LTE的信令流程介绍

### LTE的信令流程介绍 #### 一、概念介绍 **1.1 控制面和用户面协议栈** - **控制面协议栈**: 主要负责处理与无线资源管理相关的信号，如连接建立/释放、移动性管理等。该面涉及的关键协议包括： - **RRC (Radio Resource Control)**: 用于控制无线资源。 - **NAS (Non-Access Stratum)**: 负责非接入层功能，如鉴权、加密、移动性管理等。 - **S1AP (S1 Application Protocol)**: S1接口的应用层协议，用于E-UTRAN与EPC之间的交互。 - **用户面协议栈**: 主要处理数据传输任务，包括数据包的封装、解封装等操作。关键协议包括： - **PDCP (Packet Data Convergence Protocol)**: 提供头压缩和解压缩功能。 - **RLC (Radio Link Control)**: 执行分段、重组等功能。 - **MAC (Medium Access Control)**: 实现逻辑信道与传输信道间的映射。 **1.2 承载概念** - **EPS Bearer (Evolved Packet System Bearer)**: 定义了从UE到PDN Gateway之间的一组QoS策略和服务，确保数据流的传输质量。每个EPS承载都对应一种特定的服务等级。 - **E-RAB (Evolved Radio Access Bearer)**: 表示S1 Bearer与对应的Data Radio Bearer的组合。当存在E-RAB时，其与非接入层的EPS承载一一对应。 - **Data Radio Bearer**: 在UE与eNB之间传输E-RAB的数据包，实现E-RAB与Data Radio Bearer之间的映射。 **1.3 连接概念** - **Uu接口**: UE与E-UTRAN之间的无线接口。 - **S1接口**: eNB与EPC之间的接口，提供E-UTRAN与EPC之间的连接点。 - **UE-关联的逻辑S1连接**: 使用MME UE S1AP ID和eNB UE S1AP ID的身份来标识UE与网络之间的逻辑连接。 #### 二、开机附着流程 **2.1 正常流程** 开机后，UE将执行以下步骤来附着到网络： 1. **随机接入**: UE通过发送随机接入前导码来建立与eNB的连接。 2. **RRC连接建立**: UE发送RRC Connection Request消息，并等待来自eNB的RRC Connection Setup消息。 3. **NAS安全过程**: 包括鉴权和加密密钥的交换。 4. **EPS承载建立**: 网络为UE建立默认EPS承载。 5. **附着完成**: UE发送Attach Complete消息，网络确认后，UE即完成附着。 **2.2 异常流程** - **RRC连接建立失败**: 可能由于UE未能成功发送随机接入前导码或eNB未能正确接收。 - **核心网拒绝**: 通常由于核心网资源不足或其他政策限制。 - **eNB未等到Initial context setup request消息**: 由于网络延迟或故障导致消息丢失。 - **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**: 网络配置错误或设备故障可能引起此类问题。 #### 三、UE发起的service request流程 **3.1 正常流程** 当UE需要发起服务请求时，会进行以下操作： 1. **RRC连接重建**: 如果UE处于IDLE状态，则需先建立RRC连接。 2. **发送Service Request消息**: 包含请求建立承载的信息。 3. **建立EPS承载**: 网络根据请求建立相应的EPS承载。 4. **服务请求完成**: UE发送Service Request Complete消息，网络确认后完成流程。 **3.2 异常流程** - **RRC连接建立失败**: 同开机附着流程中的相应部分。 - **核心网拒绝**: 原因与开机附着流程相同。 - **eNB未等到Initial context setup request消息**: 同开机附着流程中的相应部分。 - **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**: 网络配置错误或设备故障可能导致此问题。 - **eNB建立专用承载失败**: 网络资源不足或配置错误导致无法建立承载。 - **eNB建立默认承载失败**: 类似于专用承载失败，可能是由于资源不足等原因造成。 #### 四、网络发起的paging流程 **4.1 S-TMSI寻呼** 当网络需要通知UE有关信息时，会使用S-TMSI（Short Term Mobility Subscription Identity）进行寻呼。 **4.2 IMSI寻呼** 在某些特殊情况下，如果S-TMSI无效或不可用，则使用IMSI（International Mobile Subscriber Identity）进行寻呼。 #### 五、跟踪区更新(TAU)流程 **5.1 正常流程** 当UE进入新的跟踪区时，会执行以下步骤： 1. **发送TAU Request**: 包含当前UE的位置信息。 2. **网络验证**: 确认UE的身份和位置。 3. **TAU Accept**: 网络回应接受更新请求的消息。 4. **完成更新**: UE确认接收并完成更新过程。 **5.2 异常流程** 在正常流程中可能出现的问题包括但不限于身份验证失败、网络拒绝等。 #### 六、去附着 **6.1 关机去附着** 当UE关闭电源时，自动执行去附着操作。 **6.2 非关机去附着** 当UE主动请求断开连接时，通过发送Detach Request消息进行。 #### 七、切换流程 LTE支持两种类型的切换：同频切换和异频切换。 **7.1 正常流程** 1. **测量报告**: UE向eNB发送测量报告。 2. **切换命令**: eNB根据报告决定是否进行切换，并下发切换命令。 3. **目标小区接收**: UE根据命令接入新小区。 4. **路径切换**: 网络重新配置路径。 5. **切换完成**: UE向新eNB发送切换完成消息。 #### 八、专用承载建立流程 **8.1 正常流程** 1. **发送Bearer Setup Request**: 包含建立承载所需信息。 2. **建立承载**: 网络创建所需的EPS承载。 3. **Bearer Setup Response**: 网络返回确认消息。 4. **完成建立**: UE确认接收并完成建立过程。 **8.2 异常流程** - **核心网拒绝**: 资源不足或其他原因。 - **eNB本地建立失败**: 网络配置错误或设备故障。 - **eNB未等到RRC重配完成消息**: 通信故障或消息丢失。 - **UE NAS层拒绝**: UE内部配置问题。 - **上行直传NAS消息丢失**: 无线链路问题导致消息丢失。 #### 九、专用承载修改流程 **9.1 正常流程** - 修改QoS: 根据业务需求调整QoS参数。 - 不修改QoS，只修改TFT: 仅改变传输过滤规则。 **9.2 异常流程** - **核心网拒绝**: 资源不足或其他原因。 - **eNB回复失败**: 网络配置错误或设备故障。 - **UE NAS层拒绝**: UE内部配置问题。 - **上行直传NAS消息丢失**: 无线链路问题导致消息丢失。 #### 十、专用承载释放流程 网络或UE可以发起释放操作，释放不再使用的专用承载资源。 #### 十一、空口RRC信令 RRC信令主要负责控制UE与eNB之间的无线资源管理和移动性管理，包括连接建立、释放、重配置等指令。 LTE的信令流程涵盖了从UE开机附着到服务请求、切换、承载建立等多个方面，每个流程都有其正常的处理方式及可能出现的异常情况。理解这些流程对于LTE网络的运行至关重要。