LTE NASEMM过程.docx

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LTENASEMM过程

LTENAS-EMM过程学习总结

1.1、GUTI重分配过程

1.1综述

GUTI（全球唯一临时标识）重分配过程目的是分配一个GUTI和选择性给一个新的TAI列表提供给特定的UE。

重分配过程只能被处于EMM-REGISTERED状态的MME初始化。

GUTI也可能在附着或者跟踪区域更新过程被隐式重分配。

GUTI中的PLMNidentity指示当前注册的PLMN。

NOTE1:

GUTI重分配过程通常在加密模式下执行。

NOTE2:

一般地，GUTI重分配会和另一个移动性管理过程同时发生，比如：

作为跟踪区域更新的一部分。

1.2网络侧发起GUTI

MME通过发送GUTIREALLOCATIONCOMMAND消息给UE并启动定时器T3450来初始化GUTI重分配过程。

GUTIREALLOCATIONCOMMAND消息中将包含GUTI，并可能包含TAI列表。

1.3GUTI重分配的UE端实现

根据收到的GUTIREALLOCATIONCOMMAND消息，UE将存储GUTI和TAI列表，并发送一条GUTIREALLOCATIONCOMPLETE消息给MME。

UE认为新的GUTI有效，旧的GUTI无效。

如果UE接收到一个新的TAI列表，UE认为旧的TAI列表无效，新的TAI列表有效，否则，UE将认为旧的TAI列表继续有效。

1.4GUTI重分配的网络实现

根据收到的GUTIREALLOCATIONCOMPLETE消息后，MME将停止定时器T3450，并认为新的GUTI有效，旧的GUTI无效。

如果GUTIREALLOCATIONCOMMAND消息中提供了一个新的TAI列表，MME将认为新的TAI列表有效，旧的TAI列表无效。

1.5UE端的异常情况

UE有一下异常情况

a）来自低层的包含TAI变化信息的GUTIREALLOCATIONCOMPLETE消息的传输错误指示

如果当前的TAI不在TAI列表中，GUTI重分配过程将被放弃，并且跟踪区域更新过程被触发。

如果当前TAI任然是TAI列表的一部分，则取决于UE如何实现重运行之前触发GUTI重分配过程的过程。

b）来自低层的不包含TAI变化信息的GUTIREALLOCATIONCOMPLETE消息的传输错误指示

如果当前TAI任然是TAI列表的一部分，则取决于UE如何实现重运行之前触发GUTI重分配过程的过程。

1.6网络侧异常情形

网络侧有以下异常情况：

a）低层错误

如果在GUTIREALLOCATIONCOMPLETE消息收到以前探测到低层错误，旧的和新的GUTI都将被认为是有效的直到旧的GUTI可能被网络侧认为无效为止。

如果在GUTIREALLOCATIONCOMMAND消息中包含TAI列表，那么旧的和新的TAI列表都将被认为是有效的直到旧的TAI列表可能被网络侧认为无效为止。

网络侧在这期间：

可能首先使用旧的GUTI中的S-TMSI向旧的TAI列表中包含的区域发起寻呼尝试，如果GUTIREALLOCATIONCOMMAND消息中包含一个新的TAI列表和旧的GUTI，那么这个新的TAI列表也将用来发起寻呼。

根据从UE收到的响应，网络可能重新初始化GUTI重分配过程。

如果收到的响应所在的跟踪区域同时包含在新的和旧的TAI列表中，网络将重新初始化GUTI重分配。

如果寻呼没有响应，网络可能使用包含在新的GUTI中的S-TMSI来发起寻呼。

这种情况下，如果GUTIREALLOCATIONCOMMAND消息中包含一个新的TAI列表和新的GUTI，新的TAI列表将代替旧的TAI列表。

根据从UE收到的响应，网络可能认为新的GUTI有效，旧的GUTI无效。

如果没有响应，网络可能使用ISMI进行寻呼尝试。

NOTE：

使用IMSI进行寻呼将引起UE的重新附着。

如果新的GUTI被UE使用，则认为新的GUTI有效，另外，如果该GUTI对应的新的TAI列表包含在GUTIREALLOCATIONCOMMAND消息中，则认为新的TAI列表有效；

