02-附录
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移动性管理用来管理终端在LTE/EPC(Evoloved Packet Core,演进的分组核心网)网络的接入及跟踪终端当前的位置信息,确保终端在移动过程中的位置信息能够及时被LTE/EPC网络获取。LTE/EPC网络移动性管理通过如下流程实现:
· 终端状态管理。
· 附着流程。
· 跟踪区更新流程。
· 服务请求流程。
· LTE内部S1切换流程。
· 分离流程。
· 位置更新流程。
终端状态是网络对终端行为进行正确处理的基础,主要体现在EMM(EPS Mobility Management,EPS移动性管理)和ECM(EPS Connection Management,EPS连接管理)这两个方面。
关于终端状态的详细介绍请参见“3GPP TS 23.401”。
EMM存在两种状态:
· EMM-DEREGISTERED,在该状态下,终端对EPC来说不可达,此时EMM上下文中不包括终端的有效位置和路由信息。终端的部分上下文可以保存在终端和EPC中,可以避免每次附着均发起AKA(Authentication and Key Agreement,鉴权和密钥一致性)鉴权过程。
· EMM-REGISTERED,终端可以通过成功的附着流程或位置更新流程进入此状态,在该状态下,EPC知道终端的确切位置或者终端所在的TA List(Tracking Area List,跟踪区列表)。
ECM存在两种状态:
· ECM-IDLE,终端与EPC没有NAS(Non-Access Stratum,非接入层)信令连接时,终端进入ECM-IDLE态。此状态下的终端在eNodeB内没有上下文,也没有S1-MME和S1-U连接。
· ECM-CONNECTED,终端和EPC有NAS信令连接,此状态下EPC知道为终端提供服务的eNodeB的eNodeB ID。
如图A-1所示,为3GPP协议规定的EMM在终端中的状态机。
图A-1 EMM在终端中的状态机示意图
如图A-2所示,为3GPP协议规定的EMM在MME中的状态机。
图A-2 EMM在MME中的状态机示意图
如图A-3所示,为3GPP协议规定的ECM在终端中的状态机。
图A-3 ECM在终端中的状态机示意图
如图A-4所示,为3GPP协议规定的ECM在MME中的状态机。
图A-4 ECM在MME中的状态机示意图
H3C EPC的TAU(Tracking Area Update,跟踪区更新)流程仅涉及E-UTRAN范围内的TA List更新,不涉及E-UTRAN TA List到GERAN/UTRAN的RA(Routing Area,路由区)更新。
附着流程是终端安装USIM卡开机后执行的第一个流程,通过附着流程,终端可以注册到网络中,并获取网络提供的服务,与此同时,网络将获取终端所在的位置信息,即TA List。附着流程会建立一个缺省的EPS承载,该承载可为终端提供永久在线的IP连接。根据业务需求,附着流程可能触发一个或多个专有承载的建立。
终端会通过附着请求将PDN Address Allocation信元发送给EPC(PGW),在承载上下文激活阶段,PGW直接为终端分配访问PDN网络的IP地址。
图A-5 附着流程示意图
图A-5表示终端附着网络的过程,其中EPC代表H3C虚拟化核心网设备,设备包含了如下网元:
· MME(Mobile Management Entity,移动性管理实体),主要用于终端鉴权、移动性管理、漫游控制、网关选择、承载管理和TA List管理等。
· HSS(Home Subscriber Server,归属地签约用户服务器),主要用于存储终端的签约信息、记录终端的位置和鉴权参数管理等。
· SGW(Serving GateWay,服务网关),是3GPP系统内部移动性的锚点,主要负责空闲状态时缓存下行的数据包、数据包路由。
· PGW(PDN GateWay,PDN网关),是访问PDN(Packet Data Network,包交换分组数据网络)的网关节点,主要负责分配终端的IP地址、数据包路由、计费、QoS策略控制执行和合法监听。
· PCRF(Policy and Charging Rules Function,策略及计费规则功能),用于制定QoS策略和基于不同IP流的计费控制等。
当前版本暂不支持PCRF。
为方便理解整个流程,手册以EPC代表所有EPC网元,不同网元之间信令交互的具体内容,请参见“3GPP TS 23.401”。
(1) 终端将附着请求消息发送给eNodeB,消息主要包含:IMSI(International Mobile Subscriber Identity,国际移动用户标识)、Old GUTI(Globally Unique Temporary Identity,全球唯一临时标识)/上次访问的TAI(Tracking Area Identity,跟踪区标识)和终端网络能力等参数。需要注意的是:
¡ 如果终端上送的是IMSI,则表明终端首次附着,将根据TAI选择EPC(MME)。
¡ 如果终端上送的是Old GUTI/上次访问的TAI,则表明终端已附着过网络,将根据Old GUTI/上次访问的TAI选择EPC(MME)。
(2) eNodeB将附着请求消息转发给EPC(MME)。
(3) 如果终端通过Old GUTI标识自己,并且此次附着的EPC(MME)与上次Detach时的EPC(MME)不同,则EPC(MME)发送一个Identity Request给终端来获取终端的IMSI。
(4) 如果网络中不存在终端的上下文,EPC(MME)将强制执行鉴权和安全流程。
(5) 在附着请求中,EPC(MME)负责处理插入签约用户数据的操作,签约数据包括默认APN(Access Point Name,接入点名称)、一个或多个PDN签约上下文:
¡ 如果终端设置了ESM Information Transfer Flag标志,则EPC(MME)通过发送ESM Information Request消息向终端获取PCO(Protocol Configuration Option,协议配置项)或APN。
¡ 如果终端在Attach Request中携带了APN,则EPC(MME)根据此APN激活默认承载,否则,使用EPC(HSS)保存的签约数据中的缺省APN激活默认承载。
¡ 如果终端使用未签约的APN接入或EPC(HSS)拒绝Update Location请求,则EPC拒绝终端的附着请求。
¡ 如果EPC(MME)存在终端激活态的上下文承载,例如,终端没有完全Detach,又再次附着到了同一个EPC(MME)时,EPC(MME)执行Delete Session Request/Response流程来释放EPC侧的承载资源。
(6) EPC(MME)向eNodeB发送Attach Accept消息,请求建立无线资源。该消息被包含在一个S1-MME控制消息即Initial Context Setup Request消息中。
(7) eNodeB向终端发送RRC Connection Reconfiguration消息请求分配空口资源,该消息包含EPC(MME)分配的EPS承载ID,同时将Attach Accept带给终端。
(8) 终端向eNodeB发送RRC Connection Reconfiguration Complete消息。
(9) eNodeB向EPC(MME)发送Initial Context Setup Response消息,消息中包括eNodeB侧分配的S1-U的IP地址和TEID(Tunnel Endpoint Identifier,隧道端点标识符)。
(10) 终端向eNodeB发送Direct Transfer消息,该消息中还包含了Attach Complete消息。
(11) eNodeB将步骤10中得到的Attach Complete包含在一个S1-MME控制信息里转发给EPC(MME)。在收到Initial Context Response消息及Attach Complete消息后,EPC(MME)执行修改承载流程。
获取到eNodeB的S1-U的IP地址和TEID后,EPC开始转发缓存的下行数据包,并更新终端的位置信息和路由信息等。
无线网络的覆盖是由很多微小的单元构成,每个微小单元被称之为小区Cell,这些小区Cell最终构成了覆盖绝大部分陆地的无线网络。跟踪区由多个小区Cell组成,用于管理终端的位置,EPC(MME)服务的范围则由多个TA List组成。在EPS网络中,位置管理的基本单位为TA List。通过TA List,可以避免终端频繁发起跟踪区更新流程。
如图A-6所示,其中:
· MCC(Mobile Country Code,移动国家码),标识一个国家。
· MNC(Mobile Network Code,移动网络码),标识一家运营商。
· TAC(Tracking Area Code,跟踪区码),标识一个跟踪区。
· TAI,由MCC、MNC和TAC组成,在全球范围内唯一标识一个跟踪区。
· TA List,由多个TAI组成,是EPC网络中位置管理的基本单位。
图A-6 跟踪区列表示意图
跟踪区更新使用TAU(Tracking Area Update,跟踪区更新)表示,由终端发起。跟踪区更新分为主动发起更新和被动发起更新,其中被动发起表明终端接受网络侧的指令后发起的跟踪区更新流程。对于EPC来说,跟踪区更新主要有如下触发条件:
· 终端进入新的TA,该TA不在当前的TA List中。
· 周期性跟踪区更新,即Periodic TAU。
· 负载重分配。
· 终端能力变更。
如图A-7所示,终端附着成功后,EPC(MME)会为其分配一个TA List。随后处于ECM-IDLE状态下的终端移动到一个新的TA,该TA不在EPC为终端分配的TA List中,则终端会发起TAU流程。
通过附着或跟踪区更新流程中,EPC(MME)可以将网络侧配置的T3412定时器通过Attach Accept或TAU Accept传递给终端,定时器超时后,处于ECM-IDLE状态下的终端将执行TAU流程。
负载重分配,即终端将一个已有连接从EPC(MME)切换到另一个EPC(MME),切换前EPC会释放终端的RRC连接,终端的ECM状态由ECM-CONNECTED变为ECM-IDLE,EPC会要求终端发起TAU流程。
如果终端的特定参数,或网络能力发生了变化,则处于ECM-IDLE状态下的终端需要发起TAU流程通知EPC更新终端的上下文。
图A-8 TAU流程示意图
图A-8表示终端的TAU流程,该流程在满足TAU触发条件后开始执行:
(1) 终端向新的eNodeB发送TAU Request消息,表明此时需要进行跟踪区更新流程。
(2) 新的eNodeB向新EPC转发TAU Request:
¡ 如果eNodeB根据网元指示找到对应EPC(新的MME),则将TAU Request发送给EPC(新的MME)。
¡ 如果eNodeB不能根据网元指示找到EPC(新的MME),则eNodeB将TAU Request自动发给一个EPC(MME)。
(3) 如果步骤二中的完整性检查失败,则需要进行鉴权和安全流程。
(4) EPC(MME)向eNodeB发送TAU Accept消息,如果EPC(MME)重新分配了GUTI,也会通过这条消息下发给eNodeB。
(5) eNodeB向终端转发收到的TAU Accept。
(6) 终端向eNodeB发送TAU Complete。
(7) eNodeB向EPC(MME)转发TAU Complete。
仅当EPC(MME)重新分配了GUTI时,流程中才会出现步骤6和步骤7。
服务请求使用Service Request表示,用于将ECM-IDLE状态的终端迁移到ECM-CONNECTED状态,并重新建立之前为终端保留的S1用户平面承载和无线承载。
服务请求流程通常由以下几种情况触发:
· ECM-IDLE状态的终端响应网络侧的寻呼。
· 网络侧对ECM-IDLE状态的终端发起信令流程。
· 网络侧有下行的数据包到达,需要终端重建S1-U承载。
· 终端有上行数据或信令需要发送。
图A-9 Service Request流程示意图
图A-9表示终端的Service Request流程,该流程在满足Service Request触发条件后开始执行:
(1) 终端通过NAS消息将Service Request传递给eNodeB,告知eNodeB需要建立无线承载和S1-U承载,该消息中还包含触发Service Request流程的原因。
(2) eNodeB通过NAS消息将Service Request转发给EPC,通知EPC需要为终端恢复S1-U承载。
(3) (可选)如果终端的NAS消息中不包含合法的上下文,此时需要执行鉴权和安全,完成终端对网络以及网络对终端的鉴权。
(4) EPC通过S1-AP消息将Initial Context Setup Request传递给eNodeB,消息主要包含:
¡ 无线承载ID。
¡ 无线承载的QoS参数。
¡ SGW侧S1-U的IP地址和TEID。
(5) eNodeB发起无线承载建立流程,建立终端与eNodeB之间的无线承载,同时用户平面的安全上下文也在这一步建立。
(6) eNodeB通过S1-AP消息将Initial Context Setup Response转发给EPC(MME),消息主要包含:
¡ 无线承载ID。
¡ eNodeB侧S1-U的IP地址和TEID。
本步骤结束后,终端与EPC即完成了无线承载和S1-U用户平面承载的建立,终端的业务转发能力得到恢复。
切换使用Handover表示,处于ECM-CONNECTED状态的终端在不同小区间发生移动时,源eNodeB提供的信号越来越弱,目标eNodeB提供的信号越来越强,此时可以在目标eNodeB所在的EPC网络中为终端预先建立承载资源,这样在源eNodeB侧连接释放后,可以很快地在目标eNodeB为终端建立连接,减少在目标网络申请资源的等待时间,这种目标侧预先准备资源的过程称为切换。
LTE内部切换的类型可分如下两种:
· 基于X2接口的切换,控制平面信令在两个eNodeB之间直接通过X2接口传递,具体可分为:
¡ MME和SGW不变,仅eNodeB之间改变的切换。
¡ MME不变,SGW和eNodeB同时发生变更的切换。
· 基于S1接口的切换,eNodeB之间不存在X2接口或存在X2接口,但该接口不可用,所采用的切换方式,具体可分为:
¡ MME不变,仅SGW和eNodeB之间改变的切换。
¡ SGW不变,仅MME和eNodeB之间改变的切换。
¡ MME和SGW不变,仅eNodeB之间改变的切换。
¡ MME、SGW和eNodeB同时发生改变的切换。
· X2接口可用时,设备优先选择基于X2接口的切换方式。
· 基于X2接口和S1接口的切换,用户平面的数据都可以在源eNodeB和目标eNodeB之间进行传递。
· 手册仅以eNodeB发生变化时的LTE内部切换为例进行介绍,对于S1切换和X2切换的详细介绍请参见“3GPP TS 23.401”。
图A-10 仅eNodeB发生变化时基于X2接口的切换示意图
图A-10表示仅eNodeB发生变化时终端基于X2接口的切换流程:
