LTE附著流程及UE位置管理

Contents一、LTE網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及相關(guān)概念介紹二、UEtoNet：系統(tǒng)播送小區(qū)選擇初始接入附著(去附著)效勞請(qǐng)求(通信會(huì)話)三、UE位置管理1總體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)2接入網(wǎng)(E-UTRAN)：僅由eNodeB構(gòu)成eNB功能：傳送用戶(hù)數(shù)據(jù)和相應(yīng)的用戶(hù)平面控制幀，無(wú)線接入承載控制、操作維護(hù)等功能3核心網(wǎng)(EPC)主要邏輯網(wǎng)絡(luò)實(shí)體MME：是一個(gè)信令實(shí)體，主要負(fù)責(zé)移動(dòng)性管理、承載管理、用戶(hù)的鑒權(quán)認(rèn)證、SGW和PGW的選擇等功能S-GW：主要負(fù)責(zé)用戶(hù)面處理，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)包的路由和轉(zhuǎn)發(fā)等功能，支持3GPP不同接入技術(shù)的切換，發(fā)生切換時(shí)作為用戶(hù)面的錨點(diǎn)；(1UE1SGW)PDN-GW：EPS錨點(diǎn)，即是3GPP與non-3GPP網(wǎng)絡(luò)間的用戶(hù)面數(shù)據(jù)鏈路的錨點(diǎn)，負(fù)責(zé)管理數(shù)據(jù)路由，管理接入間的移動(dòng)，還負(fù)責(zé)DHCP、策略執(zhí)行、計(jì)費(fèi)等功能HSS(歸屬用戶(hù)效勞器)：核心網(wǎng)主要數(shù)據(jù)庫(kù)，包括用戶(hù)相關(guān)信息HLR(歸屬位置存放器)：是HSS的一局部PCRF(策略和計(jì)費(fèi)規(guī)那么功能)：業(yè)務(wù)流檢測(cè)、策略實(shí)施、基于流付費(fèi)的功能實(shí)體4概念介紹(1)：終端狀態(tài)電路交換：兩種真正有用的狀態(tài)(“連接〞和“非連接〞)分組交換：增加了中間狀態(tài)，在會(huì)話建立但是在一段時(shí)間沒(méi)有激活的階段，中間狀態(tài)將允許網(wǎng)絡(luò)以更有效的方式管理資源。電路交換那么不能提供，因?yàn)殡娐方粨Q中“連接〞就意味著具有以一定的速率和時(shí)延來(lái)保證效勞質(zhì)量的能力為實(shí)現(xiàn)上述目的，標(biāo)準(zhǔn)中引入兩個(gè)終端狀態(tài)機(jī)52G-GPRS中的終端狀態(tài)63G-UMTS中的終端狀態(tài)7EPS中的終端狀態(tài)：DETACHED、IDLE、ACTIVELTE-DETACHED：UE開(kāi)機(jī)但沒(méi)有向網(wǎng)絡(luò)注冊(cè)，可能因?yàn)闆](méi)注冊(cè)或無(wú)適合可用的網(wǎng)絡(luò)下注冊(cè)失敗LTE-IDLE：UE已注冊(cè)到網(wǎng)絡(luò)，但未激活，處于低功耗模式下。分組核心域已經(jīng)了解到UE的位置，如有效勞建立，UE能在非常短時(shí)間內(nèi)切換到ACTIVE模式，繼續(xù)先前激活的數(shù)據(jù)會(huì)話。LTE-ACTIVE：UE和網(wǎng)絡(luò)實(shí)際交換數(shù)據(jù)和信令的惟一一個(gè)激活狀態(tài)82G、3G和LTE網(wǎng)絡(luò)終端狀態(tài)的聯(lián)系與區(qū)別2G-GPRS的IDLE、READY、STANDBY，與LTE-DETACHED、IDLE、ACTIVE的功能相同，狀態(tài)之間的遷移也相似。惟一區(qū)別：LTE僅有一種狀態(tài)機(jī)—惟一使用分組核心網(wǎng)絡(luò)域中來(lái)支持所有的業(yè)務(wù)。2G/3G系統(tǒng)的MM層實(shí)際支持兩種狀態(tài)機(jī)，分別用于CS和PS域。3G-UMTS的狀態(tài)機(jī)制，在UE使用共享信道時(shí)，可以使用為用戶(hù)優(yōu)化資源管理，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和運(yùn)營(yíng)增加了復(fù)雜度。