如果UE使用旧的GUTI，则在GUTI重分配后，可能使用认证过程。

b）定时器T3450超时

GUTI重分配过程被定时器T3450监视。

在T3450第一次超时，网络将重置和重启T3450，并将重新发送GUTIREALLOCATIONCOMMAND消息。

重传被重复4次。

c）GUTI重分配和附着过程冲突

如果网络在GUTI重分配过程完成之前收到ATTACHREQUEST消息，网络将在删除EMM上下文以后继续处理附着过程。

d）GUTI重分配和UE去附着过程冲突

如果网络在GUTI重分配过程完成之前收到DETACHREQUEST消息，网络将放弃GUTI重分配过程，并处理去附着过程。

e）GUTI重分配和跟踪区域更新过程冲突

如果网络在GUTI重分配过程完成之前收到TRACKINGAREAUPDATEREQUEST消息，网络将放弃GUTI重分配过程，并处理跟踪区域更新过程。

网络可能仍然需要执行一个新的GUTI重分配过程。

f）GUTI重分配和服务请求过程冲突

如果网络在GUTI重分配完成之前收到EXTENDEDSERVICEREQUEST消息，网络将同时处理两个过程。

g）低层指示由于切换没有NASPDU发送

如果由于同MME切换（目标TA包含在TAI列表中）而导致GUTIREALLOCATIONCOMMAND消息不能被发送，根据成功完成的同MME切换，MME将重新发送GUTIREALLOCATIONCOMMAND消息。

如果切换过程中有低层报错，且S1信令连接存在，那么MME将重传GUTIREALLOCATIONCOMMAND消息。

如果一个不同的新的GUTI和新的TAI列表包含在GUTIREALLOCATIONCOMMAND消息中，UE总是认为最新的GUTI和最新的TAI列表在恢复时期有效。

1.7GUTI数据结构

1.7.1GUTI结构

GUTI包括两个部分：

一部分用于唯一标识分配GUTI的MME，称为GUMMEI，一部分用于唯一标识该MME中的UE，称为S-TMSI，格式如上图所示。

其中，GUMMEI中的MCC（MobileCountryCode）和MNC（MobileNetworkCode）跟以前ISMI中的长度一致，MCC表示国家码，长度是3位数字，中国的国家码是460；MNC表示运营商网络，可以是2位或者3位数字；MMEGI（MMEGroupIdentity）是MME群组的标识，长度为16比特；MMEC（MMECode）是群组中MME的代码，长度为8比特。

