S1AP基本信令流程.docx

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1、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。 E-UT

2、RANMME / S-GWeNBMME/S-GWeNB1.1 E-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。User PlaneRadio ; Control PlaneNetwork ;Layer 1Application:ProtocolTransPort :TransportNetwork UserLayerNetwork ；Plane !；! Transport:；UserNetwork !: Plane1 11 11 11 11 11 11 11 1Signalling Bearer(s)*?:i:i

3、Data Bearer(s)1 1 1 1 1 I1 11 1 1 1 :11 1rH， + H:!1 ；Physical Layer:!；,1.2 S1 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。1.2.1 S1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。1.2.2 S1接口控制面S1控

4、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:eNBEPC1. Initial UE message(包含Attach Request、PDN connectivity reqs 息)2.建立默认EPS承载等ActivateIni

5、tial context setup request(包含 Attach Accept、 default EPS bearer context request)4 UE Capability Info Indication5. Initial context setup response 6. UPLINK NAS TRANSPORT(包含 Attach Complete Activate default EPS bearer context accept)First Uplink DataFirst Downlink Data7.更新承载:检测到User .- Inactivity8. UE

6、 CONTEXT RELEASE REQUES (Cause)10.1更新承载E CONTEXT RELEASE COMMAND11. UE CONTEXT RELEASE COMPLETE说明：1）步骤12会建立S1连接，标志着NASsignalingconnection建立完成。2）如果消息2带了 UERadioCapabilitylE ，则没有4过程3）发起UE上下文释放（即811）的条件：- eNodeB-initiatedwithcausee.g.O&MIntervention,UnspecifiedFailure,UserInactivity, Repeated RRC signa

7、lling Integrity Check Failure, Release due to UEgeneratedsignallingconnectionrelease,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attach request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

8、起TAU。2.1.2 异常流程case1（核心网拒绝）EPCeNB（包含 Attach Re1. Initial UE messagequest、PDN connectivity reque2. MME或者S-GW拒绝3. D3. DOWNLINK NAS TRANSPORT（包含 Attach Reject、可能有 PDN connectivity reject 消息）4. UECONTEXT RELEASE COMMAND5. UE CONTEXT RELEASE COMPLETE2.1.3 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

9、参数等失败）eNBEPC1. Initial UE message（包含Attach Request PDN connectivity request消息）2,建立默认EPS承载等Activate.Initial context setup request（包含 Attach Accept default EPS bearer context requ定时器超时:UE Capability Info Indication5. Initial context setup failure6. UE CONTEXT RELEASE REQUEST7.更新承载8. UE CONTEXT RELEASE

10、 COMMAND9. UE CONTEXT RELEASE COMPLETE2.2 UE 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：1. Initial UE message(包含 Service Request 消息)2. S1-AP: Initial Context Setup Request3. UE Capability Info Indication.4. S1-AP: Initial Context Setup ResponseFirst Uplink Data更新承载/

11、 fFirst Downlink Data5.检测到U serInactivityUE Context Release Request (Cause)更新承载6. UE Context Release Command7. UE Context Release Complete2.2.2 异常流程casel （核心网拒绝）1. Initial UE message（包含 service request 消息）2- MME或者S-GW拒绝LT3. DOWNLINK NAS TRANSPOR（包含 service reject 消息）4. UECONTEXT RELEASE COMMAND5. UE

12、 CONTEXT RELEASE COMPLETE2.2.3 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）1. Initial UE message（包含 Service Request 消息）2.In

13、itial Context Setup Request3. UE Capability Info Indication4. Initial Context Setup Response（带 E-RAB Failed 列表）f、核心网发现默认承载建立失败，本地Idetach 该 UE；5. UE Context Release Command6. UE Context Release Complete2.3网络发起的paging流程2.3.1 S_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：eNBEPC1. NAS: Paging

14、 (S_TMSI)V同UE发起的service reques t过程142.3.2 IMSI 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。eNBEPC1. NAS: Paging （IMSI）V同UE发起的attach request过程162.4 TAU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TAU accept分配了一个新 的GUTI，则UE需要回复TAUcomplete，否则不用回复

15、。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：3. S1-4.1. Initial UE message（包含 TAU request）2. MME间更新UE上下文等:AP: Initial Context Setup Request（包含 TAU Accept）JE Capabi

16、lity Info Indication5. S1-AP: Initial Context Setup Response6. UPLINK NAS TRANSPORT（包含TAU Complete）First Uplink DataFirst Downlink Data 7更新承载说明：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）1. UPLINK NAS TRANSPORT（包含TAU request消息）2. MME间更新UE上下文等3. DOWNLINK NAS TRANSPORT（包含TAU Accept

17、消息）4. UPLINK NAS TRANSPORT（包含 TAU Complet e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 2.2.22.2.52.5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：说明：IDLE和CONNECTED下发起的区别同上面TAU的区别；eNBEPC本地清空该UE的所有EPS承载和TEID资源2.5.2 非关机去附着casel （IDLE下）2.