(1) 处于ECM-CONNECTED状态的终端移动到两个小区的边界,此时终端对相邻小区的信号强度及质量进行测量。终端将测量报告发送给源eNodeB,源eNodeB根据测量结果决定发起向目标eNodeB的切换流程。
(2) 源eNodeB将Handover Request发送给目标eNodeB,消息中主要包含:
¡ 目标小区标识。
¡ GUMMEI(Globally Unique MME Identifier,全球唯一MME标识)。
¡ 需要创建的E-RAB(E-UTRAN Radio Access Bearer,E-UTRAN无线接入承载)。
¡ 承载所需的QoS。
¡ SGW侧S1-U的IP地址和TEID。
(3) 目标eNodeB根据源eNodeB的Handover Request,为该终端准备相关的承载资源,并分配S1-U的IP地址和TEID,同时发送Handover Request确认消息给源eNodeB,通知源eNodeB已经为终端的切换做好了资源预留,该消息同时包含已经建立的E-RAB列表。
(4) 源eNodeB收到Handover Request确认消息后,指示终端执行切换。
(5) 源eNodeB给目标eNodeB发送SN Status Tranfser消息,消息中携带空口Uu的上下行PDCP(Packet Data Convergence Protocol,分组数据汇聚协议)层序列号。
(6) 当终端在目标小区中的RRC连接建立完成后,目标eNodeB将给EPC(MME)发送Path Switch Request,通知EPC(MME)该终端已经变更了小区。消息中包含目标eNodeB S1-U的IP地址和TEID。在EPC内部:
a. MME会将修改承载请求发送给SGW,通知SGW更新EPS承载中eNodeB侧的S1-U的IP地址和TEID。
b. SGW更新EPS承载后,发送修改承载请求响应给MME,告知MME下行数据转发路径已由源eNodeB切换至目标eNodeB。
(7) EPC(SGW)给源eNodeB发送End Marker消息,通知EPS承载的转发路径发生变更,此后将停止向源eNodeB转发下行数据。
(8) 源eNodeB转发End Marker给目标eNodeB,通知目标eNodeB EPS承载的转发路径发生变更。
(9) EPC(MME)给目标eNodeB发送Path Switch Request确认路径发生变更。
(10) 由于终端已经切换到目标小区,此时转发任务已由目标eNodeB接管,目标eNodeB发送Resource Release,请求源eNodeB释放终端无线承载。
(11) 终端发起完整的跟踪区更新流程,在EPC(MME)中注册当前的位置信息。有关跟踪区更新流程的介绍请参见A.1.4 跟踪区更新流程。
图A-11 仅eNodeB发生变化时基于S1接口的切换流程示意图
图A-11表示仅eNodeB发生变化时基于S1接口的切换流程:
(1) 处于ECM-CONNECTED状态的终端,移动到两个小区的边界,此时终端对相邻小区的信号强度及质量进行测量。终端将测量报告发送给源eNodeB,源eNodeB根据测量结果决定发起向目标eNodeB的切换流程。
(2) 源eNodeB将Handover Required发送给MME,消息中主要包含:
¡ 目标TAI。
¡ 目标eNodeB ID。
¡ Source to Target Transparent Container。
(3) EPC(MME)通过目标TAI和目标eNodeB ID确定eNodeB的地址,并将Handover Request发给目标eNodeB,要求目标eNodeB在为终端的切换预先准备相关资源。其中Handover Request主要包含:
¡ 承载所需的QoS。
¡ SGW侧S1-U的IP地址和TEID。
¡ S1AP原因值。
¡ Source to Target Transparent Container。
(4) 目标eNodeB收到EPC(MME)的Handover Request后,根据要求创建并分配相应的EPS承载资源。完成后,目标eNodeB向EPC(MME)发送Handover Request ACK,消息中主要包含:
¡ 目标eNodeB侧S1-U的IP地址和TEID。
¡ EPS承载建立失败列表。
¡ Source to Target Transparent Container。
(5) EPC(MME)发送Handover Command给源eNodeB,告知目标eNodeB已为终端分配了相关的承载资源,可以执行切换。
(6) 源eNodeB根据EPC(MME)的要求,将RRC Handover Command转发给终端,要求终端切换到目标eNodeB。
(7) 源eNodeB给EPC(MME)发送eNodeB Status Transfer消息,消息中携带空口Uu的上下行PDCP层序列号。
(8) EPC(MME)给目标eNodeB发送MME Status Tranfser消息,消息中携带空口Uu的上下行PDCP层序列号。
(9) 源eNodeB给目标eNodeB发送Only for Direct Forwarding of data消息,将未转发完的终端消息传递给目标eNodeB,未转发完的终端消息将由目标eNodeB转发给终端。
(10) 终端给目标eNodeB发送RRC Handover Confirm消息,通知目标eNodeB自己已完成在目标小区的信息同步。
(11) 目标eNodeB给EPC(MME)发送Handover Notify消息,通知MME关于该终端的S1切换流程已经完成。在EPC内部:
a. MME会将修改承载请求发送给SGW,通知SGW更新EPS承载中eNodeB侧的S1-U的IP地址和TEID。
b. SGW更新EPS承载后,发送修改承载请求响应给MME,告知MME下行数据转发路径已由源eNodeB切换至目标eNodeB。
(12) 终端发起完整的跟踪区更新流程,在EPC(MME)中注册当前的位置信息。有关跟踪区更新流程的介绍请参见A.1.4 跟踪区更新流程。
(13) 跟踪区更新流程后,终端已经完全切换到了目标小区,源eNodeB上已经无需再保存终端的上下文,EPC(MME)会给源eNodeB发送终端上下文释放命令,通知源eNodeB释放掉终端上下文。
(14) 源eNodeB根据EPC(MME)的指示释放终端的上下文,收回分配给终端的资源后,向EPC(MME)发送终端上下文释放完成命令。
终端不需要附着在EPS网络时发起的流程称为分离流程。
分离流程的触发条件包括:
· 终端触发,终端不再需要EPC网络提供的服务。
· 网络触发,网络通知终端不能在接入网络,具体可分为:
¡ MME发起的分离,MME发现终端长时间没与网络联系,或因为其他维护原因需要对终端发起分离流程。
¡ HSS发起的分离,可能因为当前的运营商策略发生变化,终端取消合约或欠费,HSS会通知MME删除终端的移动性上下文以及相关承载,触发MME执行分离过程。
分离流程分为两类:
· 显式分离,终端触发或网络触发的分离,并且触发一方能够通知到另一方。
· 隐式分离,网络触发的分离,并且网络侧无法通知到终端。
对于分离流程的详细介绍请参见“3GPP TS 23.401”。
图A-12表示终端触发的显示分离流程:
(1) 终端发送NAS Detach Request给MME。
(2) MME收到NAS Detach Request后,将Delete Session Request请求发送给SGW,要求删除SGW上终端的EPS承载。
(3) SGW给MME发送Delete Session Response,表明已删除终端对应的EPS承载。
(4) SGW给PGW发送Delete Session Request,要求删除PGW上终端的EPS承载。如果部署了PCRF,则PGW在收到Delete Session Request后,还将通过会话终止过程与PCRF交互,通知PCRF释放EPS承载。
(5) PGW给SGW发送Delete Session Response,表明已删除终端对应的EPS承载。
(6) MME给终端发送Detach Accept,通知终端已接受分离请求。
(7) 最后终端、eNodeB和MME分别释放终端的无线信令连接,完成分离流程。
图A-13表示网络触发的分离流程,该流程与终端触发的显式流程类似,手册不再详细介绍。需要注意的是,网络触发的分离流程包括显式分离和隐式分离两种,区别在于隐式分离流程中:
· MME不会向终端发送Detach Request。
· 终端不会向MME响应Detach Accept。
位置更新是EPC内部流程,通常发生在附着或跟踪区更新流程中,作用在于:
· 通过Update Location更新终端位置并获取签约信息。
· 通过Cancel Location删除签约信息。
Update Location和Cancel Location是MME和HSS间交互信息的标准交互过程。
在附着流程和跟踪区更新流程中,如果发生MME的变更,则通过Update Location:
· HSS可以从新的MME处获取终端的当前位置信息。
· 新的MME可以从HSS处获取终端的签约信息。
· 当HSS中的终端签约信息被删除时,HSS会通过Cancel Location告知MME。
· 在附着或跟踪区更新流程中,如果发生MME的变更,则HSS发送Cancel Location告知旧的MME,此时,旧的MME可以执行删除终端上下文等操作。
TA List管理功能主要包括EPC(MME)对终端分配和管理TA List。TA List一般可以通过如下消息传递给终端:
· 附着流程中的Attach Accept消息。
· TAU流程中的TAU Accept消息。
TA List可由如下两种方式产生:
· 静态配置,直接把TA List规划好,配置在EPC(MME)中。
· 动态生成,终端上报所在的TA后,EPC(MME)将与之相邻的TA动态加入到一个TA List中。
表A-1 移动性管理定时器说明描述表
定时器 |
描述 |
T3412(毫秒) |
定时器T3412定义了终端发起Periodic TAU的时长,在终端从ECM-CONNECTED变为ECM-IDLE时启动,超时后,终端重新发起TAU流程。 取值范围:60000~11160000,单位为毫秒。 缺省值:3240000。 |
移动可达定时器(毫秒) |
移动可达定时器用于监测终端发起周期性TAU,如果移动可达定时器超时,终端还未发起周期性TAU,则隐式分离终端。终端的NAS信令连接释放时启动该定时器,NAS信令连接建立时停止该定时器。 取值范围:61000~11400000,单位为毫秒。 缺省值:3480000。 |
隐式分离定时器(毫秒) |
隐式分离定时器用于移动可达定时器超时后保持一段时间终端信息。移动可达定时器超时后,MME认为终端脱离了网络覆盖范围,但无法明确脱离时间,所以MME不能立即隐式分离终端,此时启动不可达终端隐式分离定时器。该定时器启动期间,MME拒绝网络侧对终端的寻呼。如果终端在不可达终端隐式分离定时器超时后仍未连上网络,则执行隐式分离流程。 取值范围:6000~3600000。 缺省值:3480000。 |
· 3GPP TS 23.401 General Packet Radio Service (GPRS) enhancements for Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN) access
· 3GPP TS 36.413 Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN); S1 Application Protocol (S1AP)
· 3GPP TS 24.301 Non-Access-Stratum (NAS) protocol for Evolved Packet System (EPS); Stage 3
EPC网络的安全主要涉及网络接入安全、网络域安全、终端域安全、应用安全和配置安全等,其中,鉴权和安全流程是EPC网络接入安全的一部分,通过鉴权和安全流程可以实现:
· 网络对终端的鉴权,仅合法终端才能接入网络。
· 终端对网络的鉴权,仅合法网络终端才会接入。
· 终端与网络之间控制平面信令的加密和完整性保护。
· 终端与网络之间用户平面的数据的加密。
鉴权过程涉及的概念如下所示:
· LTE K:LTE密钥,终端(USIM卡中)和HSS中存有相同的LTE密钥。
· RAND随机数:是网络提供给终端的随机数。
· SQN(Sequence Number,序列号):由终端和HSS分别维护,在每次成功鉴权后进行同步。
· SN ID(Service Network Identity,服务网络ID):标识终端附着的PLMN(Pubilc Land Mobile Network,公共陆地移动网络)。
· EPS AKA Algorithm(EPS Authentication and Key Agreement Algorithm,EPS鉴权和密钥一致性算法):用于生成鉴权向量的算法,终端(USIM卡中)和HSS中存有相同的EPS AKA Algorithm。
· NAS安全算法:3GPP根据SNOW 3G、AES(Advanced Encryption Standard,高级加密标准)和ZUC(祖冲之算法)定义了NAS安全算法,其中:
¡ EEA1(EPS Encryption Algorithm1)和EIA1(EPS Integrity Algorithm1)是基于SNOW 3G算法,密钥长度为128位。
¡ EEA2和EIA2是基于AES算法,密钥长度为128位。
¡ EEA3和EIA3是基于ZUC算法,密钥长度为128位。
· AUTN(Authentication Token,鉴权令牌),由网络提供给终端,终端可以根据鉴权令牌对网络进行鉴权。
· XRES(Expected Response,期望应答),HSS生成,由HSS传递给MME,MME通过比较XRES和终端生成的RES(Response,应答值),完成网络对终端的鉴权。
· KASME(Key Access Security Management Entity,密钥接入安全管理实体),由HSS和终端分别生成,是所有加密和完整性密钥的来源。
· AV(Authentication Vector,鉴权向量),提供鉴权和安全流程所需的参数,向量包括RAND、AUTN、XRES和KASME。
· KSI(Key Set Identifier,密钥集标识),可以唯一标识KASME,为了确保密钥不被非法窃取,终端和网络间不直接传递加密和完整性保护密钥,而是通过传递KSI确定终端和网络之间使用的KASME。
图A-14 鉴权流程示意图
图A-14表示鉴权流程:
(1) MME在获取终端的IMSI后发起鉴权流程,此时MME会向HSS发送Authentication Information Request,消息中会携带终端的IMSI和SN ID。HSS获取到SN ID后:
a. 将LTE K、RAND、SQN和SN ID作为输入,通过EPS AKA Algorithm生成AUTN-HSS、XRES和KASME。
