TD-LTE呼叫信令流程分析

呼叫信令流程分析
TD-LTE 呼叫信令流程分析
2011 年评审通过
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呼叫信令流程分析
1 文档介绍
1.1 文档目的
预期的读者是 ENODEB 软件工程师、软件测试工程师以及网规网优人员。
1.2 文档范围
本文分析了 SERVICE REQUEST、专用承载建立、修改和释放过程中涉及的各条 消息以及每条消息中包含的 IE。
1.3 参考资料
【1】 LTE_call_processing_entity_msg_flow_zengzhaohui.vsd 【2】 3GPP TS 36.413 S1 Application Protocol (S1AP)(Release 9) 【3】 3GPP TS 24.301 Non-Access-Stratum (NAS) protocol for Evolved Packet System
(EPS) (Release 9) 【4】 3GPP TS 36.331 Radio Resource Control (RRC) (Release 9)
1.4 术语和缩略语定义
略。
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2 公用子流程
2.1.1 RRC 连接建立 2.1.1.1 RRC 连接建立相关流程
UE

EUTRAN

RRCConnectionRequest

RRCConnectionSetup

RRCConnectionSetupComplete

图 2-1: RRC 连接的成功建立流程

UE

EUTRAN

RRCConnectionRequest
RRCConnectionReject
图 2-2: RRC 连接建立,网络侧发起拒绝 2.1.1.2 关键消息
RRCConnectionRequest RRCConnectionRequest 消息用于请求建立 RRC 连接。该消息的一些具体信息为: ? 信令承载:SRB0 ? RLC-SAP:TM ? 逻辑信道:CCCH ? 消息的主要 IE:第四节所附 EXCEL 文档 RRCConnectionSetup RRCConnectionSetup 消息用于建立 SRB1。该消息的一些具体信息为: ? 信令承载:SRB0 ? RLC-SAP:TM ? 逻辑信道:CCCH ? 消息的主要 IE:第四节所附 EXCEL 文档 RRCConnectionSetupComplete RRCConnectionSetupComplete 消息表示成功建立 RRC 连接。该消息的一些具体信息为:
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? 信令承载:SRB1 ? RLC-SAP:AM ? 逻辑信道:DCCH ? 消息的主要 IE:第四节所附 EXCEL 文档

RRCConnectionReject RRCConnectionReject 消息用于拒绝 RRC 连接建立操作。该消息的一些具体信息为: ? 信令承载:SRB0 ? RLC-SAP:TM ? 逻辑信道:CCCH ? 消息的主要 IE:第四节所附 EXCEL 文档
2.1.2 初始 UE 消息
2.1.2.1 初始 UE 消息过程

eNB

MME

INITIAL UE MESSAGE

2.1.2.2 关键消息
Initial UE Message 该消息由 eNB 通过 S1 接口发送给 MME,用于传输初始的层 3 消息。 ? 消息的主要 IE:第四节所附 EXCEL 文档

2.1.3 下行 NAS 传输
2.1.3.1 下行 NAS 传输过程 eNB

MME

DOWNLINK NAS TRANSPORT

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2.1.3.2 关键消息
DOWNLINK NAS TRANSPORT 该消息由 MME 发送给 eNB,主要用于在 S1 接口上传输 NAS 消息。 ? 消息的主要 IE:第四节所附 EXCEL 文档

2.1.4 上行 NAS 传输
2.1.4.1 上行 NAS 传输过程 eNB

MME

UPLINK NAS TRANSPORT

2.1.4.2 关键消息 UPLINK NAS TRANSPORT 该消息由 eNB 发送给 MME,主要用于在 S1 接口上传输 NAS 消息。 ? 消息的主要 IE:第四节所附 EXCEL 文档
2.1.5 下行信息传输
2.1.5.1 下行信息传输过程

