中国移动LTE信令流程讲义
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中国移动LTE信令流程 讲义
路漫漫其悠远 2020/4/1
主要内容
• 基本概念
– 网络架构 – 协议栈结构 – 接口功能 – 无线网系统消息 – UE的工作模式与状态 – 无线承载的分类 – UE标识
• 无线网基本信令流程
– 随机接入 – 寻呼 – RRC连接建立、重配、重建
立、释放 – 测量
• 端到端业务建立/释放相 关流程
X2接口应用层协议主要功能：
支持LTE_ACTIVE状态下UE的LTE接入 系统内的移动性管理功能；
X2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X2接口配置 数据等；
负荷管理功能。
路漫漫其悠远
• X2接口用户面提供eNB之间的用户数 据传输功能
– S-GW (Serving Gateway , 负责本地网络用户数据处理部分）
– P-GW (PDN Gateway，负责用户数据包与其他网络的处理 )
• 接入网（也称E-UTRAN）由eNodeB构成
• 网络接口
– S1接口：eNodeB与EPC – X2接口：eNodeB之间 – Uu接口：eNodeB与UE
3G中含有多个MAC实体 ：MAC-b, MAC-c/sh, MAC-d, MAC-hs
Uu口用户面协议栈
LTE用户面
• 安全方面的功能，用户面 的加密和解密功能由 PDCP子层完成
• 仅存在一个MAC实体
路漫漫其悠远
基本概念
与3G的异同
协议栈结构
3G中PDCP层仅用于承 载PS业务，广播和多播 业务由BMC层协议承载
UDP/IP之上的GTP-U用来传输S-GW与 eNB之间的用户平面PDU
S1用户面主要功能为:
在S1接口目标节点中指示数据分组所属 的SAE接入承载；
移动性过程中尽量减少数据的丢失；
错误处理机制；
MBMS支持功能；
分组丢失检测机制；
X2接口协议栈
X2接口
基本概念
接口功能
LTE系统X2接口的定义采用了与S1接口 一致的原则
– 逐用户数据包的过滤和检查 路漫漫其悠远– 用户IP分配
网元间控制面整体协议栈
基本概念
协议栈结构
控制面协议栈
• 没有RNC，空中接口的控制平面（RRC）功能由eNB进行管理和控制
路漫漫其悠远
网元间用户面整体协议栈
基本概念
协议栈结构
用户面协议栈
• 用户面和控制面协议栈均包含PHY,MAC,RLC和PDCP层，控制面向上还包含 RRC层和NAS层
功能概述
• eNB功能：
– 无线资源管理相关的功能，包括无线承载控制、接纳控制、连接移动性管理、上/ 下行动态资源分配/调度等；
– IP头压缩与用户数据流加密； – UE附着时的MME选择； – 提供到S-GW的用户面数据的路由； – 寻呼消息的调度与传输； – 系统广播信息的调度与传输； – 测量与测量报告的配置。
• MME功能：
– 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eNB； – 安全控制； – 空闲状态的移动性管理； – EPC承载控制； – 非接入层信令的加密与完整性保护。
• 服务网关功能：
– 终止由于寻呼原因产生的用户平面数据包； – 支持由于UE移动性产生的用户平面切换。
• PDN网关功能：
路漫漫其悠远
S1接口协议栈
S1接口
基本概念
接口功能
• 控制层为了可靠的传输信令消息，在IP层之 上添加了SCTP
• S1控制面主要功能：
– EPC承载服务管理功能； – S1 接口UE上下文释放功能； – ACTIVE状态下UE的移动性管理功能 – S1接口的寻呼； – NAS信令传输功能； – 漫游于区域限制支持功能； – NAS节点选择功能； 路漫漫其悠远– 初始上下文建立过程；
NOTE: 和UMTS相比，由于NoBiblioteka BaidueB 和 RNC 融 合为网元eNodeB ,所以TD-LTE少了Iub接口。 X2接口类似于Iur接口，S1接口类似于Iu接口
路漫漫其悠远
EPC与E-UTRAN功能划分
基本概念
网络架构
EUTRAN
EPC
路漫漫其悠远
EPC与E-UTRAN功能简述
基本概念
网络架构
网络实体
基本概念
网络架构
LTE网络实体