b. HSS选取RAND以及生成的AUTN-HSS、XRES和KASME作为AV。
(2) HSS通过Authentication Information Response将AVs发送给MME。
(3) MME选取AVs中的RAND、AUTH-HSS,连同KSI一并通过Authentication Request发送给终端。终端获取到RAND后:
a. 将LTE K、RAND、SQN和SN ID作为输入,其中终端的LTE K、SQN和SN ID与HSS中保存的相同,通过EPS AKA Algorithm生成AUTN-UE、RES和KASME。
b. 终端比较AUTH-UE和AUTN-HSS,如果值相同,则终端认为网络是可信的,否则,终端停止附着到网络中。
(4) 终端向MME发送Authentication Response,消息中会携带RES,MME获取到RES后,比较XRES和RES,如果值相同,则MME认为终端是可信的,否则,拒绝终端的附着请求。
安全过程涉及的概念如下所示:
· KNASenc,NAS(Non Access Stratum,非接入层)加密密钥,用于NAS信令的加密和解密。
· KNASint,NAS完整性保护密钥,用于NAS信令的完整性保护。
· KRRCenc,RRC(Radio Resource Control,无线资源控制)加密密钥,用于AS(Access Sratum,接入层)信令的加密和解密。
· KRRCint,RRC完整性保护密钥,用于AS信令的完整性保护。
· KUPenc,UP(User Plane,用户平面)加密密钥,用于终端和eNodeB之间用户平面数据的加密和解密。
· KDF(Key Derivation Function,密钥派生功能),以KASME作为输入,通过KDF可以派生出KNASenc、KNASint和KeNB。
· KeNB,eNodeB密钥,以该密钥作为输入,通过KDF可以派生出KRRCenc、KRRCint和KUPenc。
图A-15 安全流程示意图
流程中的KASME是在鉴权过程中,MME以LTE K、RAND、SQN和SN ID作为输入,通过EPS AKA Algorithm得到的。
图A-15表示安全流程:
(1) MME以KASME、Alg ID和Alg Distinguisher为输入,使用KDF功能生成KNASenc和KNASint,之后向终端发送NAS Security Mode Command,消息中包含KSI、Alg ID和Alg Distinguisher。
(2) 终端收到KSI、Alg ID和Alg Distinguisher后,根据KSI选择KASME,以KASME、Alg ID和Alg Distinguisher为输入,使用KDF功能生成KNASenc和KNASint,此处终端和步骤一中MME使用的输入、KDF相同,能够确保终端和MME生成的KNASenc和KNASint完全相同,终端向MME发送NAS Security Mode Complete,告知MME此时已生成NAS信令的加密和完整性保护密钥。此后,终端与MME之间传递NAS信令时:
¡ 会经过KNASenc密钥的加密与解密。
¡ 会经过KNASint密钥的完整性验证。
(3) MME以KASME为输入,使用KDF功能生成KeNB,通过Initaial Context Setup Request消息将KeNB传递给eNodeB,eNodeB收到KeNB后,以KeNB、Alg ID和Alg Distinguisher为输入,使用KDF功能生成KRRCenc、KRRCint和KUPenc,之后向终端发送AS Security Mode Command,消息中包含KSI、Alg ID和Alg Distinguisher。
(4) 终端收到Alg ID和Alg Distinguisher后:
a. 选择对应的KASME为输入,使用KDF功能生成KeNB。
b. 再以KeNB、Alg ID和Alg Distinguisher为输入,使用KDF功能生成KUPenc、KRRCenc和KRRCint,此处终端和步骤三中eNodeB使用的输入、KDF相同,能够确保终端和MME生成的KRRCenc、KRRCint和KUPenc完全相同。
(5) 终端向eNodeB发送AS Security Mode Complete,告知eNodeB此时已生成用户平面数据的加密密钥、AS信令的加密和完整性保护密钥。此后,终端与eNodeB之间:
¡ 传递AS信令时,会经过KNASenc密钥的加密与解密以及KNASint密钥的完整性验证。
¡ 传递用户平面数据时,会经过KUPenc密钥的加密与解密。
· 3GPP TS 33.401:System Architecture Evolution (SAE);Security architecture
· 3GPP TS 35.215 Confidentiality and Integrity Algorithms UEA2 & UIA2; Document 1: UEA2 and UIA2 specifications
· NIST Advanced Encryption Standard (AES) (FIPS PUB 197)
· NIST Special Publication 800-38A (2001) Recommendation for Block Cipher Modes of Operation
· NIST Special Publication 800-38B (2001) Recommendation for Block Cipher Modes of Operation: The CMAC Mode for Authentication
· 由于EPC为虚拟化核心网,MME、HSS、PCRF、SGW和PGW均为EPC内部网元,对外呈现的路径管理仅涉及eNodeB和EPC之间的GTP-U的路径管理。
· 当前版本暂不支持GTP-U的路径管理。
路径管理功能是指在EPC与eNodeB之间传送路径管理消息,通过检测对端是否响应路径管理消息来判断信息传送通道是否正常,从而及时清除无效路径的一种机制。通过路径管理:
· 能够确保网络的稳定运行。
· 能够提升设备之间的通信效率。
· 使路径探测具有兼容性和实用性。
如图A-16为LTE/EPC组网图,其中MME、HSS、PCRF、SGW和PGW组成了EPC:
· GTP(GPRS Tunnelling Protocol,GPRS隧道协议),承载在采用UDP/IP之上,可分为GTP-C(GTP Control plane,控制平面GRRS隧道协议)和GTP-U(GTP User plane,用户平面GPRS隧道协议):
¡ GTP-C主要负责EPS承载的建立和维护。
¡ GTP-U主要负责将终端净荷封装到GTP隧道中,在EPS网络里传送。
· GTP路径,包括GTP-C路径和GTP-U路径,是EPC内部网元之间和EPC与eNodeB之间单向或双向的信息传送通道,通过本端IP地址、本端UDP端口号、对端IP地址和对端UDP端口号确定。
· GTP实体,GTP路径的两个端点网元称为GTP实体。
· 路径管理消息,分为Echo Request和Echo Response,由GTP实体发送:
a. Echo Request,由EPC发送,用来确认对端eNodeB是否存活的请求消息。
b. Echo Response,由eNodeB发送,作为Echo Request消息的响应,EPC发送Echo Request消息后,如果收到eNodeB的Echo Response消息,则证明路径可用,否则,该GTP-U路径不可用。
GTP-U路径的生命周期包括GTP-U路径的创建、维护和删除:
(1) 当需要将对端eNodeB用户平面的IP地址更新到EPC转发表时,EPC会使用本端IP地址、本端UDP端口号、对端IP地址和对端UDP端口号来创建GTP-U路径。
(2) EPC向对端发送请求消息时,如果在T3-RESPONSE定时器设置的时间内,未收到eNodeB的响应,并且这种情况连续发生N3次,则EPC认为路径中断,并继续以路径扫描时间间隔发送Echo Request探测消息,一旦对端有响应,则路径恢复为正常状态。GTP-U路径中断时,此路径将不会被EPC选中用来发送终端数据,直到该路径恢复为止。
T3-RESPONSE定时器定义了EPC等待一条响应消息的最大时长。EPC开始运作后,T3-RESPONSE定时器开启,当EPC发送Echo Request消息时,有以下两种情况:
· 在T3-RESPONSE定时器设置的时间内,如果eNodeB有响应,则EPC停止发送请求消息并等待下一个周期探测。
· 在T3-RESPONSE定时器设置的时间内,如果eNodeB没有响应并且超过N3次后,则EPC认为路径中断,上报告警,并继续以路径扫描时间间隔发送消息探测路径,默认为60秒。
(3) 当GTP-U路径上的空闲时间达到了48小时,GTP-U路径会被删除。
· 3GPP TS 09.060 Interworking between a Public Land Mobile Network (PLMN) and a Packet Switched Public Data Network/Integrated Services digital Network (PSPDN/ISDN) for Support of Packet Switched Data Transmission Services
· 3GPP TS 29.060 General Packet Radio Service (GPRS); GPRS Tunnelling Protocol (GTP) across the Gn and Gp interface
· 3GPP TS 29.274 3GPP Evolved Packet System (EPS); Evolved General Packet Radio Service (GPRS) Tunnelling Protocol for Control plane (GTPv2-C)
· 3GPP TS 23.060 V5.8.0:General Packet Radio Service (GPRS) Service description Stage 2
· 3GPP TS 29.061 V4.10.0:Interworking between the Public Land Mobile Network (PLMN) supporting packet based services and Packet Data Networks (PDN)
EPC(Evolved Packet Core)网络中的归属地签约用户服务器的功能,由EPC(HSS)提供。具体的签约用户信息管理如下所示:
· 开卡,将终端开户所需要的USIM卡信息写入服务器。
· 销卡,将终端不再使用的USIM卡信息从服务器中删除。
· 开户,为终端开通各种业务并配置用户号码等。
· 销户,停止终端使用网络,删除终端的签约数据。
· 用户静态信息查询,用来查询用户静态数据,主要包括签约的各种业务和用户是否加锁等信息。
· 管理EPS QoS模板,用来增加EPS QoS模板和管理终端的QoS属性。
· 管理APN模板,用来增加、删除或修改APN模板。
· 3GPP TS 23.008 “Organization of subscriber data”
· 3GPP TS 29.002 “Mobile Application Part (MAP) specification”
EPC网络中的分组数据业务功能主要包括业务控制功能和数据传送功能。其中,业务控制主要依靠会话管理SM(Session Management)来完成,会话管理的对象为EPS承载。
PDN(Packet Data Network,分组数据网络),是所有基于分组交换数据网络的总称,使用APN(Access Point Name,接入点名称)来进行区分。在EPS网络中,终端需要访问PDN中的业务,则需要建立一条到PDN网络的逻辑连接,这条逻辑连接称为PDN连接。通过PDN连接,EPS网络可以为终端分配IP地址、执行QoS、执行安全策略、管理EPS承载和计费等。一个终端可以同时建立多个PDN连接。为了实现在PDN网络中的路由和转发,需要在创建PDN连接时为终端分配一个IP地址,根据PDN网络的类型不同,这个地址可以是IPv4地址或IPv6地址。一个PDN连接可以对应一个或多个EPS承载。
如图A-17所示,表示PDN连接、APN和EPS承载之间的关系。
图A-17 PDN连接与EPS承载之间的关系示意图
EPS承载分为默认承载和专有承载:
· 在PDN连接建立时激活的第一个承载称为默认承载。默认承载赋予了终端访问PDN网络时的默认QoS参数,该承载将伴随PDN连接存在。
· 在PDN连接中,除默认承载外,后续建立的承载称为专有承载,专有承载是按需建立的,专有承载与默认承载的主要区别在于:
¡ QoS保证,专有承载可提供GBR(Guaranteed Bit Rate,保证比特率)带宽和Non-GBR(Non Guranteed Bit Rate,非保证比特率)带宽,默认承载仅可以提供Non-GBR(Non Guranteed Bit Rate,非保证速率)带宽,只定义了终端进行某项业务时可达到的最大带宽,但网络并不保证终端一定能够达到这样的带宽。
¡ 专有承载不会一直存在,当业务需求取消后,专有承载可以被单独释放。
图A-18 承载状态示意图
如图A-18所示,承载的状态分为Bearer Context Inactive和Bearer Context Active两种:
· 当承载上下文被激活时,EPC中承载的状态将由Bearer Context Inactive转化为Bearer Context Active。
· 当承载上下文去激活时,EPC中承载的状态将由Bearer Context Active转化为Bearer Context Inactive。
· 当承载上下文更新时,EPC中的承载状态保持为Bearer Context Active。
根据发起方的不同,EPS会话管理过程可分为如下两类:
· 网络侧发起的会话管理
· 终端发起的会话管理
网络侧发起的会话管理包括:
· 专有承载激活
目的是在终端和EPC之间建立特定QoS和TFT(Traffic Flow Template,业务流模板)的承载,该过程也可以作为终端请求的承载资源分配流程或终端请求的承载资源修改流程的一部分而触发。
· EPS承载修改
目的是修改EPS承载的QoS和TFT,该过程也可以作为终端请求的承载资源分配流程或终端请求的承载资源修改流程的一部分而触发。
· EPS承载去激活
目的是去激活一个EPS承载或者去激活到PDN的所有EPS承载,达到断开某个PDN连接的目的,该过程也可以作为终端请求的承载资源修改流程的一部分而触发。
终端侧发起的会话管理包括:
· 终端请求PDN连接
目的是请求建立到PDN的默认承载。如果网络接受了请求,将触发缺省EPS承载上下文的激活过程。
· 默认承载上下文激活
目的是在终端和EPC之间建立一个缺省的EPS承载上下文。默认承载上下文激活过程可以是附着流程的一部分,也可以在附着流程后单独激活到另一PDN连接的默认承载上下文。如果激活默认承载上下文是在附着附着流程中,一旦附着失败,终端认为缺省上下文激活过程失败。