UE

EUTRAN

DLInformationTransfer

2.1.5.2 关键消息
DLInformationTransfer 该消息用于 E-UTRAN 向处于 RRC_CONNECTED 状态的 UE 传输 NAS 消息或 non-3GPP 专用消息。 ? 信令承载:SRB2 或 SRB1(仅当 SRB2 未建立时,使用 SRB1。如果 SRB2 被挂起,
E-UTRAN 在 SRB2 被恢复后,才发送该消息) ? RLC-SAP:AM ? 逻辑信道:DCCH ? 消息的主要 IE:第四节所附 EXCEL 文档
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2.1.6 上行信息传输
2.1.6.1 上行信息传输过程
UE

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EUTRAN ULInformationTransfer

2.1.6.2 关键消息
ULInformationTransfer 该消息用于 UE 向 E-UTRAN 传输 NAS 消息或 non-3GPP 专用消息。 ? 信令承载:SRB2 或 SRB1(仅当 SRB2 未建立时,使用 SRB1。如果 SRB2 被挂起,
E-UTRAN 在 SRB2 被恢复后,才发送该消息) ? RLC-SAP:AM ? 逻辑信道:DCCH ? 消息的主要 IE:第四节所附 EXCEL 文档

2.1.7 初始上下文建立
初始上下文建立过程主要作用是建立全面必要的初始 UE 上下文,该上下文中包括: E-RAB 上下文(E-RAB context), 安全密钥(the Security Key), 切换限制列表(Handover Restriction List), UE 无线能力(UE Radio capability),UE 安全能力(UE Security Capabilities) 等。
2.1.7.1 成功的初始上下文建立过程

eNB

MME

INITIAL CONTEXT SETUP REQUEST

INITIAL CONTEXT SETUP RESPONSE

2.1.7.2 关键消息
INITIAL CONTEXT SETUP REQUEST 该消息用于请求建立一个 UE 上下文。 ? 消息的主要 IE:第四节所附 EXCEL 文档

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INITIAL CONTEXT SETUP RESPONSE 该消息由 enb 发送,主要用于对 UE 上下文建立请求进行确认 ? 消息的主要 IE:第四节所附 EXCEL 文档

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2.1.8 初始安全激活
该过程用于 RRC 连接建立后,激活 AS 安全模式。 2.1.8.1 基本过程
UE

EUTRAN

SecurityModeCommand
SecurityModeComplete
2.1.8.2 关键消息 SecurityModeCommand 该消息用于激活 AS 的安全模式。 ? 信令承载: SRB1 ? RLC-SAP:AM ? 逻辑信道:DCCH ? 消息的主要 IE:第四节所附 EXCEL 文档
SecurityModeComplete 该消息用于指示 AS 的安全模式已成功激活。 ? 信令承载: SRB1 ? RLC-SAP:AM ? 逻辑信道:DCCH ? 消息的主要 IE:第四节所附 EXCEL 文档
2.1.9 RRC 连接重配
该过程用于对 RRC 连接进行重配。该消息中包含的信息为:测量配置,移动控制,以 及与专用 NAS 信息和安全配置相关的无线资源配置。

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2.1.9.1 基本过程 UE

呼叫信令流程分析 EUTRAN

RRCConnectionReconfiguration

RRCConnectionReconfigurationComplete

2.1.9.2 关键消息
RRCConnectionReconfiguration 该消息用于修改 RRC 连接的配置。 ? 信令承载: SRB1 ? RLC-SAP:AM ? 逻辑信道:DCCH ? 消息的主要 IE:第四节所附 EXCEL 文档 RRCConnectionReconfigurationComplete 该消息指示 RRC 连接重配置成功。 ? 信令承载: SRB1 ? RLC-SAP:AM ? 逻辑信道:DCCH ? 消息的主要 IE:第四节所附 EXCEL 文档

2.1.10 E-RAB 建立

2.1.10.1 E-RAB 建立过程
对于一个 UE 来说,E-RAB 建立过程的主要目的是,为一个或多个 E-RAB 分配 Uu 口 和 S1 口资源;建立相应的 DRB。

eNB

MME

E-RAB SETUP REQUEST

E-RAB SETUP RESPONSE

2.1.10.2 关键消息
E-RAB SETUP REQUEST 该消息由 MME 发送给 eNB,主要用于为一个或多个 E-RAB 分配 Uu 口和 S1 口资源。
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? 消息的主要 IE:第四节所附 EXCEL 文档 E-RAB SETUP RESPONSE 该消息由 eNB 发送给 MME,主要用于反映 E-RAB 建立请求消息的执行结果。 ? 消息的主要 IE:第四节所附 EXCEL 文档

