept)
3.UECONTEXTRELEASECOMMAND
4.UECONTEXTRELEASECOMPLETE
2.6与用承载建立流程
2.6.1正常流程
与用承载建立可以由UE或者MME主劢发起,eNB不能主劢发起,并丏只能在connected下发起该流程。
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eNBEPC
1.UPLINKNASTRANSPORT
(包含Bearerresourceallocationrequest)
2.承载分配请求
3.E-RABSETUP/MODIFYREQUEST
(包含Activate/ModifydedicatedEPSbearer
contextrequest)
4.E-RABSETUP/MODIFYRESPONSE
UPLINKNASTRANSPORT5.
(包含Activate/ModifydedicatedEPSbearer
contextaccept)
UplinkData
6.承载分配响应
DownlinkData
说明:
1,如果是MME主劢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,
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eNBEPC
1.UPLINKNASTRANSPORT
(包含Bearerresourceallocationrequest)
2.承载分配请
求,被拒绝
3.DOWNLINKNASTRANSPORT
(包含Bearerresourceallocationreject)
2.6.3异常流程case2,eNB本地建立失败,核心网主劢发起的建立,
如果eNB建立失败,会回复E-RABSETUPRESPONSE,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
eNBEPC
1.承载分配请求
2.E-RABSETUPREQUEST
(包含ActivatededicatedEPSbearercontextrequest)
3.E-RABSETUPRESPONSE
(带E-RABFailedList,cause"Radio
resourcesnotavailable")
4.本地释放承载
2.6.4异常流程case3,eNB未等到RRC重配完成消息,回复失败,
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eNBEPC
1.承载分配请求
2.E-RABSETUPREQUEST
(包含ActivatededicatedEPSbearercontextrequest)
3.E-RABSETUPRESPONSE
(带E-RABFailedList,cause"Failure定时器超时intheRadioInterfaceProcedure")
4.承载释放
5.UECONTEXTRELEASEREQUEST
6.更新承载
7.UECONTEXTRELEASECOMMAND
8.UECONTEXTRELEASECOMPLETE
2.6.5异常流程case4,UENAS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NASPDU。
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eNBEPC
1.承载分配请求
2.E-RABSETUPREQUEST
(包含ActivatededicatedEPSbearercontextrequest)
E-RABSETUPRESPONSE5.
8.UPLINKNASTRANSPORT
(包含ActivatededicatedEPSbearercontextreject)
9.承载释放
E-RABRELEASECOMMAND10.
(不含NASPDU)
E-RABRELEASERESPONSE13.
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。
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