· 终端请求断开PDN连接
用于终端请求从PDN断开。在此过程中,与此PDN相关的所有EPS承载上下文,包括默认承载上下文和专有承载上下文,全部被释放掉。
· 终端请求承载资源分配和修改
用于终端为新的业务数据流请求分配承载资源。终端请求承载资源修改用于终端为已有的业务数据流请求释放承载资源。终端可以请求分配或修改一个特定的QoS,也可以请求建立新的GBR及Non-GBR承载或修改已有的GBR及Non-GBR承载。如果网络接受终端的请求,会发起专用EPS承载上下文激活、修改或去激活流程。
会话管理的基本流程分为:
· 默认承载激活:在分组数据传送之前进行,包括终端在本次业务中IP地址分配、PGW选择、PCC提供QoS策略以及该终端接入外部ISP或企业网的权限检查等。默认承载激活过程完成之后,上层的分组数据报文即可通过LTE/EPC网络发送。
· 专用承载激活:在分组数据传送之前进行,包括PCC提供QoS策略等。
· 专有承载去激活:网络侧和终端都把该承载相关的资源释放掉的过程。专用承载去激活不释放IP地址,默认承载去激活会导致其所在PDN连接的所有承载都被去激活。
· 承载更新:在分组业务进行过程中可能发起,主要是QoS以及一些其它参数的修改。
图A-19表示默认承载激活流程:
(1) 终端发送PDN连接请求消息通过eNodeB转发给EPC。
(2) EPC向eNodeB发送E-RAB Setup Request消息,该消息还包含一条NAS消息即Activate Default EPS Bearer Context Request消息。
(3) eNodeB给终端发送RRC Connection Reconfiguration消息,消息携带无线承载的ID,同时Activate Default EPS Bearer Context Request消息也将会转发给终端。
(4) 终端向eNodeB发送RRC Connection Reconfiguration Complete消息。
(5) eNodeB向EPC发送E-RAB Setup Response消息。该控制信息还包括eNodeB侧的S1-U的IP地址和TEID(Tunnel Endpoint Identifier,隧道端点标识符)。
(6) 终端向eNodeB发送Activate Default EPS Bearer Context Accept消息。
(7) eNodeB向EPC转发Activate Default EPS Bearer Context Accept消息。
图A-20表示专有承载激活流程:
(1) 终端向EPC发送Bearer Resource Allocation Request,消息主要携带:
¡ LBI(Linked EPS Bearer Identity,已连接的EPS承载ID)。
¡ EPS Bearer Identity,承载所需的EPS承载ID。
¡ Bearer QoS,承载所需QoS。
¡ Protocol Configuration Options。
(2) EPC发送承载建立请求E-RAB Setup Request给eNodeB,消息携带:
¡ Bearer QoS,承载的QoS。
¡ Activate Dedicated EPS Bearer Context Request。
¡ SGW的S1-U TEID。
在此消息中,EPC需要为终端分配一个尚未使用的承载标识EPS Bearer Identity,将此标识连同TFT和LBI等信元放置在新建的NAS消息Activate Dedicated EPS Bearer Context Request中。
(3) eNodeB将Bearer QoS映射成Radio Bearer QoS,然后发送RRC Connection Reconfiguration消息给终端。同时Activate Dedicated EPS Bearer Context Request消息也将被转发给终端。终端保存该消息中的信息,并通过LBI将专用承载关联到默认承载上。
(4) 终端发送RRC Connection Reconfiguration Complete消息给eNodeB并确认无线承载已激活。
(5) eNodeB发送E-RAB Setup Response消息给EPC确认承专有载激活,并指示请求的EPS Bearer QoS是否能够被分配。
(6) 终端 NAS层会创建Direct Transfer消息,该消息中会携带EPS承载标识,然后发送Activate Dedicated EPS Bearer Context Accept消息给eNodeB。
(7) eNodeB转发Uplink NAS Transport消息给EPC,同时Activate Dedicated EPS Bearer Context Accept消息也将被转发给EPC。
图A-21表示专有承载去激活流程:
(1) 处于ECM-CONNECTED态的终端,由于本地原因其无线承载需要被释放。终端将会删除与已释放的无线承载相关的承载上下文。
(2) 当eNodeB释放无线承载后,会发送E-RAB Release Indication消息给EPC。EPC收到该消息后释放无线承载对应的专有承载上下文。
(3) EPC发送E-RAB Release Commond给eNodeB,eNodeB收到后释放相关承载资源。同时发送Deactivate EPS Bearer Context Request给eNodeB,告知需要释放的承载和释放原因。
(4) eNodeB发送RRC Connection Reconfiguration给终端,指示需要释放的无线承载。
(5) 终端释放相应的无线承载之后,发送RRC Connection Reconfiguration Complete给eNodeB确认承载释放。
(6) eNodeB发送E-RAB Release Response给EPC,确认该专有承载已经去激活并释放了S1-U的用户平面资源。
(7) 终端相关资源释放完毕后,发送Direct Transfer给eNodeB,携带去激活EPS承载上下文接受消息。
(8) eNodeB将去激活EPS承载上下文接受消息封装在Uplink NAS Transport中发送给EPC。
· 3GPP TS 29.274 “Evolved General Packet Radio Service (GPRS) Tunnelling Protocol for Control plane (GTPv2-C); Stage 3 (Release 8)”
· 3GPP TS 23.060 “General Packet Radio Service (GPRS) Service description Stage 2”
· 3GPP TS 29.060 “GPRS Tunnelling Protocol (GTP) across the Gn and Gp interface”
· 3GPP TS 29.061 “Interworking between the Public Land Mobile Network (PLMN) supporting packet based services and Packet Data Networks (PDN)”
· 3GPP TS 24.008 “Mobile radio interface Layer 3 specification;Core network protocols; Stage 3”
· 3GPP TS 23.401 “General Packet Radio Service (GPRS) enhancements for Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN) access”
· IETF RFC 1661 “The Point-to-Point Protocol (PPP)”
· IETF RFC 2131 “Dynamic Host Configuration Protocol”
当前产品暂不支持该特性。
多PDN(Packet Data Network,分组数据网络)连接指一个终端可以同时创建多个PDN连接用于访问不同的网络。
本特性可为客户同时提供多种网络服务方案,以满足终端访问多个网络的需求。
PDN连接是指以IPv4或IPv6标识的终端与以APN标识的PDN之间的网络连接。
EPS(Evolved Packet System,演进的分组系统)支持一个终端通过一个或多个PGW与多个PDN同时进行IP业务交换。多PDN连接的使用由网络侧的策略进行控制并在终端签约数据中定义。
EPC支持终端发起的建立PDN连接、终端或MME发起的断开PDN连接。
· 终端发起的建立PDN连接
终端可以同时使用多个APN访问不同的PDN网络,终端发起PDN连接建立请求后,由MME决定每个PDN连接应该使用的SGW及PGW。在缺省承载建立过程中或之后,PGW针对每个PDN连接为终端分配一个独立的IP地址,终端使用这些IP地址访问对应的PDN。每个PDN连接均可触发一个或多个专有承载的建立。
· 终端或MME发起的断开PDN连接
终端和MME均可发起PDN断开请求,使终端断开与某个PDN的连接。这个过程中,SGW、PGW将释放终端到这个PDN的所有的承载,包括缺省承载。
PDN断开流程不能用来断开终端的最后一个PDN连接。最后一个PDN连接只能通过终端或MME发起的分离流程实现。
图A-22 PDN连接建立流程示意图
如图A-22所示,业务流程如下:
(1) 终端发起PDN连接请求,请求建立新的PDN连接。
(2) MME触发SGW、PGW建立会话。
(3) PGW、SGW响应MME的建立会话请求。
(4) MME发起无线承载建立请求和激活EPS默认承载上下文请求。
(5) eNodeB将RRC连接重配置消息和激活EPS默认承载上下文请求转发给终端。
(6) 终端回复eNodeB RRC连接重配置完成消息给eNodeB。
(7) eNodeB告知MME无线承载已建立。
(8) 终端通知MME已激活默认承载上线文。
(9) MME向SGW发送修改承载请求。
(10) SGW向MME发送响应消息通知MME已激活EPS承载上下文。
图A-23 PDN连接断开流程示意图
如图A-23所示,PDN连接断开流程与PDN连接建立流程相反,手册不再详细描述。
· 3GPP TS 23.401 General Packet Radio Service (GPRS) enhancements for Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN) access
EPC支持以静态地址分配方式为终端提供IP地址。
终端在进行缺省承载激活时会携带PDN Address信元,该信元包含终端接入到外部数据网络时所需要使用的IP地址。在EPC网络中,终端指示网络所期望的IP地址获取方式,从而获得IP地址。
本特性让客户可以根据不同的组网情况,灵活的选择地址分配方式,通过给终端分配固定的IP地址,方便使用仅允许特定IP接入的应用(如根据IP地址控制访问权限等)。
在缺省承载建立时EPC支持以静态地址分配方式分配IP地址:
静态地址分配方式是指终端所分配的IP地址是在EPC中静态配置的(根据终端的IMSI号码标识与客户规划的可用IP地址段一一对应),在缺省承载激活过程中直接在信元中携带IP地址,通过缺省承载激活请求消息发送给终端。
图A-24 静态IP地址获取流程示意图
如图A-24所示,业务流程如下:
(1) 终端在附着过程或单独的PDN连接过程中请求IP地址。
(2) EPC从HSS网元存储的签约数据中获取到静态IP地址,通过缺省承载激活流程将IP地址发送给终端。
· 3GPP TS 29.061 Interworking between the Public Land Mobile Network (PLMN) supporting packet based services and Packet Data Networks (PDN)
· 3GPP TS 24.301 Non-Access-Stratum (NAS) protocol for Evolved Packet System (EPS); Stage 3
· 3GPP TS 23.401 General Packet Radio Service (GPRS) enhancements for Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN) access
· IETF RFC 4291 IP Version 6 Addressing Architecture
· IETF RFC 2460 Internet Protocol, Version 6 (IPv6) Specification
QoS即服务质量。对于网络业务,影响服务质量的因素包括传输的带宽、传送的时延、数据的丢包率等。在网络中可以通过保证传输的带宽、降低传送的时延、降低数据的丢包率以及时延抖动等措施来提高服务质量。网络资源总是有限的,在保证某类业务的服务质量的同时,可能就是在损害其它业务的服务质量。因此,网络管理者需要根据各种业务的特点来对网络资源进行合理的规划和分配,从而使网络资源得到高效利用。
EPS QoS作为EPC的基本特性,支持对终端报文进行分类、标记,并采用流量监管、拥塞避免、拥塞管理等策略,使终端QoS得到保障。
· QCI(QoS Class Identifier,QoS等级标识),作为特定分组转发行为(例如,丢包率和时延的参考)的等级提供给业务数据流。
· ARP(Allocation and Retention Priority,分配保留优先级),在资源受限情况下,决定是否接受承载的建立/修改请求。另外ARP还可以用于资源受限时(例如,切换流程),决定释放的承载。当承载建立后,一个承载的ARP就不再影响承载级数据包的转发处理(例如,调度和速率控制)。
· GBR(Guaranteed Bit Rate,保证比特率),系统通过预留资源等方式,确保速率小于等于GBR的数据流能够全部通过。通常情况下,专有承载会享有GBR带宽。对于超过GBR的流量:
¡ 发生拥塞时,超过的部分流量会被丢弃。
¡ 未发生塞时,超过GBR但小于MBR(Maximum Bit Rate,最大比特率)的流量可以通过。
· MBR,系统通过限制流量的方式禁止数据流的比特速率超过MBR。MBR应大于等于GBR。目前受限于终端的能力,MBR都等于GBR。
· UE-AMBR(UE Aggregate Maximum Bit Rate,终端聚合最大比特率),相当于该终端所有APN-AMBR(APN Aggregate Maximum Bit Rate,APN聚合最大比特率)之和。多个EPS承载可以共享一个AMBR。也就是这些EPS承载中的任何一个都有可能在其他EPS承载没有数据流量时占用该完整的AMBR。AMBR限制了共享该AMBR的EPS承载所期望提供的比特速率(超额的业务量将被丢弃)。AMBR应用于属于所有Non-GBR的承载,而GBR承载的流量不在AMBR范围内。
