S1AP基本信令流程

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（evolved NodeB）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。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。

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。

1.2S1接口

S1接口是MME/S-GW网关与eNB之间的接口，S1接口与3G UMTS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与eNB之间的用户平面PDU。

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：

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：

（包含

说明：

1)步骤1~2会建立S1连接，标志着NAS signaling connection建立完成。

2)如果消息2带了UE Radio Capability IE，则没有4过程

3)发起UE上下文释放（即8~11）的条件：

- eNodeB-initiated with cause e.g. O&M Intervention, Unspecified Failure, User Inactivity, Repeated RRC signalling Integrity Check Failure, Release due to UE generated signalling connection release, etc.; or

- MME-initiated with cause e.g. authentication failure, 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attach request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）

（包含

(包含

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）

（包含

2.2UE发起的service request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service request过程，流程图如下：

2.2.2异常流程case1（核心网拒绝）

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建立专用承载失败）

如果eNB建立专用承载失败，则回复给核心网Initial context setup response，带失败列表，告知核心网专用承载建立失败，核心网会本地去激活该专用承载。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）

2.3

网络发起的paging 流程

2.3.1 S_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：

2.3.2 IMSI 寻呼

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。

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TAI list内时，UE发起正常TAU流程，分为IDLE和CONNECTED（即切换时）下。如果TAU accept分配了一个新的GUTI，则UE需要回复TAU complete，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（与TAU无关的）发送，UE可以在TAU request 消息中设置an "active"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"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：

说明：

1）如果TAU accept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）