2.1.11 E-RAB 修改

2.1.11.1 E-RAB 修改过程 E-RAB 修改过程的主要目的是,修改一个 UE 的已经建立的 E-RAB。

eNB

MME

E-RAB MODIFY REQUEST

E-RAB MODIFY RESPONSE

2.1.11.2 关键消息

E-RAB MODIFY REQUEST 该消息由 MME 发送给 eNB,主要用于修改为一个或多个 E-RAB 分配 Uu 口和 S1 口资 源;修改 DRB。 ? 消息的主要 IE:第四节所附 EXCEL 文档
E-RAB MODIFY RESPONSE 该消息由 eNB 发送给 MME,主要用于反映 E-RAB 修改请求消息的执行结果。 ? 消息的主要 IE:第四节所附 EXCEL 文档

2.1.12 UE 上下文修改

2.1.12.1 UE 上下文修改过程 UE 上下文过程的主要目的是,修改一个已建立的 UE 上下文。

eNB

MME

UE CONTEXT MODIFICATION REQUEST

UE CONTEXT MODIFICATION RESPONSE

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2.1.12.2 关键消息

UE CONTEXT MODIFICATION REQUEST 该消息由 MME 发送给 eNB,主要用于指示被修改 UE 上下文信息 ? 消息的主要 IE:第四节所附 EXCEL 文档 UE CONTEXT MODIFICATION RESPONSE 该消息由 eNB 发送给 MME,主要用于指示成功修改 UE 上下文。 ? 消息的主要 IE:第四节所附 EXCEL 文档
2.1.13 E-RAB 释放

2.1.13.1 MME 发起的 E-RAB 释放过程 该过程的主要目的是,释放一个已建立的 E-RAB。

eNB

MME

E-RAB RELEASE COMMAND

E-RAB RELEASE RESPONSE

2.1.13.2 关键消息
E-RAB RELEASE COMMAND 该消息由 MME 发送给 eNB,主要用于释放一个或多个 E-RAB 的空口和 S1 口资源。 ? 消息的主要 IE:第四节所附 EXCEL 文档 E-RAB RELEASE RESPONSE 该消息由 eNB 发送给 MME,主要用于指示 E-RAB RELEASE COMMAND 的执行结果。 ? 消息的主要 IE:第四节所附 EXCEL 文档
3 呼叫信令流程
3.1 UE 触发的 Service request 如果处于 idle 状态的 UE 需要发送上行信令或上行数据,它将会发起 Service Request 流
程,重新进入 connectioned 状态。UE 触发的 Service Request 过程,如图 3.1 所示。

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UE

eNB

MME

随机接入的物理层过程,竞争模式

1. RRC Connection Request
CCCH->UL-SCH->PUSCH Admission Control,
Allocate the resource for SRB1
2. RRC Connection Setup

CCCH->DL-SCH->PDSCH

Setup SRB1
3. RRC Connection Setup Complete (NAS: Service Request)
DCCH->UL-SCH->PUSCH eNB UE S1 AP ID allocation

4. Initial UE Message (NAS: Service Request)

6. DL Information Transfer (NAS: Authentication Request)
DCCH->DL-SCH->PDSCH

MME UE S1 AP ID allocation
5. DL NAS Transport (NAS: Authentication Request)

7. UL Information Transfer (NAS: Authentication Response)
DCCH->UL-SCH->PUSCH

8. UL NAS Transport (NAS: Authentication Response)

9. Initial Context Setup Request
Admission Control, 1. allocate the Uu resource for SRB2 2. allocate the Uu resource of DRB and S1 resource for E-RAB(non-GBR default bearer)