· APN-AMBR,可将一个终端在一个APN下创建的所有PDN连接中的Non-GBR承载的流量作为一个数据流集合,APN-AMBR是这个数据流集合的最大比特率。
EPC通过ARP对终端进行接入和承载优先级进行控制:
· 在资源紧缺时,企业客户能够为高优先级终端优先分配资源。
· 在资源相对富余时,更充分地发挥网络资源的效益,提高客户满意度。
ARP标识业务的准入和抢占优先级,包括三个部分:
· Priority Level,表示ARP的优先级别,代表业务的准入优先级。取值范围为1~15,1表示最高优先级。
· Pre-emption Capability,表示ARP抢占能力,代表资源限制时,业务是否可以抢占更低优先级别(Priority Level)的业务。取值范围为0~1,0表示具有抢占能力。
· Pre-emption Vulnerability,表示ARP被抢占能力,代表资源限制时,业务是否可以被更高优先级别(Priority Level)的业务抢占。取值范围为0~1,0表示允许被抢占。
如表A-2所示,QCI对应业务的转发数据包映射如下:
· QCI为1类和5类业务以加速转发(EF,Expedited Forwarding)方式转发。
· QCI为2、3、4、6、7和8类业务以确保转发(AF,Assured Forwarding)方式转发。
· QCI为9类业务以尽力而为(BE,Best-Effort)方式转发。
表A-2 QCI与GBR和Non-GBR的映射描述表
QCI |
带宽类型 |
优先级 |
分组数据延时 |
分组数据丢包率 |
业务举例 |
1 |
GBR |
2 |
100ms |
10-2 |
Conversational Voice |
2 |
4 |
150ms |
10-3 |
Conversational Video (Live Streaming) |
|
3 |
3 |
50ms |
10-3 |
Real Time Gaming |
|
4 |
5 |
300ms |
10-6 |
Non-Conversational Video (Buffered Streaming) |
|
5 |
Non-GBR |
1 |
100ms |
10-6 |
IMS Signalling |
6 |
6 |
300ms |
10-6 |
· Video (Buffered Streaming) · TCP-based (for example, www, e-mail, chat, ftp, p2p file sharing, progressive video, and so on) |
|
7 |
7 |
100ms |
10-3 |
· Voice · Video (Live Streaming) · Interactive Gaming |
|
8 |
8 |
300ms |
10-6 |
· Video (Buffered Streaming) · TCP-based (for example, www, e-mail, chat, ftp, p2p file sharing, progressive video, and so on) |
|
9 |
9 |
EPC分组网络在接入IP承载网时,EPC通过QCI到DSCP的映射来保证与IP承载网中QoS策略的一致性,缺省映射关系如表A-3所示。
表A-3 QCI与DSCP的映射描述表
QCI |
DSCP |
DSCP值 |
说明 |
1 |
EF |
101110 |
GBR |
2 |
AF31 |
11010 |
|
3 |
AF31 |
11010 |
|
4 |
AF41 |
101110 |
|
5 |
EF |
101110 |
Non-GBR |
6 |
AF21 |
10010 |
|
7 |
AF21 |
10010 |
|
8 |
AF11 |
1010 |
|
9 |
BE |
0 |
· 3GPP TS 23.401 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Services and System Aspects ;General Packet Radio Service (GPRS) enhancements for Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN) access
· 3GPP TS 23.107 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Services and System Aspects; Quality of Service (QoS) concept and architecture
基于预先定义的QoS策略规则(数据包过滤器与QoS映射),实现根据不同应用的业务类型,实施不同的QoS控制策略,以提升客户体验、节省网络资源。
在PGW中预配置缺省QoS策略规则,终端在附着时,PGW依据缺省QoS策略规则建立专用承载。当终端的业务流匹配到相应的数据包过滤器,则该业务流映射到对应的专用承载上传输,以实现特定的QoS保障,其中,数据包过滤器描述了业务流的特征(IP六元组:源/目的IP地址、源/目的端口号、协议号、服务类型),数据包过滤器决定业务流与承载之间的映射关系。
· 3GPP TS 23.401 General Packet Radio Service (GPRS) enhancements for Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN) access
在网络中路由器根据所收到的报文的目的地址选择一条合适的路径,并将报文转发到下一个路由器。路径中最后一个路由器负责将报文转发给目的主机。路由就是报文在转发过程中的路径信息,用来指导报文转发。EPC支持配置静态路由和缺省路由。
路由表用于保存路由信息。每个路由器中都保存着一张路由表,表中每条路由项都包含目的地址、网络掩码、优先级、路由开销、下一跳及出接口等信息。
· 目的地址:用来标识IP包的目的地址或目的网络。
· 网络掩码:是与目的地址一起标识目的主机或路由器所在的网段的地址。
· 出接口:说明IP包将从该路由器的哪个接口转发。
· 下一跳地址:指IP包所经由的下一个路由器的IP地址。
· 优先级:用于选择最优路由的数值。针对同一目的地,可能存在不同下一跳或下一跳相同、而运行不同协议的若干条路由,优先级高(数值小)的将成为当前的最优路由。
· 路由开销:指到达某条路由所指的目的地址的代价,其中线路延迟、带宽、线路占有率、线路可信度、跳数和最大传输单元等因素会影响路由的开销值。
静态路由是一种特殊的路由,由管理员手工配置。当网络结构比较简单时,只需配置静态路由就可以使网络正常工作。静态路由不能自动适应网络拓扑结构的变化。当网络发生故障或者拓扑发生变化后,必须由网络管理员手工修改配置。
缺省路由是在路由器没有找到匹配的路由表项时使用的路由。
如果报文的目的地不在路由表中且没有配置缺省路由,那么该报文将被丢弃,将向源端返回一个ICMP报文报告该目的地址或网络不可达。
缺省路由需要网络管理员手工配置。将目的地址与掩码配置为全零(0.0.0.0 0.0.0.0)。
· 3GPP TS 23.401 General Packet Radio Service (GPRS) enhancements for Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN) access
· 3GPP TS 29.281 General Packet Radio System (GPRS) Tunnelling Protocol User Plane (GTPv1-U)
· 3GPP TS 36.413 Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN); S1 data transport
S1接口为3GPP EPS架构中eNodeB和EPC之间的标准接口,终端与EPC之间的控制平面信令和用户平面数据都要通过S1接口进行传递。S1接口包含两种逻辑接口:
· S1-U逻辑接口,是eNodeB与EPC(SGW)间的用户平面逻辑接口,用于传递eNodeB与EPC间的上下行用户平面数据。
· S1-MME逻辑接口,是eNodeB和EPC(MME)之间的控制平面逻辑接口,用于传递eNodeB和EPC间的控制平面信令。
S1-U逻辑接口的协议栈如图A-25所示。
图A-25 S1-U接口协议栈示意图
在S1-U逻辑接口的协议栈中:
· GTP-U(GPRS Tunnelling Protocol for the user plane,用户平面GPRS隧道协议),用于建立GTP-U隧道,负责传递SGW和eNodeB之间的用户平面数据,该接口不涉及信令流。
· UDP(User Datagram Protocal,用户数据报协议),提供面向事务的简单不可靠信息传送服务。关于UDP的详细介绍请参见RFC 768。
· IP表示Internet Protocol。
· L2表示数据链路层协议。
· L1表示物理层协议。
S1-MME逻辑接口的协议栈如图A-26所示。
图A-26 S1-MME接口协议栈示意图
在S1-MME逻辑接口的协议栈中:
· NAS(Non-Access Stratum,非接入层面)协议,通过LTE-Uu接口,可以传递终端与EPC(MME)之间的NAS信令,实现终端的移动性管理、会话管理、NAS信令的加密以及完整性保护功能。
· S1-AP(S1 Application Protocol,S1接口应用层协议),S1-MME逻辑接口使用的信令协议,提供eNodeB与EPC之间的信令交互。
· SCTP(Stream Control Transmission Protocol,流控制传输协议):位于OSI七层模型的传输层协议,可以确保eNodeB与EPC之间的信令的可靠传输。
· IP表示Internet Protocol。
· L2表示数据链路层协议。
· L1表示物理层协议。
S1-U接口用于转发用户平面数据,不涉及控制平面的信令流程,手册仅介绍涉及控制平面的信令S1-AP流程。
S1-AP具有如下功能:
· E-RAB管理。
· 上下文管理。
· Paging。
· NAS信令传输。
· S1接口管理。
· 终端能力信息指示。
· eNodeB配置传递。
· MME配置传递。
S1-AP控制的流程分为两类:
· 有应答流程,通过请求的应答消息指示流程的成功或失败。
· 无应答流程,请求消息不存在对应的应答消息。
对于有应答的流程,应答消息分为:
· 应答成功,表示请求消息被接受。
· 应答失败,表示请求消息被拒绝,在这种情况下:
¡ 收到应答且明确指示请求消息被拒绝。
¡ 定时器超时后,未收到应答。
· 同时返回成功和失败,可以同时指示多个不同请求消息的接受和拒绝。
有应答的流程如表A-4所示。
基本流程 |
初始消息 |
成功结果(响应消息) |
失败结果(响应消息) |
Handover Preparation |
HANDOVER REQUIRED |
HANDOVER COMMAND |
HANDOVER PREPARATION FAILURE |
Handover Resource Allocation |
HANDOVER REQUEST |
HANDOVER REQUEST ACKNOWLEDGE |
HANDOVER FAILURE |
Path Switch Request |
PATH SWITCH REQUEST |
PATH SWITCH REQUEST ACKNOWLEDGE |
PATH SWITCH REQUEST FAILURE |
Handover Cancellation |
HANDOVER CANCEL |
HANDOVER CANCEL ACKNOWLEDGE |
- |
E-RAB Setup |
E-RAB SETUP REQUEST |
E-RAB SETUP RESPONSE |
- |
E-RAB Modify |
E-RAB MODIFY REQUEST |
E-RAB MODIFY RESPONSE |
- |
E-RAB Release |
E-RAB RELEASE COMMAND |
E-RAB RELEASE COMPLETE |
- |
Initial Context Setup |
INITIAL CONTEXT SETUP REQUEST |
INITIAL CONTEXT SETUP RESPONSE |
INITIAL CONTEXT SETUP FAILURE |
Reset |
RESET |
RESET ACKNOWLEDGE |
- |
S1 Setup |
S1 SETUP REQUEST |
S1 SETUP RESPONSE |
S1 SETUP FAILURE |
UE Context Release |
UE CONTEXT RELEASE COMMAND |
UE CONTEXT RELEASE COMPLETE |
- |
UE Context Modification |
UE CONTEXT MODIFICATION REQUEST |
UE CONTEXT MODIFICATION RESPONSE |
UE CONTEXT MODIFICATION FAILURE |
eNodeB Configuration Update |
eNodeB CONFIGURATION UPDATE |
eNodeB CONFIGURATION UPDATE ACKNOWLEDGE |
eNodeB CONFIGURATION UPDATE FAILURE |
MME Configuration Update |
MME CONFIGURATION UPDATE |
MME CONFIGURAION UPDATE ACKNOWLEDGE |
MME CONFIGURATION UPDATE FAILURE |
无应答的流程如表A-5所示。
基本流程 |
消息 |
Handover Notification |
HANDOVER NOTIFY |
E-RAB Release Indication |
E-RAB RELEASE INDICATION |
Paging |
PAGING |
Initial UE Message |
INITIAL UE MESSAGE |
Downlink NAS Transport |
DOWNLINK NAS TRANSPORT |
Uplink NAS Transport |
UPLINK NAS TRANSPORT |
NAS non delivery indication |
NAS NON DELIVERY INDICATION |
Error Indication |
ERROR INDICATION |
UE Context Release Request |
UE CONTEXT RELEASE REQUEST |
UE Capability Info Indication |
UE CAPABILITY INFO INDICATION |
