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（evolvedNodeB）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。ApplicationProtocolTransportNetworkLayerPhysicalLayerSignallingBearer(s)TransportUserNetworkPlaneControlPlaneUserPlaneTransportUserNetworkPlaneRadioNetworkLayerDataBearer(s)1.2S1接口S1接口是MME/S-GW网关与eNB之间的接口，S1接口与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：EPCeNBFirstDownlinkData2.建立默认EPS承载等7.更新承载FirstUplinkData检测到UserInactivity8.UECONTEXTRELEASEREQUEST(Cause)9.更新承载10.UECONTEXTRELEASECOMMAND11.UECONTEXTRELEASECOMPLETE1.InitialUEmessage（包含AttachRequest、PDNconnectivityrequest消息）3.Initialcontextsetuprequest(包含AttachAccept、ActivatedefaultEPSbearercontextrequest)5.Initialcontextsetupresponse6.UPLINKNASTRANSPORT（包含AttachComplete、ActivatedefaultEPSbearercontextaccept）4.UECapabilityInfoIndication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,UserInactivity,RepeatedRRCsignallingIntegrityCheckFailure,ReleaseduetoUEgeneratedsignallingconnectionrelease,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）EPCeNB2.MME或者S-GW拒绝4.UECONTEXTRELEASECOMMAND5.UECONTEXTRELEASECOMPLETE1.InitialUEmessage（包含AttachRequest、PDNconnectivityrequest消息）3.DOWNLINKNASTRANSPORT(包含AttachReject、可能有PDNconnectivityreject消息)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）EPCeNB2.建立默认EPS承载等6.UECONTEXTRELEASEREQUEST7.更新承载8.UECONTEXTRELEASECOMMAND9.UECONTEXTRELEASECOMPLETE1.InitialUEmessage（包含AttachRequest、PDNconnectivityrequest消息）3.Initialcontextsetuprequest(包含AttachAccept、ActivatedefaultEPSbearercontextrequest)4.UECapabilityInfoIndication5.Initialcontextsetupfailure定时器超时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：EPCeNBFirstDownlinkData更新承载检测到UserInactivity5.UEContextReleaseRequest(Cause)更新承载6.UEContextReleaseCommand7.UEContextReleaseComplete2.S1-AP:InitialContextSetupRequest4.S1-AP:InitialContextSetupResponse1.InitialUEmessage（包含ServiceRequest消息）3.UECapabilityInfoIndicationFirstUplinkData2.2.2异常流程case1（核心网拒绝）EPCeNB2.MME或者S-GW拒绝4.UECONTEXTRELEASECOMMAND5.UECONTEXTRELEASECOMPLETE1.InitialUEmessage（包含servicerequest消息）3.DOWNLINKNASTRANSPORT(包含servicereject消息)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2.1.32.2.4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Initialcontextsetupresponse，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）EPC核心网发现默认承载建立失败，本地detach该UE5.UEContextReleaseCommand6.UEContextReleaseComplete2.InitialContextSetupRequest4.InitialContextSetupResponse（带E-RABFailed列表）1.InitialUEmessage（包含ServiceRequest消息）3.UECapabilityInfoIndicationeNB2.3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：EPCeNB1.NAS:Paging(S_TMSI)同UE发起的servicerequest过程1～42.3.2IMSI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。EPCeNB1.NAS:Paging(IMSI)同UE发起的attachrequest过程1～62.4TAU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（与TAU无关的）发送，UE可以在TAUrequest消息中设置anactive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：EPCeNB3.S1-AP:InitialContextSetupRequest(包含TAUAccept)5.S1-AP:InitialContextSetupResponse1.InitialUEmessage（包含TAUrequest）4.UECapabilityInfoIndicationFirstDownlinkData7.更新承载FirstUplinkData6.UPLINKNASTRANSPORT（包含TAUComplete）2.MME间更新UE上下文等说明：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）EPCeNB2.MME间更新UE上下文等3.DOWNLINKNASTRANSPORT(包含TAUAccept消息)4.UPLINKNASTRANSPORT（包含TAUComplete消息）1.UPLINKNASTRANSPORT（包含TAUrequest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2.2.2~2.2.52.5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：EPCeNB本地清空该UE的所有EPS承载和TEID资源2.UEContextReleaseCommand3.UEContextReleaseComplete1.NAS:DetachRequest（Switchoff）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）EPCeNB3.UECONTEXTRELEASECOMMAND4.UECONTEXTRELEASECOMPLETE1.InitialUEmessage（包含DetachRequest）2.DOWNLINKNASTRANSPORT(包含DetachAccept)本地清空该UE的所有EPS承载和TEID资源2.5.3非关机去附着case2（CONNECTED下）EPCeNB3.UECONTEXTRELEASECOMMAND4.UECONTEXTRELEASECOMPLETE2.DOWNLINKNASTRAN