M-TMSI（MME-TemporaryMobileSubscriberIdentity）用于唯一标识某个MME中的UE，长度为32比特。

1.7.2GUTIreallocationcommand

1.7.3GUTIreallocationcomplete

2.2、鉴权过程

2.1综述

EPS鉴权和密钥协商（AKA）过程的目的是实现用户和网络之间的共同鉴权，并商定一个密钥KASME。

EPS的AKA过程总是由网络初始化和控制。

但是，UE能拒绝网络侧发起的EPS鉴权询问。

只有USIM存在的情况下，UE才会继续进行EPS鉴权。

当EPS鉴权成功，EPS安全上下文就会在UE和网络侧建立。

在一个成功的鉴权过程期间，USIM会计算密钥CK和IK。

CK和IK随后会被用作产生KASME的输入。

KASME被存储在EPS安全上下文中，该EPS安全上下文存于网络和ME的非永久存储介质中。

2.2网络初始化鉴权

当NAS信令连接存在，网络就可以再任意时刻发起鉴权过程。

网络通过给UE发送AUTHENTICATIONREQUEST消息和启动定时器T3460来初始化鉴权过程。

如下图：

AUTHENTICATIONREQUEST消息包含计算鉴权响应的必要参数。

2.3UE的鉴权响应

除了在2.6中描述的情况外，UE将处理鉴权询问数据，并回应一条AUTHENTICATIONRESPONSE消息给网络。

对于一个成功的EPS鉴权询问，UE将根据以下规则决定用来计算新的KASME的PLMNIdentity：

a）当UE从EMM-IDLE状态转移到EMM-CONNECTED状态，UE将使用选择的PLMN的PLMNIdentity直到第一次切换。

b）在切换或者异系统切换到S1-mode后，

-如果目标小区不是共享网络小区，UE将使用收到的系统信息中的PLMNIdentity；

-如果目标小区是一个共享网络小区，并且UE有一个有效的GUTI，UE将使用GUTI中的表示PLMNIdentity的部分；

-如果目标小区是一个共享网络小区，并且UE有一个有效的P-TMSI和RAI，但是没有有效的GUTI，UE将使用RAI中的表示PLMNIdentity的部分。

对于一个成功的EPS鉴权询问，根据鉴权询问数据计算获得的新的KASME将存储在ME非永久性存储介质中的一个新的EPS安全上下文中。

USIM将利用从ME接收来的鉴权询问数据来计算鉴权响应（RES），并传递RES给ME。

为了避免同步错误，当UE接收到一个AUTHENTICATIONREQUEST消息，UE将接收到的RAND和上述的RES一起存储到ME的非永久性存储器。

当UE收到后续的AUTHENTICATIONREQUEST，如果存储的RAND值和收到的新的值相等，ME不会将RAND传递给USIM，但是会发送包含存储的RES的AUTHENTICATIONRESPONSE消息。

如果在ME中没有有效存储的RAND或者存储的RAND和收到的新值不一样，ME将传递RAND值给USIM，用新值覆盖之前存储的任何RAND和RES，并启动，或者复位并重启定时器T3416。

存储在ME中的RAND和RES值将被删除，定时器T3416（如果在运行）将被停止：

-当接收到一个

-SECURITYMODECOMMAND,

-SERVICEREJECT,

-TRACKINGAREAUPDATEACCEPT,or

-AUTHENTICATIONREJECTmessage;

-当定时器T3416超时；或者

-如果UE进入EMM-DEREGISTEREDorEMM-NULL状态。

2.4网络侧完成鉴权

当接收到一个AUTHENTICATIONRESPONSE消息，网络将停止定时器T3460并检查RES的正确性。

如果鉴权过程成功的完成，并且相关的eKSI存储在网络的EPS安全上下文中，当初始化一个新的鉴权过程，网络将包含一个不同的eKSI到AUTHENTICATIONREQUEST消息中。

当接收到一条AUTHENTICATIONFAILURE消息，网络将停止T3460定时器。

EMMcause为#21"synchfailure"的情况下，核心网可能和HSS/AuC重新协商并提供给UE新的鉴权参数。

2.5网络拒绝鉴权

如果UE返回的鉴权响应无效，网络根据UE在初始NAS消息中使用的typeofidentity作出响应：

-如果GUTI被使用；

-如果IMSI被使用；

如果GUTI被使用，网络应该初始化认证过程。

如果在认证过程中由UE给出的IMSI和网络侧拥有的和GUTI相关联的IMSI不一样，将应用正确的参数重启鉴权过程。

否则，如果UE提供的IMSI和网络存储的IMSI相同，网络应该按下面的描述继续。

如果初始NAS消息中的IMSI被用来认证，或者在一个不成功鉴权之后网络决定不发起认证过程，网络应该发送AUTHENTICATIONREJECT消息给UE。

当接收到AUTHENTICATIONREJECT消息后，UE应该将更新状态设置为EU3ROAMINGNOTALLOWED，删除存储的GUTI，TAI列表，最近访问的TAI和KSIASME。

USIM将被认为无效直到UE关机或者包含该USIM的UICC被移除。

如果支持A/Gb或者Iu模式……（省略）

如果UE收到AUTHENTICATIONREJECT消息，UE将放弃任何EMM信令过程，停止任何运行的T3410，T3417或者T3430定时器，并进入EMM-DEREGISTERED状态。

2.6UE拒绝鉴权

在一个EPS鉴权询问中，UE需要通过AUTHENTICATIONREQUEST消息中的AUTN参数检查核心网的真实性，从而使得UE能够探测一个伪造的网络。

在EPS鉴权过程期间，UE可能由于错误的AUTN参数而拒绝核心网。

该参数包含三个可能的鉴权错误：

a）MAC错误

如果UE发现MAC（在AUTN参数中由核心网提供）无效，UE将发送AUTHENTICATIONFAILURE消息给网络，消息中的EMMcause为#20”MACfailure”。

