TDLTE信令流程详解课件.pptx
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- TDLTE 流程 详解 课件
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1、研究院无线所2010年12月LTE信令流程信令流程主要内容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E-UTRAN网络结构网络结构LTE主要主要3GPP规范见附录规范见附录基基 本本 概概 念念网络架构网络架构LTE网络架构网络架构网络实体网络实体整个TD-LTE系统由3部分组成:核心网(EPC,Ev
2、olved 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)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EPCX2接口:eNodeB之间Uu接口:eNodeB与UENOTE:和UMTS相比,由于NodeB 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I
3、u接口基基 本本 概概 念念网络架构网络架构LTE网络实体网络实体EPC与与E-UTRAN功能划分功能划分 基基 本本 概概 念念网络架构网络架构EPCEUTRANEPC与与E-UTRAN功能简述功能简述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
4、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:逐用户数据包的过滤和检查用户IP分配基基 本本 概概 念念网络架构网络架构功能概述功能概述网元间控制面整体协议栈网元间控制面整体协议栈没有RNC,空中接口的控制平面(RRC)功能由eNB进行管理和控制基基 本本 概概 念念协议栈结构协议栈结构控制面协议栈控制面协议栈网元间用户面整体协议栈网元间用户面整体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层没有了RNC,空中接口的用户平面(MAC/RLC)功能由e
5、NB进行管理和控制 基基 本本 概概 念念协议栈结构协议栈结构用户面协议栈用户面协议栈用户面协议内部的关系用户面协议内部的关系层层2协议架构(协议架构(DL)层层2协议架构(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逻辑信道、传输信道和物理信道映射关系见附录基基 本本 概概 念念协议栈结构协议栈结构Uu口控制面协议栈口控制面协议栈控制平面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实体基基 本本 概概 念念协议栈结构协议栈结构LTE控制
6、面控制面3G中控制平面不存在PDCP协议栈,由RLC层提供无线信令承载SRBRLC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3G中含有多个MAC实体:MAC-b,MAC-c/sh,MAC-d,MAC-hs与与3G的异同的异同Uu口用户面协议栈口用户面协议栈安全方面的功能,用户面的加密和解密功能由PDCP子层完成仅存在一个MAC实体基基 本本 概概 念念协议栈结构协议栈结构LTE用户面用户面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M
7、AC实体:MAC-b,MAC-c/sh,MAC-d,MAC-hsRLC层依然提供TM/UM/AM三种传输模式与与3G的异同的异同LTE接口通用模型接口通用模型E-UTRAN接口通用协议模型接口通用协议模型 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 基基 本本 概概 念念接口功能接口功能S1接口协议栈接口协议栈UDP/IP之上的GTP-U用来传输S-GW与eNB之间的用户平面PDUS1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
8、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;控制层为了可靠的传输信令消息,在IP层之上添加了SCTPS1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;初始上下文建立过程;基基 本本 概概 念念接口功能接口功能S1接口接口X2接口协议栈接口协议栈X2接口用户面提供eNB之间的用户数据传输功能 X2-U接口协议栈与S1-U接口协议栈完全相同LTE系统X2接口的定义采用了与S1接口一致的原则 X2接口应用层
9、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。基基 本本 概概 念念接口功能接口功能X2接口接口3G Iu-PS接口通用模型接口通用模型与与3G Iu-PS接口协议架构比较接口协议架构比较控制面:在Release 99中,采用7号信令系统协议承载信令;在Release 5之后的版本,控制信令直接用IP承载;用户面:Release 99 PS域,分组数据量在一个或多个AAL5永久虚电路上复用;在Release 5之后,直接采用IP传输,与LTE架构相同;基基 本本