eNodeB Status Transfer |
eNodeB STATUS TRANSFER |
MME Status Transfer |
MME STATUS TRANSFER |
Deactivate Trace |
DEACTIVATE TRACE |
Trace Start |
TRACE START |
Trace Failure Indication |
TRACE FAILURE INDICATION |
eNodeB Configuration Transfer |
eNodeB CONFIGURATION TRANSFER |
MME Configuration Transfer |
MME CONFIGURATION TRANSFER |
E-RAB(E-UTRAN Radio Access Bearer,E-UTRAN无线接入承载)管理主要完成E-UTRAN无线接入承载的建立、修改以及释放,包括:
· EPC触发的E-UTRAN无线接入承载的建立、修改以及释放。
· eNodeB触发的E-UTRAN无线接入承载的释放。
图A-27表示E-RAB建立流程:
· 触发场景:在Create Dedicated Bearer Request流程或终端 Requested Bearer Resource Allocation流程中,EPC会发起网络侧的Create Dedicated Bearer Request流程,流程中的S1-AP使用E-RAB Setup进行信令交互,在S1-MME逻辑接口传递NAS层消息Activate Dedicated EPS Bearer Context Request及其响应消息Activate Dedicated EPS Bearer Context Accept。
· 消息描述:EPC通过发送E-RAB Setup Request消息到eNodeB,用于给一个或多个无线接入承载在S1和LTE-Uu接口请求分配资源,并为指定的终端建立对应的无线资源承载。
图A-28表示E-RAB修改流程:
· 触发场景:在EPC发起伴随QoS更新的默认承载更新流程或伴随QoS更新的专有承载更新流程中,S1-AP使用EPC Bearer Modify流程进行信令交互,在S1-MME逻辑接口传递NAS消息Modify EPS Bearer Context Request及其响应消息Modify EPS Bearer Context Response。
· 消息描述:EPC通过发送E-RAB Modify Request消息到eNodeB,更新终端已经建立的指定无线接入承载。
图A-29 EPC发起的E-RAB Release示意图
图A-29表示EPC发起的E-RAB释放流程:
· 触发场景:网络侧发起的无线承载删除流程中,EPC发送E-RAB Release Command信令消息给eNodeB,消息用来承载NAS去激活请求消息。eNodeB发送S1-AP信令消息E-RAB Release Response来承载NAS层去激活响应消息。
· 消息描述:EPC通过发送E-RAB Release Command消息给eNodeB,用于释放指定终端已建立的无线资源。该消息在E-RAB To Be Released List信元中指定至少一个需要释放的无线接入承载的请求。eNodeB通过发送E-RAB Release Response消息告知EPC所有请求删除无线接入承载的处理结果。消息中主要携带E-RAB Release List信元。
图A-30 eNodeB发起的E-RAB Release示意图
图A-30表示eNodeB发起的E-RAB释放流程:
· 触发场景:eNodeB使用E-RAB Release Indication信令在S1-MME逻辑接口传递NAS消息Bearer Release Request给EPC,最终触发网络侧发起的承载删除流程。
eNodeB/EPC发起的承载去激活流程中,EPC将发送Deactivate Bearer Request消息,最终触发网络侧发起的承载删除流程。
· 消息描述:eNodeB发送Release Indication消息,在E-RAB Released List信元中指定至少需要释放一个E-RAB的请求。
EPC收到请求后判断如何响应该请求消息。如果不会再次创建无线资源承载,且不想继续保留终端相关的S1-MME逻辑链路连接,EPC可初始化发起UE Context Release Command流程。
上下文管理流程主要包括UE上下文的建立、修改以及释放。
图A-31表示初始化上下文建立流程:
· 触发场景:附着、服务请求、TAU、终端上下文修改或终端上下文释放。
· 消息描述:EPC通过发送Initial Context Setup Request消息到eNodeB发起初始化上下文建立流程,该流程的目的是建立所有的终端上下文,包括:E-RAB Context、Security Context、Handover切换限制列表,终端能力信息等。eNodeB通过发送Initial Context Setup Response响应消息通知EPC相关终端上下文建立的结果。
图A-32表示终端上下文修改流程:
· 触发场景:UE Context Modification流程一般用于交互鉴权,加密,以及重新分配安全信息(如UE Network Capability和KeNB等),从而修改eNodeB中的上下文,eNodeB中的上下文主要是AS层安全相关的信息。
· 消息描述:EPC通过发送UE Context Modificaton Request消息给eNodeB发起修改已建立的终端上下文。eNodeB通过发送UE Context Modificaton Response消息通知EPC 终端的上下文已成功更新。
图A-33 EPC发起的终端上下文释放流程示意图
图A-33表示EPC发起的终端上下文释放流程:
· 触发场景:
¡ EPC收到S1 Release Request消息。
¡ TAU流程或Handover流程中释放旧侧终端关联的S1逻辑连接。
¡ Detach流程。
¡ 终端的ECM连接状态从ECM-CONNECTED转为ECM-IDLE。
· 消息描述:
a. EPC发送UE Context Release Command消息给eNodeB发起终端上下文释放流程。终端 Context Release流程用于指示EPC根据不同的原因值释放终端关联的S1逻辑链路连接,比如终端和EPC之间业务正常结束或切换的成功完成。
b. eNodeB收到UE Context Release Command消息后,eNodeB将释放所有相关的信令和终端数据传输资源,并回复UE Context Release Complete消息给EPC。
图A-34 eNodeB发起的终端上下文释放流程示意图
图A-34表示eNodeB发起的终端上下文释放流程:
· 触发场景:eNodeB接收到网管指示或eNodeB检测到终端已经失去联系。
· 消息描述:
a. eNodeB发送UE Context Release Request消息给EPC,消息中会携带释放终端上下文的原因值,例如,终端无线侧资源丢失等。
b. EPC发送UE Context Release Command消息给eNodeB发起终端上下文释放流程。UE Context Release流程用于指示EPC根据不同的原因值释放终端关联的S1逻辑链路连接,比如Nas-cause=detach。
c. eNodeB收到UE Context Release Command消息后,eNodeB将释放所有相关的信令和终端数据传输资源,并回复UE Context Release Complete消息给EPC。
图A-35 Paging流程示意图
图A-35表示Paging流程:
· 触发场景:终端处于ECM-IDLE状态,且核心网需要和终端进行信令交互的场景。
· 消息描述:终端处于ECM-IDLE态且LTE-Uu空口已释放,EPC收到内部SGW网元的下行数据通知,此时EPC需通过Paging来恢复终端的LTE-Uu空口,其中Paging的范围为TA List。
Paging流程是伴随业务请求流程而存在的,即发生Paging流程时,一定会触发业务请求流程。但在业务请求流程中,不一定会有Paging流程,例如,终端有上行数据或信令需要发送时仅进行业务请求流程。
如图A-26所示,NAS信令用于在S1接口上传递终端与EPC之间的高层控制平面信息,该信息用来完成终端的移动性管理和会话管理。当eNodeB收到NAS信令后,不解析NAS信令消息,仅进行透传。NAS信令交互流程使用与终端关联的S1逻辑连接,如不存在该逻辑连接,则NAS信令交互流程将附加在初始化建立与终端关联的S1逻辑连接中。
NAS信令通过Initial UE Message、Downlink NAS Transport或Uplink NAS Transport等消息被传递。
在eNodeB与EPC之间有类特殊的消息,即NAS Non Delivery Indication,该消息封装了不继续转发的NAS消息。eNodeB存在与终端关联的S1逻辑连接,并收到EPC发送来的NAS消息,eNodeB决定不继续转发该NAS消息时,eNodeB需发送NAS Non Delivery Indication消息给EPC,EPC接收到消息后,根据原因值,重新发送或取消NAS传输流程。
图A-36 通过Initial UE Message消息传递NAS信令示意图
图A-36表示通过Initial UE Message消息传递NAS信令:
· 触发场景:在附着、服务请求和跟踪区更新流程中,终端发送请求给eNodeB后,如果eNodeB不存在与终端关联的S1逻辑连接,则eNodeB会触发S1逻辑连接建立流程,并通过Initial UE Message将NAS信令消息发送给EPC。
· 消息描述:不存在与终端关联的S1逻辑连接时,eNodeB发送Initial UE Message消息给EPC请求建立与终端关联的S1逻辑连接,消息中会携带用于建立与终端关联的S1逻辑连接的eNodeB S1-AP UE Identity,同时消息中还会携带终端需要发送给EPC的NAS信令。
图A-37 Downlink NAS Transport示意图
图A-37表示Downlink NAS Transport:
· 触发场景:EPC需要将NAS信令传递给终端。
· 消息描述:
¡ 存在与终端关联的S1逻辑连接时,EPC通过该逻辑连接传递携带NAS信令的DownLink NAS Transfer消息。
¡ 不存在与终端关联S1逻辑连接但已通过Initial UE Message消息获得eNodeB S1-AP UE Identity时,EPC可将携带MME S1-AP UE Identity和NAS信令的DownLink NAS Transfer消息传递给eNodeB,其中MME S1-AP UE Identity用于建立与终端关联的S1逻辑连接,eNodeB收到MME S1-AP UE Identity后,此时eNodeB和EPC已保存彼此分配的eNodeB S1-AP UE Identity和MME S1-AP UE Identity,据此可完成与终端关联的S1逻辑连接建立。
S1接口的管理包括:
· S1接口Reset,分为eNodeB触发和EPC触发两种类型。
· Reset流程会影响整个E-UTRAN或部分终端上下文,但不会影响S1 Setup流程中EPC和eNodeB交换的设备应用层配置数据。
· Reset流程完成后,需要通过Initial UE Message消息重建与终端关联的S1逻辑连接。
· 如和其它交互流程冲突,Reset流程优先于其它所有流程。
· S1接口Error Indication,分为eNodeB触发和EPC触发两种类型。
· S1 Setup,用于eNodeB和EPC交互应用层的数据以便S1接口正常工作。
· eNodeB Configuration Update,通过S1接口,eNB Configuration Update流程可以实现eNodeB和MME之间应用层配置信息的更新。eNB Configuration Update流程不会影响S1接口上存在的终端相关上下文。
· MME Configuration Update,通过S1接口,MME Configuration Update流程可以实现eNodeB和MME之间应用层配置信息的更新。MME Configuration Update流程不会影响S1接口上存在的终端相关上下文。
图A-38 eNodeB触发的S1接口Reset流程示意图
图A-38表示eNodeB触发的S1接口Reset流程:
· 触发场景:eNodeB故障,导致S1接口交互的相关信息丢失。
· 消息描述:
a. eNodeB发送Reset消息给EPC。
b. EPC收到Reset消息后,根据Reset消息中所带的明确或非明确的指示释放为终端分配的相关S1接口连接资源,例如,释放S1逻辑连接标识MME S1-AP UE Identity,完成后,发送Reset Acknowledge消息给eNodeB。
图A-39 EPC触发的S1接口Reset流程示意图
图A-39表示EPC触发的S1接口Reset流程:
· 触发场景:EPC故障,导致S1接口传输相关的信息丢失。
· 消息描述:
a. EPC发送Reset消息给eNodeB。
b. eNodeB收到Reset消息后,根据Reset消息中所带的明确或非明确的指示释放为终端分配的相关S1接口连接资源,例如,释放S1逻辑连接标识eNodeB S1-AP UE Identity,完成后,发送Reset Acknowledge消息回复EPC。
图A-40 eNodeB触发的S1接口Error Indication流程示意图
图A-41 EPC触发的S1接口Error Indication流程示意图
图A-40和图A-41分别表示eNodeB和EPC触发的S1接口Error Indication流程:
· 触发场景:EPC或eNodeB发现接收到的消息有误且无法以合适的消息反馈失败原因时,将触发Error Indication流程。如果错误是由于接收终端关联的信令消息引起的,Error Indication流程也将针对特定终端关联的S1逻辑连接发起,否则不针对特定终端发起,即针对设备级的S1连接发起。
· 消息描述:eNodeB或EPC接收到对端发送过来的信令消息,相关信元无法识别或不正确,这种情况下eNodeB或EPC发送Error Indication消息给对端指示信令错误。
图A-42 S1 Setup流程示意图
图A-42表示S1 Setup流程:
· 触发场景:eNodeB和EPC设备SCTP耦联建立后,设备间交互第一条S1-AP消息。
· 消息描述:
a. eNodeB发送S1 Setup Request消息给EPC,触发S1 Setup流程。
b. EPC回复S1 Setup Response消息并封装相应的数据。
· 如果EPC初始化S1-AP失败,则回复S1 Setup Failure消息给eNodeB,消息中封装有Time To Wait信元,eNodeB根据该信元指示等待Time To Wait后重新发起S1 Setup。