10. Security Mode Command DCCH->DL-SCH->PDSCH
11. Security Mode Complete DCCH->UL-SCH->PUSCH

12. RRC Connection Reconfiguration
DCCH->DL-SCH->PDSCH Setup SRB2 and DRB for non-GBR default bearer

13. RRC Connection Reconfiguration Complete DCCH->UL-SCH->PUSCH

14. Initial Context Setup Response

如果此后UE又申请一个新的业务,且default bearer或当前现有的dedicated bearer仍不能满足 特殊的业务需求,
UE还会发起Bearer Resource Modification Request,要求网络侧激活一个新的专用承载或修改 一个已经存在的专用承载。

图 3.1 UE 触发的 Service Request 过程

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UE 触发的 Service Request 的具体过程为: 1. UE 在 完 成 基 于 竞 争 的 随 机 接 入 过 程 后 , 向 eNB 发 送 RRC CONNECTION
REQUEST 消息。该消息中包含 UE-Identity,RRC 连接建立原因等内容。 2. eNB 收到 RRC CONNECTION REQUEST 消息后,需要进行接入控制,并为 SRB1
分配资源。这些资源信息由 eNB 通过 RRC CONNECTION SETUP 消息发送给 UE。 3. UE 根据 RRC CONNECTION SETUP 消息的内容建立 SRB1。UE 通过 RRC
CONNECTION SETUP COMPLETE 消息通知 eNB,RRC 连接建立成功。另外,该 消息中还携带了 NAS 信息“Service Request”。 4. 为了实现与 EPC 的交互,eNB 需分配“eNB UE S1AP ID”。之后,eNB 通过“Initial UE Message”消息将 NAS 信息“Service Request”发送给 EPC。 5. EPC 收到 NAS 信息“Service Request”后,分配“MME UE S1AP ID”。之后,EPC 发起鉴权过程。EPC 通过“DOWNLINK NAS TRANSPORT”消息将鉴权请求 “Authentication Request”发送给 eNB。 6. eNB 收 到 鉴 权 请 求 消 息 后 , 通 过 “ dl information transfer ” 消 息 将 鉴 权 请 求 “Authentication Request”转发给 UE。 7. UE 通过“ul information transfer”消息给 eNB 回复鉴权响应“Authentication Response”。eNB 通过“UPLINK NAS TRANSPORT”消息将鉴权响应“Authentication Response”转发给 EPC,至此鉴权过程结束。 8. EPC 向 eNB 发送“Initial Context Setup Request”消息,发起初始上下文建立过程。 9. eNB 进行准入控制,并分配 SRB2 和 DRB 的空口资源以及 S1 口的资源。 10. eNB 通过初始安全激活过程激活 AS 的安全模式。 11. eNB 向 UE 发送“RRC Connection Reconfiguration”消息。UE 在收到这个消息后建 立 SRB2 和 DRB。之后,UE 回复“RRC Connection Reconfiguration Complete”消 息。 12. eNB 向 EPC 回复“INITIAL CONTEXT SETUP RESPONSE”,通知其初始上下文建 立成功。
3.2 UE 建立一个专用的 EPS 承载
图 3.2 表示了 UE 通过 service request 过程或 attach 过程建立默认承载之后,再建立一个 新的 EPS 承载的过程。
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UE

eNB

MME

此前,UE Triggered Service Request Procedure, default EPS bearer is established, 或UE已经发起了Attach流程,default EPS bearer is established,参见相关流程图

1. UL Information Transfer (NAS: Bearer Resource Modification Request)

DCCH->UL-SCH->PUSCH

2. UL NAS Transport (NAS: Bearer Resource Modification Request)

3. E-RAB Setup Request (NAS:Activate Dedicated EPS Bearer Context Request )

Admission Control, allocate the Uu resource of DRB and S1 resource for ERAB(dedicated EPS Bearer)

