信令抓取与观察

信令抓取与观察
一．实验目的：
1．了解LTE网路的基本网络和网络的拓扑架构。

2．了解基本业务测试的环境搭建过程
3．掌握终端发起接入基本操作流程
4．掌握用户接入的基本原理和信令流程
二．实验原理：
TD-LTE系统的网络结构可分为无线接入网（EUTRAN ）和核心网（EPC）两部分。

无线接入网部分包括用户终端（UE）, 基站（ENodeB）。

EPC和ENode B之间的接口称为S1接口。

ENode B与ENode B之间的接口称X2接口，ENodeB和UE之间是无线接口Uu口，终端UE通过空口Uu口与网络进行通信。

LTE系统接入过程大致分为两部分：随机接入过程和附着流程部分，下面详细介绍两部分信令流程。

1．随机接入部分
随机接入部分大致分为两个过程，第一个过程是基站和终端同步过程，并完成小区驻留。

在这个过程中，终端通过获得主同步信号和辅同步信号，来解出物理CELL-ID组和小区的具体物理CELL-ID，CELL-ID组共有168个，每个CELL-ID组包含3个物理CELL-ID，也就是LTE系统共有504个物理CELL-ID，解出物理CELL-ID后，从基站读取小区的MIB 和SIB消息，这样终端完成了与基站同步并成功驻留这个小区上。

第二个过程：随机接入的过程。

随机接入过程共有5条基本消息。

Message1 终端发送随机接入请求
Message2 基站发送随机接入响应
Message3 终端发送RRC Connection request
Message4 基站发送RRC Connection setup
Message5 终端发送RRC Connection setup complete
随机接入部分见下图：
2．附着流程
附着过程就是UE向网络注册的过程。

注册成功，UE和MME从都会进入EMM注册状态。

网络根据用户UE当前状态和签约的信息为用户提供“一直在线”的IP服务连接。

附着过程结束，在MME里面为UE建立起一个上下文，在UE和PGW间为UE建立起一条默认EPS承载。

附着信令流程图
1．UE发起附着请求，发送Attach Request消息给eNB。

如果UE和MME之间存在NAS连接，那么这条消息需要进行完整性保护，便于核心网对用户合法性的验证。

消息中带有的主要参数包括：IMSI or old GUTI指示如果用户第一次附着则使用IMSI标识，反之可以使用上一次附着过程中核心网分配的GUTI标识；last visited TAI指示上一次访问过的跟踪区域标识；
UE Core Network Capability指示核心网需要的UE的网络能力；NAS-MAC指示为了在MME 中确保用户的有效性，对这条消息进行完整性保护；PDN Type指示UE请求的IP版本；NAS
sequence number指示NAS消息的连续性。

2．eNB收到附着请求后，根据从上一条消息包含的指定MME的GUMMEI标识来为UE选择MME，如果被选择的MME与eNodeB之间没有连接，eNodeB将会根据MME选择功能为UE选取合适的MME。

eNB发送Initial UE Message并将附着请求发送到所选MME，其中消息中包含参数有：eNB给UE分配的eNB UE S1AP ID、代表NAS消息内容的NAS-PDU 以及跟踪区标识TAI。

3-4．新旧MME对UE的相关信息进行交互，如果新旧MME都没有UE的相关信息，那么新的MME会向UE发送Identity Request消息获取UE的IMSI。

5．如果在当前网络中找不到指定UE有效的上下文信息或者Attach Request消息没有完整性保护或者完保失败，那么新的MME向UE和HSS发送Authentication Request，使UE和HSS 进行互鉴权。