· 该信令交互流程完成后,S1接口可用,其它S1消息可通过S1接口交互。
图A-43 eNodeB Configuration Update流程示意图
图A-43表示eNodeB Configuration Update流程:
· 触发场景:eNodeB侧配置变更,需要通知EPC更新相关配置信息。
· 消息描述:
a. eNodeB使用eNB Configuration Update通知EPC更新eNodeB侧的配置信息。
b. 如更新成功,EPC回复eNB Configuration Update Acknowledge消息给eNodeB,否则,回复eNB Configuration Update Failure消息给eNodeB。更新失败后,EPC继续沿用当前的配置。
图A-44 MME Configuration Update流程示意图
图A-44表示MME Configuration Update流程:
· 触发场景:MME侧配置变更,需要通知eNodeB更新相关配置信息。
· 消息描述:
a. MME使用MME Configuration Update通知eNodeB更新MME侧的配置信息。
b. 如更新成功,eNodeB回复MME Configuration Update Acknowledge消息给MME,否则,回复MME Configuration Update Failure消息给MME。更新失败后,eNodeB继续沿用当前的配置。
eNodeB通过终端能力信息指示流程将终端能力相关信息告知EPC。
图A-45表示终端能力信息指示流程:
· 触发场景:终端的UE Capability信息或E-UTRAN范围内UE Capability信息发生更新,且EPC未获取变更信息。
· 消息描述:eNodeB通过与终端关联的S1逻辑连接,将携带UE capability信息的UE Capability Info Indication消息发送给EPC,EPC收到消息后更新本地保存的UE capability信息。
图A-46 eNodeB配置传输流程示意图
图A-46表示eNodeB配置传输流程:
· 触发场景:eNodeB间不知道互联的X2接口信息,且需基于X2接口进行切换或状态信息通告。
· 消息描述:eNodeB通过eNB Configuration Transfer将eNodeB的RAN配置信息传递给EPC。如果eNB Configuration Transfer消息中包含SON Configuration Transfer信元,则触发MME配置传输流程。
图A-47 MME配置传输流程示意图
图A-47表示MME配置传输流程:
· 触发场景:EPC仅在接收到eNodeB的eNB Configuration Transfer消息后,并且该消息中携带SON Configuration Transfer信元,才会触发MME Configuration Transfer消息流程。
· 消息描述:EPC收到eNodeB配置传输流程中的eNB Configuration Transfer消息后,通过MME Configuration Transfer消息透传eNB Configuration Transfer中的SON Configuration Transfer信元给目的eNodeB。如果eNB Configuration Transfer中的SON Information信元包含的SON Information Request信元存在X2 TNL Configuration Info,则目标eNodeB可能会触发eNodeB Configuration Transfer流程。
· 3GPP TS 36.413 Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN);S1 Application Protocol (S1AP)
SGi接口为3GPP EPS架构中PGW网元和PDN或者APP Server间的标准接口,通过SGi接口,EPC中的PGW网元可以完成终端的业务数据传递。
SGi接口的协议栈如图A-48所示。
图A-48 SGi接口协议栈示意图
在SGi接口协议栈中:
· APP表示应用层,为终端应用进程提供服务。
· IP表示Internet Protocol。
· L2表示数据链路层协议。
· L1表示物理层协议。
SGi接口的业务流程如下所示:
· 认证和鉴权流程。
· App Server发起的承载终结流程。
· 3GPP TS 29.061 Interworking between the Public Land Mobile Network (PLMN) supporting packet based services and Packet Data Networks (PDN)
S6a接口为3GPP EPS架构中MME网元与HSS网元间的标准接口,通过S6a接口,EPC中的MME网元可从HSS网元中获取签约及鉴权数据。
S6a接口的协议栈如图A-49所示。
图A-49 S6a接口协议栈示意图
在S6a接口协议栈中:
· Diameter协议用来支持MME与HSS传递签约及鉴权数据,以授权终端接入EPS网络。关于Diameter的详细介绍请参见RFC 3588 [31]和3GPP TS 29.272。
· SCTP(Stream Control Transmission Protocol,流控制传输协议)用于保证MME与HSS之间的信令消息传送。关于SCTP的详细介绍请参见RFC 2690和RFC 4960。
· IP表示Internet Protocol。
· L2表示数据链路层协议。
· L1表示物理层协议。
S6a接口的业务流程如下所示:
· Update Location流程。
· Cancel Location流程。
· Insert Subscriber Data流程。
· Authentication流程。
· Delete Subscriber Data流程。
· Purge UE流程。
· Reset流程。
· Notification流程。
· 3GPP TS 29.272 Evolved Packet System (EPS);Mobility Management Entity (MME) and Serving GPRS Support Node (SGSN) related interfaces based on Diameter protocol
· RFC 2690
· RFC 3588
· RFC 4960
S5/S8接口为3GPP EPS架构中SGW网元和PGW网元之间的标准接口,用于建立GTP-U和GTP-C隧道和传送用户平面数据和控制平面信令,主要区别在于:
· S5接口应用于非漫游场景,通过S5接口连接归属地网络的PGW网元和SGW网元。
· S8接口应用于漫游场景,通过S8接口连接归属地网络PGW网元和拜访地网络SGW。
S5/S8接口控制平面协议栈如图A-50所示。
图A-50 S5/S8接口控制平面示意图
S5/S8接口用户平面协议栈如图A-51所示。
图A-51 S5/S8接口用户平面协议栈示意图
在S5/S8接口协议栈中:
· GTPv2-C负责EPS承载建立及维护。
· GTP-U负责传递SGW和PGW之间的用户平面数据。
· UDP负责提供面向事务的简单不可靠信息传送服务。关于UDP的详细介绍请参见RFC 768。
· IP表示Internet Protocol。
· L2表示数据链路层协议。
· L1表示物理层协议。
· 3GPP TS 23.401 General Packet Radio Service (GPRS) enhancements for Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN) access
· 3GPP TS 29.274 Evolved General Packet Radio Service (GPRS) Tunnelling Protocol for Control plane (GTPv2-C);Stage 3
· RFC 768
S10接口为3GPP EPS架构中MME网元之间的标准接口,通过S10接口,旧MME网元可以将附着到EPC网络的终端上下文相关信息传递给新MME网元。
S10接口的协议栈如图A-52所示。
图A-52 S10接口协议栈示意图
在S10接口协议栈中:
· GTPv2-C(GPRS Tunnelling Protocol for the control plane,控制平面GPRS隧道协议),负责EPS承载建立及维护。
· UDP(User Datagram Protocal,用户数据报协议),提供面向事务的简单不可靠信息传送服务。关于UDP的详细介绍请参见RFC 768。
· IP表示Internet Protocol。
· L2表示数据链路层协议。
· L1表示物理层协议。
· 3GPP TS 23.401 General Packet Radio Service (GPRS) enhancements for Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN) access
· 3GPP TS 29.274 Evolved General Packet Radio Service (GPRS) Tunnelling Protocol for Control plane (GTPv2-C);Stage 3
· RFC 768
S11接口为3GPP EPS架构中MME网元和SGW网元之间的标准接口,通过S11接口,可以为终端创建新的会话并管理这些会话。
S11接口的协议栈如图A-53所示。
图A-53 S11接口协议栈示意图
在S11接口协议栈中:
· GTPv2-C(GPRS Tunnelling Protocol for the control plane,控制平面GPRS隧道协议),负责EPS承载建立及维护。
· UDP(User Datagram Protocal,用户数据报协议),提供面向事务的简单不可靠信息传送服务。关于UDP的详细介绍请参见RFC 768。
· IP表示Internet Protocol。
· L2表示数据链路层协议。
· L1表示物理层协议。
· 3GPP TS 23.401 General Packet Radio Service (GPRS) enhancements for Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN) access
· 3GPP TS 29.274 Evolved General Packet Radio Service (GPRS) Tunnelling Protocol for Control plane (GTPv2-C);Stage 3
· RFC 768
集群业务流程,包括集群注册/注销、单呼建立/释放、组呼建立/释放、话权管理等,本节仅就集群业务的基本业务流程进行介绍,集群的其他业务流程请参见B-TrunC相关的技术规范。
支持集群功能的UE在完成附着后,会发起集群注册,集群核心网检查集群UE的集群签约信息并标记UE为注册状态。只有在完成集群注册后,UE才能发起集群业务,如发起单呼、组呼或接听单呼。调度台在发起集群业务之前,也需要在集群核心网进行集群注册。
本节以UE为例介绍集群注册过程,调度台的集群注册过程请参见B-TrunC相关的技术规范。
图B-1描述了UE的集群注册流程:
(1) UE开机后,先完成EPS附着过程。
(2) UE向集群核心网发送TRUNKING REGISTER REQUEST消息,消息中携带Trunking Register Type、UE Trunking Capability、Stun Status、Audio Codec Capability和Video Codec Capability等信息。
(3) 集群核心网收到UE的TRUNKING REGISTER REQUEST消息后查找UE的集群签约信息,如果集群签约信息正常,向UE回复TRUNKING REGISTER ACCEPT消息,消息内容包括:
¡ 如果网络要求UE进行周期性注册,则应携带Trunking update period;
¡ 对UE初始注册过程且UE没有被遥晕,网络应携带Subscriber BCD Number;
¡ 对UE初始注册过程且UE没有被遥晕,如果网络配置了用户的别称时,应携带User name;
¡ 如果网络配置了用户的紧急呼叫号码时且UE没有被遥晕,在UE初始注册过程,以及紧急呼叫号码改变等情况下,应携带Emergency num;
¡ 在初始注册时,以及网络集群能力改变后,且UE没有被遥晕,应携带Network trunking capability。
(4) UE接收到TRUNKING REGISTER ACCEPT消息,向集群核心网回复TRUNKING REGISTER COMPLETE消息,通知集群注册完成。
支持集群功能的UE在关机或去使能集群功能时,UE会发起集群注销,通知集群核心网UE注销集群业务。调度台在退出时,也会在集群核心网发起集群注销过程。
本节以UE为例介绍集群注销过程,调度台的集群注销过程请参见B-TrunC相关的技术规范。
图B-2描述了UE的集群注销流程:
(1) 如果UE处于IDLE态,UE首先会发起服务请求过程,恢复RRC连接和S1连接,处于连接态的UE则无需执行此过程。
(2) UE向集群核心网发送TRUNKING DEREGISTER REQUEST消息,消息中携带Deregister cause。
(3) 集群核心网收到UE的TRUNKING DEREGISTER REQUEST消息。如果UE发起集群注销的原因是关机注销,则集群核心网无需回复UE消息;否则,集群核心网回复TRUNKING DEREGISTER ACCEPT消息给UE。集群注销完成后,集群核心网会删除UE的集群上下文信息。
完成集群注册的UE需要向调度台或其他UE发起语音或视频呼叫时,UE会发起单呼建立过程。集群核心网和基站会在单呼建立过程中为UE分配专用承载资源,以保障单呼业务的QoS。
本节以UE呼叫UE的全双工单呼为例介绍单呼建立过程,UE单呼调度台或调度台单呼UE请参见B-TrunC相关的技术规范。
图B-3描述了UE呼叫UE的全双工单呼建立过程,图中MO UE表示主叫UE,MT UE表示被叫UE:
(1) 主叫UE输入被叫号码后发起呼叫。如果主叫UE处于IDLE态,则主叫UE首先会发起服务请求过程,恢复RRC连接和S1连接;如果主叫UE处于连接态,则无需执行此过程。
(2) 主叫UE向集群核心网发送CALL REQUEST消息,申请建立全双工单呼。CALL REQUEST消息中携带信息包括:Call Type、Call Attribute、Called Number、Audio Description(如果Call Type业务中包含音频媒体)和Video Description(如果Call Type业务中包含视频媒体)。