4. RRC Connection Reconfiguration (NAS:Activate Dedicated EPS Bearer Context Request )
DCCH->DL-SCH->PDSCH
5. RRC Connection Reconfiguration Complete DCCH->UL-SCH->PUSCH
6. E-RAB Setup Response
7. UL Information Transfer (NAS: Activate Dedicated EPS Bearer Context Accept)
DCCH->UL-SCH->PUSCH 8. UL NAS Transport
(NAS: Activate Dedicated EPS Bearer Context Accept)

图 3.2 UE 建立一个专用的 EPS 承载 UE 建立一个专用的 EPS 承载的过程为: 1. UE 向 eNB 发送“ul information transfer”消息。该消息包含 NAS 消息“Bearer resource
modification request”。 2. eNB 收到“ul information transfer”消息后,通过“uplink nas transport”消息将 NAS
消息转发给 EPC。 3. 当需要新建 EPS 承载时,EPC 向 eNB 发送“E-RAB Setup Request”消息。该消息
中 包 含 的 NAS 信 息 为 : ACTIVATE DEDICATED EPS BEARER CONTEXT REQUEST。 4. eNB 首先对新建的 E-RAB 进行准入控制,并为其分配相关资源,之后,eNB 通过 “RRC Connection Reconfiguration”消息将分配的资源信息和 NAS 消息通知 UE。 5. UE 向 eNB 回复“RRC Connection Reconfiguration Complete”消息,指示重配成功。 eNB 向 EPC 回复“E-RAB Setup Response”消息,指示新的 EPS 承载的建立结果。 6. UE 向 eNB 发送“UL Information Transfer”消息,其中包含 NAS 信息“Activate Dedicated EPS Bearer Context Accept”。eNB 通过“UPLINK NAS TRANSPORT”消
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息将该 NAS 消息转发给 EPC。
3.3 UE 发起修改一个专用的 EPS 承载

UE

eNB

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MME

the dedicated EPS bearer is already established.
1. UL Information Transfer (NAS: Bearer Resource Modification Request)
DCCH->UL-SCH->PUSCH 2. UL NAS Transport
(NAS: Bearer Resource Modification Request) 3. E-RAB Modify Request
(NAS:Modify EPS Bearer Context Request)
Admission Control, allocate the Uu resource of DRB and S1 resource for ERAB(dedicated EPS Bearer)
4. RRC Connection Reconfiguration (NAS:Modify EPS Bearer Context Request)
DCCH->DL-SCH->PDSCH
5. RRC Connection Reconfiguration Complete DCCH->UL-SCH->PUSCH
6. E-RAB Modify Response
7. UL Information Transfer (NAS: Modify Bearer Context Accept)
DCCH->UL-SCH->PUSCH 8. UL NAS Transport
(NAS:Modify Bearer Context Accept)

UE 发起修改一个 EPS 承载的过程与 UE 建立一个专用的 EPS 承载的过程基本类似,此 处不再重复。
3.4 UE 发起释放一个 EPS 承载

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UE

eNB

MME

UE和核心网之间已经存在default beaer和/或专用承载

UE释放业务

1. UL Information Transfer (NAS: Bearer Resource Modification Request)

DCCH->UL-SCH->PUSCH

2. UL NAS Transport (NAS: Bearer Resource Modification Request)

3a. NAS: Detach Request

3b. E-RAB Release Command (NAS:DEACTIVATE EPS Bearer Context Request )

Release the resource on Uu and S1
4. RRC Connection Reconfiguration (NAS:DEACTIVATE EPS Bearer Context Request)
DCCH->DL-SCH->PDSCH

5. RRC Connection Reconfiguration Complete DCCH->UL-SCH->PUSCH

6. E-RAB Release Response

7. UL Information Transfer (NAS:DEACTIVATE EPS Bearer Context Accept)
DCCH->UL-SCH->PUSCH
8. UL NAS Transport (NAS:DEACTIVATE EPS Bearer Context Accept)

在上述流程中,如果释放的是 UE 和 PDN 的最后一个连接,则执行 DETACH 过程, MME 向 UE 发送 detach request,如上图 3a 所示。如果是其他情况,则执行上图 3b 及 以后的流程。

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