18、1. Initial UE message（包含 Detach Request）DOWNLINK NAS TRANSPORT（包含 Detach Accept）3. UE CONTEXT RELEASE COMMAND4. UE CONTEXT RELEASE COMPLETE2.5.3 非关机去附着case2（ CONNECTED下）1. UPLINK NAS TRANSPORT（包含 Detach request 消息）本地清空该UE的所有EPS承载和TEID资源2. DOWNLINK NAS TRANSPORT（包含 Detach Accept）3. UE CONTEXT RELEASE

19、 COMMAND4. UE CONTEXT RELEASE COMPLETE2.6专用承载建立流程2.6.1 正常流程专用承载建立可以由UE或者MME主动发起，eNB不能主动发起，并且只能在connected下发起该流程。est)1. UPLINK NAS TRANSPORT (包含 Bearer resource allocation requ2.承载分配请求arer3. E-RAB SETUP/MODIFY REQUEST (包含 Activate/Modify dedicated EPS be context request)4. E-RAB SETUP/MODIFY RESPONSE5

20、. UPLINK NAS TRANSPORT(包含 Activate/Modify dedicated EPS bearercontext accept)Uplink Data6.承载分配响应Downlink Data说明：1 ）如果是MME主动发起的承载建立流程，则无步骤1 ；2） UE发起的承载建立流程，核心网可以回复承载建立、修改流程;2.6.2 异常流程casel（核心网拒绝）eNBEPC1. UPLINK NAS TRANSPORT(包含 Bearer resource allocation request)2.承载分配请求，被拒绝3. DOWNLINK NAS TRANSPORT(

21、包 含Bearer resource allocation reject)2.6.3 异常流程case2 （ eNB本地建立失败，核心网主动发起的建立）如果eNB建立失败，会回复E-RABSETUPRESPONSE，带失败建立的承载列表，并带原因值，核心网应该根据原因值处理EPCeNB1.承载分配请求2. E-RAB SETUP REQUEST(包含 Activate dedicated EPS bearer context request)3. E-RAB SETUP RESPONSE(带 E-RAB Failed List ,cause Radioresources not availab

22、le)4.本地释放承载2.6.4 异常流程case3（eNB未等到RRC重配完成消息，回复失败）（包含Acx n定时器超时：1-承载分配请求2. E-RAB SETUP REQUESTtivate dedicated EPS bearer context request)3. E-RAB SETUP RESPONSE带 E-RAB Failed List, cause Failurein the Radio Interface Procedure)4.承载释放5. UE CONTEXT RELEASE REQUEST6.更新承载7. UE CONTEXT RELEASE COMMAND8. U

23、E CONTEXT RELEASE COMPLETE2.6.5 异常流程case4 （ UENAS层拒绝）如果是UE的NAS层拒绝，则核心网收到后会给eNB发送E-RAB释放消息，来释放刚刚建立的S1承载，此时不带NASPDU。1.承载分配请求2. E-RAB SETUP REQUEST(包含 Activate dedicated EPS bearer context equest)5. E-RAB SETUP RESPONSE8. UPLINK NAS TRANSPORT(包含 Activa te dedicated EPS bearer context reject)厂：.9.承载释放 /

24、10. E-RAB RELEASE COMMAND(不含 NAS PDU)13. E-RAB RELEASE RESPONSE2.6.6 异常流程case5 （上行直传NAS消息丢失）如果核心网没有收到UE回复的NAS消息，会重发请求消息，重发4次后，如果还没 收到应答则放弃。est)2. UPLINK NAS TRANSPORT(包含 Bearer resource allocation requfA3.承载分配请求4. E-RAB SETUP REQUESTrequest)(包含 Activate dedicated EPS bearer context7. E-RAB SETUP RES

25、PONSE定时器超时，重发9. DOWNLINK NAS TRANSPORT(包含 Activate dedicated EPS bearer context lequest)12. ULLINK NAS TRANSPORT(包含 Activate dedicated EPS bearer context accept)2.7专用承载修改流程专用承载修改可以由UE、MME主动发起，不能由eNB主动发起，只能在connected下发起该流程。2.7.1 正常流程casel（修改QoS）1.(包含Be.UPLINK NAS TRANSPORT arer resource modification

26、request)2.承载修改请求3. E-RAB SETUP/MODIFY/RELEASE COMM(包含 Activate/Modify/Deactivate EPS beacontext request)1ANDrer4. E-RAB SETUP/MODIFY/RELEASE RESPONSEUPLINK NAS TRANSPORT(包含 Activate/Modify/Deactivate EPS bcontext accept)earerr a6.承载修改响应说明：1) MME主动发起的承载建立/修改/释放无步骤1；2 )eNB主动发起的释放 步骤1改为发送E-RABRELEASEIN

27、DICATION消息给MME ;3)UE发起的承载修改流程，核心网可以回复承载建立、修改、释放流程。2.7.2 正常流程case2 (不修改QoS，只修改TFT)不修改QoS，只修改TFT参数时，为上下行直传消息，与eNB无关。1(包含BeUPLINK NAS TRANSPORT arer resource modification requeSt )G承载修改请求）3. DOWNLINK NAS TRANSPORT(包含 Modify EPS bearer context request)V4. UPLINK NAS TRANSPORT (包含 Modify EPS bearer conte

28、xt accept)厂 一、5.承载修改响应2.7.3 异常流程casel （核心网拒绝）载。eNBEPC1(包含Be3.（包含.UPLINK NAS TRANSPORT arer resource modification request)2.承载修改请求，被拒绝DOWNLINK NAS TRANSPORTBearer resource modification reect)如果拒绝原因值是unknown EPS bearer context , UE会本地去激活存在的专用承2.7.4 异常流程case2（ eNB回复失败）eNB回复失败区分为：eNB本地失败，没有给UE发送RRC重配消息;

29、eNB未收到RRC重配完成消息，回复失败。以上过程同2.6.3和2.6.4。2.7.5 异常流程case3 （ UENAS层拒绝）同 2.6.52.7.6 异常流程case4 （上行直传NAS消息丢失）同 2.6.62.8专用承载释放流程专用承载释放可以由eNB、MME主动发起，只能在connected下发起该流程。eNBEPC1.承载释放请求2.(包含DeE-RAB RELEASE COMMAND activate EPS bearer context request)eNB释放该承载相关资源3. E-RAB RELEASE RESPONSE4. UPLINK NAS TRANSPORT (包含 D eactivate EPS bearer context accep)厂A5.承载释放响应