10、 概概 念念接口功能接口功能系统消息(系统消息(36.331)系统消息的组成MasterInformationBlock(MIB)多个SystemInformationBlocks(SIBs)MIB承载于BCCH BCH P-BCH上包括有限个用以读取其他小区信息的最重要、最常用的传输参数(系统带宽,系统帧号,PHICH配置信息)时域:紧邻同步信道,以10ms为周期重传4次频域:位于系统带宽中央的72个子载波基基 本本 概概 念念无线网系统消息无线网系统消息LTE系统消息系统消息PBCH时域映射结构PBCH频域映射结构系统消息(系统消息(36.331)SIBs除MIB以外的系统消息,包括SIB
11、1-SIB12除SIB1以外,SIB2-SIB12均由SI(System Information)承载SIB1是除MIB外最重要的系统消息,固定以20ms为周期重传4次,即SIB1在每两个无线帧(20ms)的子帧#5中重传(SFN mod 2=0,SFN mod 8 0)一次,如果满足SFN mod 8=0时,SIB1的内容可能改变,新传一次。SIB1和所有SI消息均传输在BCCH DL-SCH PDSCH上SIB1的传输通过携带SI-RNTI(SI-RNTI每个小区都是相同的)的PDCCH调度完成SIB1中的SchedulingInfoList携带所有SI的调度信息,接收SIB1以后,即可接
12、收其他SI消息基基 本本 概概 念念无线网系统消息无线网系统消息LTE系统消息系统消息各系统消息作用各系统消息作用基基 本本 概概 念念无线网系统消息无线网系统消息系统消息功能说明系统消息功能说明系统消息信令流程系统消息信令流程系统消息获取系统消息获取UE通过E-UTRAN广播消息获取AS和NAS系统消息此过程适用于RRC-IDLE和RRC_CONNECTED状态开机选网和小区重选时切换完成或从另一个RAT切换到E-UTRAN时重新返回覆盖区域时当系统消息改变时当出现接收ETWS指示时upon receiving a request from CDMA2000 upper layers upo
13、n exceeding the maximum validity duration(3h)E-UTRAN MasterInformationBlock UE SystemInformationBlockType1 SystemInformation 基基 本本 概概 念念无线网系统消息无线网系统消息3GPP各状态间转换各状态间转换当存在当存在RRC连接时,连接时,UE处于处于RRC连接状态,否则为连接状态,否则为RRC IDLE状态状态 TS 36.331 4.2基基 本本 概概 念念UE的工作模式与状态的工作模式与状态各系统状态转移图各系统状态转移图UE各状态说明各状态说明状状 态态行行 为
14、为RRC_IDLEPLMN选择NAS配置的DRX过程系统信息广播和寻呼邻小区测量小区重选的移动性UE获取1个TA区内的唯一标识eNodeB内无终端上下文RRC_CONNECTED网络侧有UE的上下文信息网络侧知道UE所处小区网络和终端可以传输数据网络控制终端的移动性邻小区测量存在RRC连接:UE可以从网络侧收发数据 监听共享信道上指示控制授权的控制信令 UE可以上报信道质量给网络侧 UE可以根据网络配置进行DRX基基 本本 概概 念念UE的工作模式与状态的工作模式与状态RRC状态状态RRC信令消息简化信令消息简化Radio Bearer Setup(无线承载建立)(无线承载建立)Radio B
15、earer Release(无线承载释放)(无线承载释放)Radio Bearer Reconfiguration(无线承载重配置)(无线承载重配置)Transport Channel Reconfiguration(传输信道重配置)(传输信道重配置)TransportFormatCombinationControl(传输格式组合控制)(传输格式组合控制)Physical Channel Reconfiguration(物理信道重配置)(物理信道重配置)Measurement Control(测量控制)(测量控制)RRC Connection Reconfiguration(RRC连接重配置)
16、连接重配置)基基 本本 概概 念念UE的工作模式与状态的工作模式与状态RRC信令简化信令简化LTE中的承载中的承载Radio Bearer承载空口RRC信令和NAS信令S1 Bearer 承载eNB与MME间S1-AP信令NAS消息也可作为NAS PDU附带在RRC消息中发送基基 本本 概概 念念无线承载的分类无线承载的分类Bear(承载承载)in LTE无线承载分类无线承载分类数据承载为DRB,通过eNB为其分配的PDSCH来承载信令承载通过SRB,LTE中有三类SRBSRB0:承载RRC消息,映射到CCCH信道SRB1:承载RRC消息,也可承载NAS消息,映射到DCCH信道SRB2:承载N
17、AS消息,映射到DCCH信道UE的RRC连接未建立时,由SRB0承载RRC信令;SRB2未建立时,由SRB1承载NAS信令由于带宽增加,数据传输性能增强,LTE的RRC消息的数据携带能力显著提升;因此LTE中所有NAS消息可填充在RRC消息中携带传输,进一步精简了信令流程NAS消息通过四条RRC消息传递:ULInformationTransfer 和 DLInformationTransfer(由SRB2承载,SRB2未建立时由 SRB1承载)RRCConnectionSetupComplete 和 RRCConnectionReconfiguration(由SRB1承载)RRCConnect