9概念介紹(2)：承載效勞的架構(gòu)承載效勞：主要是給提供控制信令、用戶(hù)平面?zhèn)鬏敽蚎oS管理等各個(gè)方面的功能提供功能如下：①I(mǎi)P端到端業(yè)務(wù)流的QoS聚合②IP頭壓縮③UE加密④對(duì)高優(yōu)先級(jí)的分組進(jìn)行優(yōu)先處理⑤向UE提供可接受的QoS信息10概念介紹(3)：EPS承載EPS承載：是會(huì)聚UE與PDN-GW間的一個(gè)或多個(gè)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流(ServiceDataFlow，SDF)的邏輯聚合，包括s5、s1、無(wú)線承載EPS默認(rèn)承載：UE連接分組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)時(shí)建立的。默認(rèn)承載可簡(jiǎn)單地理解為一種提供盡力而為IP連接的承載。EPS專(zhuān)用承載：對(duì)某些特定業(yè)務(wù)所使用的SAE承載11Contents一、LTE網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及相關(guān)概念介紹二、UEtoNet：系統(tǒng)播送小區(qū)選擇初始接入附著(去附著)效勞請(qǐng)求(通信會(huì)話)三、UE位置管理12網(wǎng)絡(luò)接入過(guò)程(1)：信息播送播送作用：使UE了解當(dāng)前存在哪些網(wǎng)絡(luò)、哪些可用技術(shù)、運(yùn)營(yíng)商、信道和參數(shù)連接網(wǎng)絡(luò)等信息E-UTRAN播送信道類(lèi)型：播送信道BCH、下行鏈路共享信道DL-SCHBCH：傳輸關(guān)鍵信息，采用固定調(diào)度和傳輸方式進(jìn)行播送，每40ms刷新一次。該信道所播送的信息稱(chēng)為MIB(主信息塊)，包括以下關(guān)鍵參數(shù)(①下行系統(tǒng)帶寬②天線數(shù)③參考信號(hào)發(fā)射功率)DL-SCH：傳輸其它一些關(guān)鍵度略低的信息，播送周期較靈活。該信道所播送的信息包含在調(diào)度單元(SU)結(jié)構(gòu)中，SU由一個(gè)或多個(gè)系統(tǒng)信息塊(SIB)組成，第一個(gè)SU稱(chēng)為SU-1(每80ms播送一次)，SU-1包括以下關(guān)鍵參數(shù)(①當(dāng)前小區(qū)識(shí)別碼②跟蹤區(qū)域碼③小區(qū)所屬網(wǎng)絡(luò)識(shí)別碼④小區(qū)禁用狀態(tài)⑤其它)。13系統(tǒng)信息播送的消息流14網(wǎng)絡(luò)接入過(guò)程(2)：小區(qū)選擇小區(qū)選擇：UE選適宜的小區(qū)進(jìn)行駐留以便執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)注冊(cè)選擇參考標(biāo)準(zhǔn)考慮以下4類(lèi)信息：運(yùn)營(yíng)商。技術(shù)。無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)。小區(qū)狀態(tài)。運(yùn)營(yíng)商可以靈活改變一個(gè)小區(qū)的狀態(tài)，來(lái)允許或禁止用戶(hù)選擇或重新選擇一些小區(qū)。正常情況下，對(duì)于處于效勞中的小區(qū)，小區(qū)狀態(tài)被設(shè)置為“非禁用〞和“非預(yù)留〞。而“禁用〞狀態(tài)指UE在緊急情況下也不能選擇該小區(qū)?！盀檫\(yùn)營(yíng)商預(yù)留〞狀態(tài)意味著該小區(qū)為運(yùn)營(yíng)商保存，只有專(zhuān)門(mén)類(lèi)型的用戶(hù)(運(yùn)營(yíng)商)才可以對(duì)小區(qū)進(jìn)行選擇15網(wǎng)絡(luò)接入過(guò)程(3)：初始接入為了注冊(cè)到網(wǎng)絡(luò)，UE需經(jīng)過(guò)初始接入過(guò)程。該過(guò)程利用隨機(jī)接入技術(shù)，使UE能與網(wǎng)絡(luò)建立一個(gè)RRC連接。