UE然后将执行2.7中描述的条目c。

b）不接受Non-EPS鉴权

如果发现由核心网提供的AUTN中的AMF域的”separationbit”的值为0，UE发送AUTHENTICATIONFAILURE消息给网络，消息中的EMMcause设置为#26”non-EPSauthenticationunacceptable”，UE然后执行2.7中描述的条目d。

TS33.401中的相关说明：

IftheNetworkTypeequalsE-UTRANthenthe"separationbit"intheAMFfieldofAUTNshallbesetto1toindicatetotheUEthattheauthenticationvectorisonlyusableforAKAinanEPScontext,ifthe"separationbit"issetto0,thevectorisusableinanon-EPScontextonly（e.g.GSM,UMTS）.

c）SQN错误

如果UE发现SQN（SequenceNumber，在AUTN中由核心网提供）超出范围，UE发送AUTHENTICATIONFAILURE消息给网络，消息中的EMMcause设置为#21”synchfailure”，UE然后执行2.7中描述的条目e。

如果UE返回AUTHENTICATIONFAILURE消息给网络，UE必须删除任何先前存储的RAND和RES，如果T3416运行，将其停止。

2.7异常情况

a）低层错误：

在接收到AUTHENTICATIONRESPONSE之前探测到低层错误，网络将放弃该过程。

b）T3460超时

在T3460定时器第一次超时的时候，网络将重传AUTHENTICATIONREQUEST消息，并重置、启动T3460。

重传会重复四次。

也就是，在定时器T3460第五次超时的时候，网络将放弃鉴权过程和任何进行中EMM特殊过程，并释放NAS信令连接。

c）鉴权错误（EMMcause#20"MACfailure"）

根据2.6，UE将发送EMMcause为"MACfailure"的AUTHENTICATIONFAILURE消息给网络，启动定时器T3418。

而且UE需要停止任何运行中的重传定时器（如T3410，T3417，T3421或者T3430）。

当第一次收到来自UE的AUTHENTICATIONFAILURE消息（EMMcause#20"MACfailure"），网络可能发起4中描述的认证过程。

该过程允许网络从UE获取IMSI，然后网络可能检查起初用于鉴权询问的、和正确IMSI所对应的GUTI。

当收到来自网络的IDENTITYREQUEST消息，UE将发送IDENTITYRESPONSE消息。

NOTE1：

当收到来自UE的EMMcause为"MACfailure"的AUTHENTICATIONFAILURE消息，网络也可能终止鉴权过程（参考2.5）。

如果在网络的GUTI/IMSI映像不正确，网络应该发送一条新的AUTHENTICATIONREQUEST消息给UE。

当收到来自网络的新的AUTHENTICATIONREQUEST，UE将停止定时器T3418（如果在运行中），并正常处理该鉴权询问。

如果网络成功经过验证（AUTHENTICATIONREQUEST消息中包含有效的SQN和MAC），UE将发送AUTHENTICATIONRESPONSE消息给网络，并启动任一重传定时器（例如：

T3410，T3417，T3421或者T3430），当UE收到第一个错误的AUTHENTICATIONREQUEST消息，这些运行中的定时器将被停止。

T3418处于运行状态时，如果UE收到第二个AUTHENTICATIONREQUEST，并且MAC值不能被决定，UE将执行本小节指定的条目3，从开头重新开始，或者如果消息包含一个UMTS鉴权询问，UE将执行条目d指定的过程。

如果SQN无效，UE将按照条目e继续执行。

如果下面的情况发生，可假设鉴权询问的来源不真实：

-发送错误原因为”MACfailure”的AUTHENTICATIONFAILURE消息后，定时器T3418超时。

-在连续3次鉴权询问期间，UE探测到组合鉴权错误：

EMMcauses#20"MACfailure"and#21"synchfailure"。

如果UE收到已经引起第二次、第三次鉴权错误的鉴权询问，且定时器T3418或者T3420（在之前鉴权错误后被开启）处于运行状态，那么该鉴权询问被认为是连续的鉴权询问。