18、ionSetupComplete(只携带NAS的初始直传消息)每种每种SRB可承载信令内容见附录可承载信令内容见附录NAS消息种类见附录消息种类见附录基基 本本 概概 念念无线承载的分类无线承载的分类根据承载内容分类根据承载内容分类NAS消息其他承载方式消息其他承载方式小区内小区内UE标识(标识(1)标识类型标识类型应用场景应用场景获得方式获得方式有效范围有效范围是否与终端是否与终端/卡设备相关卡设备相关RA-RNTI随机接入中用于指示接收随机接入响应消息根据占用的时频资源计算获得(0001003C)小区内否T-CRNTI随机接入中,没有进行竞争裁决前的CRNTIeNB在随机接入响应消息中下发
19、给终端(003DFFF3)小区内否C-RNTI用于标识RRC Connect状态的UE初始接入时获得(T-CRNTI升级为C-RNTI)(003DFFF3)小区内否SPS-CRNTI半静态调度标识eNB在调度UE进入SPS时分配(003DFFF3)小区内否P-RNTI寻呼FFFE(固定标识)全网相同否SI-RNTI系统广播FFFF(固定标识)全网相同否基基 本本 概概 念念UE标识标识核心网核心网UE标识(标识(2)用户标识用户标识名称名称来源来源作用作用IMSIInternational Mobile Subscriber IdentitySIM卡UE在首次ATTACH时需要携带IMSI信息
20、,网络也可以通过身份识别流程要求UE上报IMSI参数IMEIInternational Mobile Equipment Identity终端国际移动台设备标识,唯一标识UE设备,用15个数字表示IMEISVIMEI and Software Version Number终端携带软件版本号的国际移动台设备标识,用16个数字表示S-TMSISAE Temporary Mobile Station IdentifierMME产生并维护SAE临时移动标识,由MME分配。与UMTS的P-TMSI格式类似,用于NAS交互中保护用户的IMSIGUTIGlobally Unique Temporary Id
21、entifierMME产生并维护全球唯一临时标识,在网络中唯一标识UE,可以减少IMSI,IMEI等用户私有参数暴露在网络传输中.第一次attach时UE携带IMSI,而之后MME会将IMSI和GUTI进行一个对应,以后就一直用GUTI,通过attachaccept带给UE;TMSI信息是GUTI的一部分基基 本本 概概 念念UE标识标识主要内容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Attach流程Detach流程Service Reque
22、st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切换小区重选附录随机接入过程(随机接入过程(36.300)申请上行资源与eNodeB间的上行时间同步从RRC-IDLE状态到RRC-CONNECT的状态转换,即RRC连接过程,如初始接入和TAU更新无线链路失败后的初始接入,即RRC 连接重建过程在RRC-CONNECTED状态,未获得上行同步但需发送上行数据和控制信息或虽未上行失步但需要通过随机接入申请上行资源在RRC-CONNECTED状态,从服务小区切换到目标小区在RRC-CONNECTED状态,未获得上行同步但需接收下行数据在RRC-CONNECTED状态,UE位置
23、辅助定位需要,网络利用随机接入获取时间提前量(TA:Timing Advance)竞争接入过程竞争接入过程非竞争接入过程非竞争接入过程无线网基本信令流程无线网基本信令流程随机接入随机接入随机接入实现的基本功能随机接入实现的基本功能随机接入随机接入的使用场景的使用场景基于竞争的随机接入(基于竞争的随机接入(2-1)UE随机选择preamble码发起Msg1:发送Preamble码eNB可以选择64个Preamble码中 的部分或全部用于竞争接入Msg1承载于PRACH上Msg2:随机接入响应Msg2由eNB的MAC层组织,并由 DL_SCH承载一条Msg2可同时响应多个UE的随 机接入请求eNB
24、使用PDCCH调度Msg2,并通过RA-RNTI进行寻址,RA-RNTI由承载Msg1的PRACH时频资源位置确定Msg2包含上行传输定时提前量、为Msg3分配的上行资源、临时C-RNTI等Msg3:第一次调度传输UE在接收Msg2后,在其分配的上行资源上传输Msg31234基于竞争的随机接入过程基于竞争的随机接入过程2-1无线网基本信令流程无线网基本信令流程随机接入随机接入基于竞争的随机接入过程基于竞争的随机接入过程2-2基于竞争的随机接入(基于竞争的随机接入(2-2)针对不同的场景,Msg3包含不同的内容初始接入:携带RRC层生成的RRC连接请求,包含UE的S-TMSI或随机数连接重建:携
25、带RRC层生成的RRC连接重建请求,C-RNTI和PCI切换:传输RRC层生成的RRC切换完成消息以及UE的C-RNTI上/下行数据到达:传输UE的C-RNTIMsg4:竞争解决初始接入和连接重建场景初始接入和连接重建场景切换,上切换,上/下行数据到达场景下行数据到达场景竞争判定Msg4携带成功解调的Msg3消息的拷贝,UE将其与自身在Msg3中发送的高层标识进行比较,两者相同则判定为竞争成功UE如果在PDCCH上接收到调度Msg4的命令,则竞争成功调度Msg4使用由临时C-RNTI加扰的PDCCH调度eNB使用C-RNTI加扰的PDCCH调度Msg4C-RNTIMsg2中下发的临时C-RNT
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