E-UTRAN定義兩類(lèi)取隨機(jī)接入遠(yuǎn)程：①基于競(jìng)爭(zhēng)的隨機(jī)接入②基于非競(jìng)爭(zhēng)的隨機(jī)接入16網(wǎng)絡(luò)接入過(guò)程(4)：附著Attach概念：UE進(jìn)行實(shí)際業(yè)務(wù)前的在網(wǎng)絡(luò)中注冊(cè)過(guò)程，是一個(gè)必要的過(guò)程，用戶(hù)只有在附著成功后才可以接收來(lái)自網(wǎng)絡(luò)的效勞。急緊呼叫那么不需要附著過(guò)程，急緊呼叫在實(shí)際應(yīng)用中不被認(rèn)為是一種效勞。附著過(guò)程始終由UE發(fā)起，①UE開(kāi)機(jī)時(shí)觸發(fā)②當(dāng)UE完全離開(kāi)網(wǎng)絡(luò)覆蓋一段時(shí)間，那么需重新附著附著過(guò)程，將完成的工作：①用戶(hù)與網(wǎng)絡(luò)相互鑒權(quán)，UE與MME建立MM上下文②MME為UE建立默認(rèn)承載③UE獲得網(wǎng)絡(luò)側(cè)分配的IP地址④用戶(hù)位置登記⑤臨時(shí)身份標(biāo)識(shí)(S-TMSI)的分配(防止在網(wǎng)絡(luò)上傳輸IMSI，防止攻擊者跟蹤用戶(hù)的位置及活動(dòng)狀況)171819網(wǎng)絡(luò)接入過(guò)程(4)：去附著Detach當(dāng)UE不需要或不能夠繼續(xù)附著在EPS網(wǎng)絡(luò)時(shí)，將發(fā)起去附著兩種類(lèi)型：①顯式，網(wǎng)絡(luò)或UE明確地請(qǐng)求去附著，并互相用信令通知對(duì)方，如：用戶(hù)關(guān)機(jī)、運(yùn)營(yíng)商將用戶(hù)從網(wǎng)絡(luò)中移除②隱式，當(dāng)UE與網(wǎng)絡(luò)失去通信一段時(shí)間后，每一方都隱式認(rèn)為不在處于激活狀態(tài)，其目的是在UE從覆蓋網(wǎng)絡(luò)中消失或無(wú)法執(zhí)行顯式注銷(xiāo)，防止網(wǎng)絡(luò)為用戶(hù)保持上下文和資源。網(wǎng)絡(luò)側(cè)發(fā)起的去附著可由MME發(fā)起(指UE與網(wǎng)絡(luò)長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有交互)或HSS發(fā)起(用戶(hù)復(fù)簽約信息、計(jì)費(fèi)信息等方面的原因)。2021網(wǎng)絡(luò)接入過(guò)程(5)：效勞請(qǐng)求ServiceRequestUE發(fā)起的效勞請(qǐng)求：請(qǐng)求網(wǎng)絡(luò)提供無(wú)線承載，它對(duì)應(yīng)于開(kāi)始數(shù)據(jù)會(huì)話或激活新業(yè)務(wù)。UE從IDLE狀態(tài)轉(zhuǎn)換到ACTIVE狀態(tài)。22網(wǎng)絡(luò)接入過(guò)程(5)：效勞請(qǐng)求網(wǎng)絡(luò)發(fā)起的效勞請(qǐng)求：激活專(zhuān)用承載，UE處在ACTIVE狀態(tài)時(shí)的業(yè)務(wù)激活。23Contents一、LTE網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及相關(guān)概念介紹二、UEtoNet：系統(tǒng)播送小區(qū)選擇初始接入附著(去附著)效勞請(qǐng)求(通信會(huì)話)三、UE位置管理24位置管理(1)：IDLE移動(dòng)性--小區(qū)重選原那么小區(qū)重選原因：UE的移動(dòng)性，以及無(wú)線環(huán)境的波動(dòng)性〔信號(hào)強(qiáng)度和干擾水平的變化〕，重選為了保證UE駐留在最正確小區(qū)中原那么：小區(qū)選擇標(biāo)準(zhǔn)由每個(gè)UE所采用的無(wú)線測(cè)量結(jié)果和網(wǎng)絡(luò)所提供的參數(shù)以及局部系統(tǒng)信息進(jìn)行評(píng)估25位置管理(1)：終端位置管理2G和3G位置區(qū)域的相關(guān)概念：①小區(qū)cell