当鉴权询问来源被UE认定为不真实，则UE将按照条目f的描述继续执行。

d）鉴权错误（EMMcause#26"non-EPSauthenticationunacceptable"）

UE将发送EMMcause为"non-EPSauthenticationunacceptable"的错误消息给网络，并启动定时器T3418（见figure2.7.1的例子）。

此外，UE将停止任何运行态的重传定时器（e.g.T3410,T3417,T3421orT3430）。

当第一次收到来自UE的EMMcause为"non-EPSauthenticationunacceptable"的AUTHENTICATIONFAILURE消息，网络可能发起4.4中描述的身份认证过程。

该过程允许网络从UE获取IMSI，然后网络可能检查起初用在鉴权询问与正确的IMSI所对应的GUTI。

当收到来自网络的IDENTITYREQUEST消息，UE将发送IDENTITYRESPONSE消息。

NOTE2：

当收到来自UE的EMMcause为"non-EPSauthenticationunacceptable"的AUTHENTICATIONFAILURE消息，网络也可能终止鉴权过程（参考2.5）。

如果在网络的GUTI/IMSI映像不正确，网络应该发送一条新的AUTHENTICATIONREQUEST消息给UE。

当收到来自网络的新的AUTHENTICATIONREQUEST，UE将停止定时器T3418（如果在运行中），并正常处理该鉴权询问。

如果在网络的GUTI/IMSI映像是正确的，网络将终止鉴权过程。

e）鉴权错误（EMMcause#21"synchfailure"）

UE将发送EMMcause为"synchfailure"的AUTHENTICATIONFAILURE消息给网络，并启动定时器T3420（见图2.7.2例子）。

此外，UE将停止任何重传定时器（如T3410,T3417,T3421,T3430）。

当第一次收到来自UE的EMMcause为"synchfailure"的AUTHENTICATIONFAILURE消息，网络将使用AUTHENTICATIONFAILURE消息中authenticationfailureparameterIE中的AUTS参数进行重同步。

重同步过程要求MME删除与IMSI对应的所有未使用的鉴权向量，并从HSS重新获取新的向量。

如果重同步时完整的，网络将发起鉴权过程。

当接收到AUTHENTICATIONREQUEST消息，UE将停止处于运行态的定时器T3420。

NOTE3：

当收到来自UE的EMMcause为"synchfailure"的AUTHENTICATIONFAILURE消息，网络也可能通过发送一条AUTHENTICATIONREJECT消息来终止鉴权过程（参考2.5）。

如果网络在定时器T3420运行时成功经过验证（AUTHENTICATIONREQUEST消息中包含有效的SQN和MAC），UE将发送AUTHENTICATIONRESPONSE消息给网络，并启动任一重传定时器（例如：

T3410，T3417，T3421或者T3430），当UE收到第一个错误的AUTHENTICATIONREQUEST消息，这些运行中的定时器将被停止。

T3420处于运行状态时，如果UE收到第二个AUTHENTICATIONREQUEST，并且MAC值不能被解决，UE将执行本小节指定的条目c，或者如果消息包含一个UMTS鉴权询问，UE将执行条目d指定的过程。

如果SQN无效，UE将从条目e重新开始执行。

如果下面的情况发生，UE将认为网络鉴权失败并按条目f的描述继续执行：

-定时器T3420超时；

-在连续3次鉴权询问期间，UE探测到组合鉴权错误：

EMMcauses#20"MACfailure"，#21"synchfailure"和#26"non-EPSauthenticationunacceptable"。

如果UE收到引起第二次、第三次鉴权错误的鉴权询问，且定时器T3418或者T3420（在之前鉴权错误后被开启）处于运行状态，那么该鉴权询问被认为是连续的鉴权询问。

f）网络鉴权失败

如果UE认为网络鉴权失败，UE将要求RRC本地释放RRC连接，并认为该活跃小区为禁止接入。

UE将启动任一重传定时器（e.g.T3410,T3417,T3421orT3430），，当UE收到第一个包含无效MAC或者SQN的AUTHENTICATIONREQUEST消息，这些运行中的定时器将被停止。

g）来自低层的AUTHENTICATIONRESPONSE消息或者AUTHENTICATIONFAILURE消息的传输错误指示（如果鉴权过程被跟踪区域更新过程触发）。

UE将重新发起跟踪区域更新。