• 整个TD-LTE系统由3部分组成：
– 核心网 （EPC, Evolved Packet Core ）
– 接入网 （eNodeB）
– 用户设备 （UE）
• EPC分为三部分：
– MME
(Mobility Management Entity, 负责信令处理部分）
– Attach流程 – Detach流程 – Service Request过程 – 专用承载建立流程 – 专用承载修改流程 – 专用承载释放流程
• 移动性管理
– TAU – 切换 – 小区重选
• 附录
路漫漫其悠远
E-UTRAN网络结构
LTE网络架构
基本概念
网络架构
路漫漫其悠远
LTE主要3GPP规范见附录
• RRC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 、UE测量上报和控制等功能
• 仅存在一个MAC实体
路漫漫其悠远
基本概念
协议栈结构
与3G的异同
3G中控制平面不存在 PDCP协议栈，由RLC层 提供无线信令承载SRB
RLC层依然提供TM/UM /AM三种传输模式
3G中UM/AM传输模式下 的加密由RLC层实现， TM模式 下的加密由 MAC层实现
• 没有了RNC，空中接口的用户平面（MAC/RLC）功能由eNB进行管理和控制
路漫漫其悠远
用户面协议内部的关系
基本概念
协议栈结构
路漫漫其悠远
层2协议架构（DL）
层2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
Uu口控制面协议栈
LTE控制面
• 控制平面RRC协议数据的加解密和完整性保 护功能，在LTE中交由PDCP层完成
3G中用户数据的加密和 解密由RLC和MAC层完 成
3G中含有多个MAC实体 ：MAC-b, MAC-c/sh, MAC-d, MAC-hs
RLC层依然提供TM/UM /AM三种传输模式
E-UTRAN接口通用协议模型
基本概念
接口功能
LTE接口通用模型
• 适用于E-UTRAN相关的所有接口，即S1和X2接口 • 控制面和用户面相分离，无线网络层与传输网络层相分离 • 无线网络层：实现E-UTRAN的通信功能 • 传输网络层：采用IP传输技术对用户面和控制面数据进行传输
路漫漫其悠远 2020/4/1
主要内容
• 基本概念
– 网络架构 – 协议栈结构 – 接口功能 – 无线网系统消息 – UE的工作模式与状态 – 无线承载的分类 – UE标识
• 无线网基本信令流程
– 随机接入 – 寻呼 – RRC连接建立、重配、重建
立、释放 – 测量
• 端到端业务建立/释放相 关流程
X2接口应用层协议主要功能：
支持LTE_ACTIVE状态下UE的LTE接入 系统内的移动性管理功能；
X2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X2接口配置 数据等；
负荷管理功能。
路漫漫其悠远
• X2接口用户面提供eNB之间的用户数 据传输功能
– S-GW (Serving Gateway , 负责本地网络用户数据处理部分）
– P-GW (PDN Gateway，负责用户数据包与其他网络的处理 )
• 接入网（也称E-UTRAN）由eNodeB构成
• 网络接口
– S1接口：eNodeB与EPC – X2接口：eNodeB之间 – Uu接口：eNodeB与UE
3G中含有多个MAC实体 ：MAC-b, MAC-c/sh, MAC-d, MAC-hs
Uu口用户面协议栈
LTE用户面
• 安全方面的功能，用户面 的加密和解密功能由 PDCP子层完成
• 仅存在一个MAC实体
路漫漫其悠远
基本概念
与3G的异同
协议栈结构
3G中PDCP层仅用于承 载PS业务，广播和多播 业务由BMC层协议承载
UDP/IP之上的GTP-U用来传输S-GW与 eNB之间的用户平面PDU
S1用户面主要功能为:
在S1接口目标节点中指示数据分组所属 的SAE接入承载；
移动性过程中尽量减少数据的丢失；
错误处理机制；
MBMS支持功能；
分组丢失检测机制；
X2接口协议栈
X2接口
基本概念
接口功能
LTE系统X2接口的定义采用了与S1接口 一致的原则
– 逐用户数据包的过滤和检查 路漫漫其悠远– 用户IP分配
网元间控制面整体协议栈
基本概念
协议栈结构