：提供最準(zhǔn)確的的位置信息②位置區(qū)LocationArea(LA)：CS核心網(wǎng)域MSC/VLR支持的區(qū)域類(lèi)型③路由區(qū)RoutingArea：PS核心網(wǎng)域，與LA對(duì)等，LA可包含多個(gè)RA④URA(UTRANRegistrationArea)：管理UTRAN終端位置，與核心網(wǎng)LA和RA無(wú)關(guān)，URA由接入網(wǎng)管理26終端位置管理:LTE的終端位置管理跟蹤區(qū)域TrackingArea(TA)：定義為一組連續(xù)的小區(qū)，每個(gè)TA都有自己唯一的識(shí)別碼TAI(TrackingAreaIdentity)，而且跟蹤區(qū)域不能相互重疊〔小區(qū)是可以有重疊區(qū)域的〕TAI是播送信息的一局部，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)需要邀請(qǐng)UE參加時(shí)，會(huì)在所屬的TA中的小區(qū)發(fā)送尋呼消息LTE_IDLE時(shí)網(wǎng)絡(luò)對(duì)UE位置的知識(shí)精度為T(mén)ATA的規(guī)劃是一個(gè)常見(jiàn)的網(wǎng)絡(luò)工程問(wèn)題，是網(wǎng)絡(luò)信令負(fù)荷和無(wú)線尋呼負(fù)荷的折中：①如果TA太小，UE移動(dòng)會(huì)帶來(lái)大量的TA更新過(guò)程和很高的信令開(kāi)銷(xiāo)②如果TA太大，那么TA中的所有小區(qū)都必須處理較高的尋呼信道業(yè)務(wù)量負(fù)荷。UE發(fā)送TA信令的3種情況：①UE初始注冊(cè)②UE在網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)改變了TA③周期性更新UE所在的當(dāng)前TA，目的是如果UE離開(kāi)覆蓋區(qū)，核心網(wǎng)就不會(huì)為該UE保持EPS承載27終端位置管理多TA注冊(cè)UE注冊(cè)到多個(gè)TA中，為了優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)和IDLE模式UE間的信令交換負(fù)荷，有助于降低位于跟蹤區(qū)邊緣的UE進(jìn)行TA更新的次數(shù)28跟蹤區(qū)域更新TAU(TrackingAreaUpdate)TAU：由于UE的移動(dòng)，UE改變MME和S-GW節(jié)點(diǎn)適用范圍：EPS和EPS網(wǎng)絡(luò)間的移動(dòng)、EPS和2G/3G網(wǎng)絡(luò)間的移執(zhí)行的操作：①承載路徑更新。默認(rèn)承載需要更新，可能會(huì)需要在UE和新S-GW創(chuàng)立新的承載②從舊MME到新MME的用戶(hù)上下文的傳遞。允許新MME從舊MME獲取用戶(hù)的上下文信息，上下文的信息劊包括用戶(hù)IMSI和用戶(hù)數(shù)據(jù)等③HSS數(shù)據(jù)庫(kù)更新。新MME的身份標(biāo)識(shí)和IP的更新29TAU實(shí)例30網(wǎng)絡(luò)實(shí)體間交換--消息流31位置管理(2)：ACTIVE模式下UE的移動(dòng)性(切換)可能產(chǎn)生切換的原因：①干擾增加和UE的移動(dòng)導(dǎo)致無(wú)線環(huán)境惡化，如果無(wú)法及時(shí)切換到適宜的小區(qū)可能產(chǎn)生掉話②負(fù)載均衡③UE所使用或語(yǔ)境的業(yè)務(wù)需要④網(wǎng)絡(luò)共享，運(yùn)營(yíng)商間的網(wǎng)絡(luò)可以讓漫游用戶(hù)使用切換過(guò)程完全由網(wǎng)絡(luò)控制切換以及目標(biāo)小區(qū)和技術(shù)的選擇，由當(dāng)前eNB根據(jù)eNB和UE的測(cè)量結(jié)果來(lái)決定切換遵循的原那么：①先建后斷②分組數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)32切換代表性的切換過(guò)程：①有X2支持的E-UTRAN內(nèi)的移動(dòng)②無(wú)X2支持的E-UTRAN內(nèi)的移動(dòng)