(3) 集群核心网收到CALL REQUEST消息,依据消息中的Called Number呼叫被叫UE。如果被叫UE处于IDLE态,则发起寻呼过程,待被叫UE的连接恢复后,集群核心网发送CALL REQUEST消息给被叫UE。如果被叫UE处于连接态,则直接发送CALL REQUEST消息给被叫UE。CALL REQUEST消息中携带信息包括:Call ID、Caller Number、Call Type、Call Attribute、Call Priority、Audio Description(如果Call Type业务中包含音频媒体)和Video Description(如果Call Type业务中包含视频媒体)。
(4) 被叫UE向集群核心网发送CALL CONFIRMED消息,确认已收到呼叫。CALL CONFIRMED消息中携带信息包括:Call ID、Audio Description(如果Call Type业务中包含音频媒体)和Video Description(如果Call Type业务中包含视频媒体)
(5) 集群核心网向主叫UE发送CALL PROCEEDING消息,通知主叫UE本次呼叫确定的媒体格式。CALL PROCEEDING消息中携带信息包括:Call ID、Call Type、Call Attribute、Call Priority、Audio Description(如果Call Type业务中包含音频媒体)和Video Description(如果Call Type业务中包含视频媒体)。
(6) 集群核心网与基站、被叫UE建立被叫UE相应的专用承载,与基站、主叫UE建立主叫UE相应的专用承载。
(7) 被叫振铃,被叫UE发送ALERTING消息给集群核心网,集群核心网发送ALERTING消息给主叫UE。
(8) 被叫UE摘机,被叫UE发送CALL CONNECT消息给集群核心网,集群核心网发送CALL CONNECT消息给主叫UE,主叫UE回复CALL CONNECT ACK消息给集群核心网。至此单呼建立成功,主被叫UE可以进行通话。
通话过程中的UE或调度台挂断通话,即会发起单呼释放过程,集群核心网与基站、UE配合释放相关通话资源。
本节以UE挂断本UE与其他UE之间的通话为例介绍单呼释放过程,其他通话挂断场景请参见B-TrunC相关的技术规范。
图B-4描述了UE发起的单呼释放过程,单呼可以由主叫UE或被叫UE任一方释放:
(1) 通话中的UE1按下挂断键发起呼叫释放过程,UE1发送CALL RELEASE REQUEST消息给集群核心网。
(2) 集群核心网发送CALL RELEASE REQUEST消息给呼叫中的另一方UE2,UE2回复CALL RELEASE RESPONSE消息给集群核心网,集群核心网与基站、UE2配合释放UE2相关的单呼资源(如UE2的单呼专用承载)。
(3) 集群核心网回复CALL RELEASE RESPONSE消息给UE1,并与基站、UE1配合释放UE1相关的单呼资源(如UE1的单呼专用承载)。
完成集群注册的UE或调度台发起组呼但对应的群组尚未建立时,即会触发组呼建立过程。如果组呼建立者为调度台,集群核心网和基站配合为对应的群组分配组呼承载资源;如果组呼建立者为UE,核心网和基站还会为该UE分配专用承载资源。
本节以UE触发的组呼建立为例介绍组呼建立过程,调度台触发的组呼建立请参见B-TrunC相关的技术规范。
图B-5描述了UE触发的组呼建立过程,其中MO UE表示主叫UE,MT UEs表示被叫UE(一个或多个)。上述流程图描述的是IDLE态UE发起组呼建立的流程,如果是连接态UE发起组呼建立则没有TRUNKING服务请求过程,而是直接发送呼叫请求消息CALL REQUEST给集群核心网。
(1) 主叫UE选择群组号码后发起组呼。主叫UE处于IDLE态,首先会发起TRUNKING服务请求过程。其中,TRUNKING SERVICE REQUEST消息除了携带安全信息外,还携带呼叫请求消息CALL REQUEST(消息中携带Call Type、Call Attribute、Called Number、Audio/Video Description等)。
(2) (可选)集群核心网收到TRUNKING SERVICE REQUEST消息后,依据安全策略配置,可能会发起鉴权流程对UE进行合法性检查。
(3) 集群核心网发送INITIAL CONTEXT SETUP REQUEST消息给基站。其中INITIAL CONTEXT SETUP REQUEST消息中携带专用承载信息,基站和核心网在恢复S1连接和原有承载的同时,建立供主叫UE上行传输组呼数据使用的专用承载。
(4) 基站收到INITIAL CONTEXT SETUP REQUEST消息后,如果该消息中没有UE无线能力信元,则基站会与UE交互获取UE无线能力信息后,将UE无线能力信息发给集群核心网。
(5) 基站执行空口安全模式操作,激活空口的安全机制。之后,基站与UE配合,在恢复原有承载的同时建立专用承载,基站回复INITIAL CONTEXT SETUP RESPONSE给集群核心网。
(6) UE通过上行直传,向集群核心网回复NAS消息ACTIVATE DEDICATED EPS BEARER CONTEXT ACCEPT,专用承载建立成功。
(7) 集群核心网向被叫UE所处的相关基站发起组呼下行承载的建立过程。各基站可以并行执行此过程,该过程可以在流程图中的步骤6之后启动。
(8) 基站分配完组呼下行承载资源后,在空口发送Trunking Paging消息。Trunking Paging消息中携带trunkingGroupID、groupPriority、G-RNTI、可选携带静态资源列表、NAS消息GROUP CALL SETUP INDICATION(携带Call ID、Call Type、Call Attribute、Called Number、Audio/Video Description)。如果Trunking Paging消息中携带静态资源列表和NAS消息GROUP CALL SETUP INDICATION,则被叫UE收到Trunking Paging后可以直接配置TTCH,开始接收业务数据。
(9) 基站在TCCH信道上向UE发送GroupCallConfig消息,给出群组TTCH的接入层配置参数。其中还包含NAS消息GROUP CALL SETUP INDICATION(携带Call ID、Call Type、Call Attribute、Called Number、Audio/Video Description)。
(10) 各被叫UE收到Trunking Paging消息和GROUP CALL SETUP INDICATION消息后,可以进行群组业务的接收。
(11) 如果该组呼中还有调度台作为被叫,则集群核心网在收到主叫的Call Request消息之后,通过D接口发起SIP的Invite流程,通知调度台接入该组呼。该过程可以在流程图中的步骤6之后启动。
(12) 在至少有一个基站的组呼下行承载建立成功之后,集群核心网通过CALL ACCEPT消息通知主叫UE相应资源已准备完毕,可以进行上行传输。CALL ACCEPT消息中携带Call ID、Call Type、Call Attribute、Priority、Floor Status、Audio/Video Description等。
(13) 主叫UE通过CALL COMPLETE消息通知核心网已收到CALL ACCEPT消息。至此,主叫UE的语音或视频数据可以进行上行传输。
(14) 集群核心网通过FLOOR INFORM流程,向被叫UE通知群组的当前话权状态。
(15) 如果被叫中还有调度台,则集群核心网通过D接口向调度台通知当前话权状态。
有组呼释放权限的UE或调度台可以发起组呼释放过程,集群核心网和基站配合释放组呼承载资源,如果此时有UE作为讲话方,则核心网和基站也会释放该UE相关的专用承载资源。
本节以UE发起的组呼释放为例介绍组呼释放过程,调度台发起的组呼释放请参见B-TrunC相关的技术规范。
图B-6描述了UE发起的组呼释放过程,图中UE1为当前讲话方,UE2为组呼释放的发起方。
(1) UE2发起某个群组的组呼释放,如果UE2处于IDLE态,则会首先发起服务请求过程;如果处于连接态,则无需执行此过程。
(2) UE2向集群核心网发送上行NAS消息CALL RELEASE REQUEST请求释放组呼,CALL RELEASE REQUEST消息中携带释放原因。
(3) 集群核心网对用户信息进行验证,确认UE2有该群组的组呼释放权限,并确定执行组呼释放。
(4) 集群核心网发送NAS消息CALL RELEASE RESPONSE,回复UE2组呼释放响应。
(5) 如果此时UE1拥有话权,集群核心网发送NAS消息FLOOR RELEASE给UE1,执行话权释放过程,此时UE1会通过上行直传消息回复FLOOR RELEASE ACK,然后集群核心网会触发删除UE1相应的专用承载。
(6) 集群核心网会与基站配合释放组呼承载资源,此时基站发送GroupCallRelease消息,携带NAS消息GROUP CALL RELEASE INDICATION(其中携带组呼释放原因)。
组呼建立起来之后,归属于该组的UE和调度台可以申请话权作为讲话方,如果申请话权的是UE,此时集群核心网和基站配合为该UE建立相关的专用承载资源。
本节以UE申请话权为例介绍话权申请过程,调度台发起的话权申请请参见B-TrunC相关的技术规范。
图B-7描述了UE发起的话权申请过程。上述流程图描述了IDLE态UE发起话权申请的流程,如果是连接态UE发起话权申请则没有TRUNKING服务请求过程,而是直接发送话权申请消息FLOOR REQUEST给集群核心网。
(1) 处于IDLE态的UE使用TRUNKING SERVICE REQUEST过程发起话权申请,通过RRC连接建立过程恢复与网络侧信令连接,在RRCConnectionSetupComplete消息携带TRUNKING SERVICE REQUEST消息,包含话权申请消息FLOOR REQUEST(携带CALL ID、Audio/Video Description等)。
(2) 集群基站通过INITIAL UE MESSAGE消息将NAS消息发送给集群核心网。
(3) (可选)集群核心网收到TRUNKING SERVICE REQUEST消息后,依据安全策略配置,可能会发起鉴权流程对UE进行合法性检查。
(4) 集群核心网触发UE建立上下文,并在上下文建立过程建立用于传输集群业务的专用承载。
(5) 基站收到INITIAL CONTEXT SETUP REQUEST消息后,如果该消息中没有UE无线能力信息,则基站会与UE交互获取UE无线能力信息后,将UE无线能力信息发给集群核心网。
(6) 基站执行空口安全模式操作,激活空口的安全机制。之后,基站与UE配合,在恢复原有承载的同时建立专用承载,基站回复INITIAL CONTEXT SETUP RESPONSE消息给集群核心网。
(7) UE通过上行直传,向集群核心网回复NAS消息ACTIVATE DEDICATED EPS BEARER CONTEXT ACCEPT告知专用承载激活成功。
(8) 集群核心网回复FLOOR GRANT消息,向UE授予话权,UE使用上行直传消息FLOOR GRANT ACK告知集群核心网已收到话权。
(9) 集群核心网通过集群下行信息传输消息,将当前话权占用信息发送给UE所在群组的其他UE。
(10) 如果该群组中还有调度台,则集群核心网将当前话权占用信息通过SIP(INFO)信令通知调度台。
组呼讲话方终止讲话后释放话权,如果话权方是UE,此时集群核心网和基站配合释放该UE相关的专用承载资源。
本节以UE释放话权为例介绍话权释放过程,调度台发起的话权释放请参见B-TrunC相关的技术规范。
图B-8描述了UE发起的话权释放过程:
(1) UE通过上行直传消息发送NAS消息FLOOR RELEASE给集群核心网。
(2) 集群核心网收到消息后,发送NAS消息FLOOR RELESE ACK消息给UE。
(3) 集群核心网与基站配合触发专用承载释放过程。
(4) 集群核心网通过集群下行信息传输消息,将话权状态发送给群组内其他UE。
(5) 如果该群组中还有调度台,集群核心网将话权状态信息通过SIP(INFO)信令通知调度台。
调度台通过空中接口对指定UE进行的激活/去激活操作。
图B-9 遥毙/遥晕/复活流程示意图
图B-9描述了调度台对UE发起的遥毙/遥晕/复活流程:
(1) 调度台向集群核心网发送SIP(MESSAGE)消息。SIP(MESSAGE)消息中包含UE的遥毙、遥晕或复活操作命令,集群核心网向调度台发送SIP(200 OK)消息。
(2) (可选)如果终端处于IDLE态,则集群核心网发送Paging消息,终端收到寻呼消息后通过服务请求过程接入网络。
(3) 集群核心网通过NAS下行直传消息将遥晕/遥毙/复活命令发给UE。
(4) UE通过NAS上行直传消息将遥晕/遥毙/复活响应消息发送给集群核心网。
(5) (可选)集群核心网发起UE上下文释放过程。
基于LTE技术的宽带集群通信(B-TrunC)系统S1-T接口的内容具体包括:
· S1-T用户面GTP-U协议:包括路径管理消息、隧道管理消息、G-PDU数据报文传送。
· S1-T AP协议:包括组呼上下文管理、寻呼消息、直传消息、组短数据传输消息、管理消息、S1切换消息、TE-RAB管理消息。
图B-10描述了S1-T-U逻辑接口的协议栈,其中GTP-U(GPRS Tunnelling Protocol for the user plane,用户平面GPRS隧道协议)用于传递eNodeB和MBGW之间的用户平面数据,该接口不涉及信令流。
图B-10 S1-T-U逻辑接口协议栈
图B-11描述了S1-MME逻辑接口的协议栈,其中:
· Uu-T为UE和eNodeB间的集群控制接口。
· NAS(Non-Access Stratum,非接入层面)协议,通过Uu-T接口,可以传递UE与eMME之间的NAS信令,实现UE的移动性管理、会话管理、NAS信令的加密以及完整性保护功能。
· S1-AP(S1 Application Protocol,S1接口应用层协议),S1-T-C逻辑接口使用的信令协议,提供eNodeB与eMME之间的信令交互。
· SCTP(Stream Control Transmission Protocol,流控制传输协议):位于OSI七层模型的传输层协议,可以确保eNodeB与eMME之间的信令的可靠传输。
图B-11 S1-T-C逻辑接口协议栈
D接口是调度台和集群核心网之间的接口,实现调度台与集群核心网之间的通信连接,传送信令和业务数据等。D接口包括控制面协议栈和用户面协议栈。
图B-12描述了D-U逻辑接口的协议栈,其中RTP/RTCP用于传输语音、图像、视频等业务数据,该接口不涉及信令流。
图B-12 D-U逻辑接口协议栈
图B-13描述了D-C接口的协议栈,D接口控制面采用SIP协议传送调度台和集群核心网之间的控制信令。D接口的控制功能包括集群呼叫控制、调度控制、调度台登录管理等。
图B-13 D-C逻辑接口协议栈
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