消息中包含参数有：ME Identity移动设备标识和IMSI。

6．如果在附着请求消息中设置了Ciphered PCO Transfer flag参数，那么MME发送PCO Request 消息给UE获取PCO参数。

7-11．新的MME发送请求给HSS更新UE信息，HSS要求旧的MME释放该UE的上下文信息MME通知SGW和PGW删除针对该UE建立的相关承载。

12．MME根据SGW的选择功能为该UE选择一个SGW并分配一个承载标识EBI，发送Create Session Request消息给SGW，消息中带有的主要参数有：IMSI、PGW地址标识PDN GW address、PDN地址标识PDN Address、RA T Type、PDN Type、默认承载Qos参数、承载标识EBI以及APN-AMBR，在这里说明一下AMBR为聚合最大比特率，测试过程中有看来相近的两个参数UE-AMBR和APN-AMBR，前者是对单个UE的限制，后者为UE签约的多PDN的参数。

13．SGW继续通过S5接口向PGW发送Create Session Request消息，包含主要参数有：IMSI；
SGW用户面地址；SGW控制面和用户面的TEID，TEID是隧道端点标识，LTE中一条EPS 承载都会因网元有多个TEID值来标识这条承载隧道；PDN Type等参数。

14．如果网络部署了动态PCC规则，PGW将执行一个IP-CAN会话建立的过程来获得UE的一个默认的PCC规则，PCC规则可以理解为针对UE进行服务的定义规则。

然后PGW把之前从消息当中得来的参数发送给PCRF。

反之，如果动态PCC规则没有被部署，PGW可以应用本地服务政策。

PCRF在给PGW回响应时，可能会更改APN-AMBR和Qos参数（包括QCI和ARP）。

15．PGW回Create Session Response消息给SGW，并开始计费。

消息中包含的主要参数有：PGW
用户面地址；PGW控制面和用户面的TEID标识；APN-AMBR；EBI；EPS承载Qos；标识小区ID的ECGI参数。

16．SGW继续发送Create Session Response消息给新的MME。

17．MME发送Initial Context Setup Request消息给eNB，其中包含一条Attach Accept的NAS 消息。

消息中包含的参数：eNB UE S1AP ID；MME UE S1AP ID；UE-AMBR；E-RAB to Be Setup List，其中包含EBI、承载Qos、传输层地址标识Transport Layer Address、GTP-TEID、NAS-PDU；UE的安全能力标识以及安全密钥标识。

eNB会通过用户面来获取SGW的TEID。

18．eNB发送RRC Connection Reconfiguration消息给UE，来建立新的无线承载。

上一条NAS 消息Attach Accept将一并发给UE。

UE使用UL TFT来决定上行包到无线承载的映射。

UE 可以为处理服务数据流提供EPS承载QoS信息。

19．UE发送RRC Connection Reconfiguration Complete回复消息给eNB，其中包含一条NAS消息Attach Complete。

这条NAS消息会通过eNB发到MME，代表UE到MME的业务面已经打通。

20-22．eNB发送Initial Context Setup Response消息回应17步，此消息包含上一条NAS消息。

消息中包含：MME UE S1AP ID；eNB UE S1AP ID；EBI；Transport Layer Address；GTP-TEID 等主要参数。

23-24．新的MME向SGW发送Update Bearer Request消息，包含EBI、eNodeB address、eNodeB TEID等参数。

SGW从消息中获得eNB用户面的相关信息，再通过和PGW的信息交互完成整条EPS默认承载的建立。

之后SGW回复MME这条Update Bearer Response的消息，承载建立完成。

三．实验步骤：
1.注意同时段只能一台电脑进行操作，打开LMT_EPC.exe软件，选
择LMT模式，密码111111
2.修改自身的IP地址，比如172.1.1.110，右键点击LTE设备，选择添加设备，弹出的网元友好名随便命名，比如100。

3. 右键点击LTE设备，选择添加设备，在弹出的窗口将IP地址设为172.1.1.100，点击确定即可。

4. 右键点击LTE设备，选择连接，在右下角窗口显示收到文件上传成功即可。

5.点击工具栏跟踪测试->跟踪->信令跟踪
6.将左边的缩小栏展开，选择60:UE，右键点击跟踪任务，参考下图的信息进行填写；注意信令采集站的IP地址就是自身的IP 地址，不要修改，点击确定，然后右键点击xinl选择激活跟踪任务。

7.将对应的SIM卡插入手机开机，进行信令的抓取和观察。