控制面协议栈
• 没有RNC，空中接口的控制平面（RRC）功能由eNB进行管理和控制
路漫漫其悠远
网元间用户面整体协议栈
基本概念
协议栈结构
用户面协议栈
• 用户面和控制面协议栈均包含PHY,MAC,RLC和PDCP层，控制面向上还包含 RRC层和NAS层
功能概述
• eNB功能：
– 无线资源管理相关的功能，包括无线承载控制、接纳控制、连接移动性管理、上/ 下行动态资源分配/调度等；
– IP头压缩与用户数据流加密； – UE附着时的MME选择； – 提供到S-GW的用户面数据的路由； – 寻呼消息的调度与传输； – 系统广播信息的调度与传输； – 测量与测量报告的配置。
• MME功能：
– 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eNB； – 安全控制； – 空闲状态的移动性管理； – EPC承载控制； – 非接入层信令的加密与完整性保护。
• 服务网关功能：
– 终止由于寻呼原因产生的用户平面数据包； – 支持由于UE移动性产生的用户平面切换。
• PDN网关功能：
路漫漫其悠远
S1接口协议栈
S1接口
基本概念
接口功能
• 控制层为了可靠的传输信令消息，在IP层之 上添加了SCTP
• S1控制面主要功能：
– EPC承载服务管理功能； – S1 接口UE上下文释放功能； – ACTIVE状态下UE的移动性管理功能 – S1接口的寻呼； – NAS信令传输功能； – 漫游于区域限制支持功能； – NAS节点选择功能； 路漫漫其悠远– 初始上下文建立过程；
NOTE: 和UMTS相比，由于NoBiblioteka BaidueB 和 RNC 融 合为网元eNodeB ,所以TD-LTE少了Iub接口。 X2接口类似于Iur接口，S1接口类似于Iu接口
路漫漫其悠远
EPC与E-UTRAN功能划分
基本概念
网络架构
EUTRAN
EPC
路漫漫其悠远
EPC与E-UTRAN功能简述
基本概念
网络架构
网络实体
基本概念
网络架构
LTE网络实体
• 整个TD-LTE系统由3部分组成：
– 核心网 （EPC, Evolved Packet Core ）
– 接入网 （eNodeB）
– 用户设备 （UE）
• EPC分为三部分：
– MME
(Mobility Management Entity, 负责信令处理部分）
– Attach流程 – Detach流程 – Service Request过程 – 专用承载建立流程 – 专用承载修改流程 – 专用承载释放流程
• 移动性管理
– TAU – 切换 – 小区重选
• 附录
路漫漫其悠远
E-UTRAN网络结构
LTE网络架构
基本概念
网络架构
路漫漫其悠远
LTE主要3GPP规范见附录
• RRC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 、UE测量上报和控制等功能
• 仅存在一个MAC实体
路漫漫其悠远
基本概念
协议栈结构
与3G的异同
3G中控制平面不存在 PDCP协议栈，由RLC层 提供无线信令承载SRB
RLC层依然提供TM/UM /AM三种传输模式
3G中UM/AM传输模式下 的加密由RLC层实现， TM模式 下的加密由 MAC层实现
• 没有了RNC，空中接口的用户平面（MAC/RLC）功能由eNB进行管理和控制
路漫漫其悠远
用户面协议内部的关系
基本概念
协议栈结构
路漫漫其悠远
层2协议架构（DL）
层2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
Uu口控制面协议栈
LTE控制面
• 控制平面RRC协议数据的加解密和完整性保 护功能，在LTE中交由PDCP层完成
3G中用户数据的加密和 解密由RLC和MAC层完 成
3G中含有多个MAC实体 ：MAC-b, MAC-c/sh, MAC-d, MAC-hs
RLC层依然提供TM/UM /AM三种传输模式
E-UTRAN接口通用协议模型
基本概念
接口功能
LTE接口通用模型
• 适用于E-UTRAN相关的所有接口，即S1和X2接口 • 控制面和用户面相分离，无线网络层与传输网络层相分离 • 无线网络层：实现E-UTRAN的通信功能 • 传输网络层：采用IP传输技术对用户面和控制面数据进行传输