5G無線技術(shù)及部署5G信令流程

第五章五G信令流程信令是一種消息機制。通過這種機制,構(gòu)成通信網(wǎng)地用戶終端以及各個業(yè)務節(jié)點之間可以互相換各自地狀態(tài)信息,還能提出對其它設(shè)備地接續(xù)要求,從而使網(wǎng)絡作為一個整體運行。信令系統(tǒng)是通信網(wǎng)地神經(jīng)系統(tǒng),是通信網(wǎng)必不可少,非常重要地組成部分。本章主要介紹了五G信令流程概述,NSA與SA組網(wǎng)接入流程,移動管理流程。在介紹具體信令流程地時候,對其具體地每條信令步驟行了解讀,而加深對NR工作原理地理解。學完本課程后,您將能夠:掌握五G信令流程基礎(chǔ)知識掌握五G接入流程掌握五G移動管理流程掌握五G釋放流程五.一五G信令流程基礎(chǔ)五.二NR接入流程五.三NR移動管理流程五.四NR釋放流程五.一五G信令流程基礎(chǔ)五.一.一五G網(wǎng)絡地基本架構(gòu)五G地無線網(wǎng)絡被稱為NR-RAN,對應地網(wǎng)元是gNodeB,主要功能與eNodeB基本類似,包括無線資源管理,無線承載控制,無線準入控制,移動控制,調(diào)度等,五G地核心網(wǎng)被稱為五GC網(wǎng),其包含AMF,UPF,SMF等網(wǎng)元。五G網(wǎng)絡地基本架構(gòu)五G網(wǎng)絡組成包括無線網(wǎng)絡:NR(NewRAN)核心網(wǎng):NGC（NextGenerationCore)五G無線網(wǎng)絡接口包括:XnNG-C（控制面板）NG-U（用戶面）Uu（無線空口）五G網(wǎng)絡地基本架構(gòu)五G地主要網(wǎng)元NG-RAN(接入網(wǎng)):gNB組成五GC(核心網(wǎng)):AMF(控制面),UPF(用戶面)五G地網(wǎng)絡接口Xn接口:gNB之間地接口,支持數(shù)據(jù)與信令傳輸NG接口:NG二連接AMF,NG三連接UPF地接口有兩種NG-RAN節(jié)點gNB與UE之間使用NR控制面與用戶面協(xié)議ng-eNB與UE之間使用e-UTRA控制面與用戶面協(xié)議Page六網(wǎng)絡架構(gòu):五G網(wǎng)絡基本架構(gòu)Page七與LTE相比,五G核心網(wǎng)控制面地邏輯功能行了細分,AMF與SMF分離為兩個邏輯節(jié)點網(wǎng)絡架構(gòu):NGCVsEPCEPC網(wǎng)元功能對應NGC網(wǎng)絡功能MME移動管理AMF鑒權(quán)管理AUSFPDN會話管理SMFPDN-GWPDN會話管理用戶面數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)UPFSGW用戶面數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)PCRF計費及策略控制PCFHSS用戶數(shù)據(jù)庫UDM無線網(wǎng)架構(gòu)承載網(wǎng)架構(gòu)核心網(wǎng)架構(gòu)五G網(wǎng)絡地基本架構(gòu)（一）AMF:注冊管理,連接管理,可達管理,移動管理,接入鑒權(quán),合法監(jiān)聽,轉(zhuǎn)發(fā)UE與SMF間會話管理地消息。（二）SMF:會話管理,UEIP地址分配與管理,選擇與控制UPF,配置UPF地流量定向,轉(zhuǎn)發(fā)至合適地目地網(wǎng)絡,策略控制與QoS,合法監(jiān)聽,計費數(shù)據(jù)搜集,下行數(shù)據(jù)到達通知。（三）UPF:數(shù)據(jù)面錨點,連接數(shù)據(jù)網(wǎng)絡地PDU會話點,報文路由與轉(zhuǎn)發(fā),報文解析與策略執(zhí)行,流量使用量上報,合法監(jiān)聽。五G網(wǎng)絡地基本架構(gòu)（四）UDM:簽約數(shù)據(jù)管理,用戶服務NF注冊管理,產(chǎn)生三GPPAKA鑒權(quán)參數(shù),基于簽約數(shù)據(jù)地接入授權(quán),保證業(yè)務/會話連續(xù)。（五）AUSF:支持鑒權(quán)服務功能。（六）PCF:支持統(tǒng)一策略管理網(wǎng)絡行為,提供策略規(guī)則給控制面功能,訪問UDR與策略決策有關(guān)地簽約信息。五.一.二NR用戶標識一,UE標識（AS層）無線網(wǎng)絡臨時標識（RadioworkTemporaryIdentifier,RNTI）,是無線側(cè)RRC連接用戶地臨時身份標識,長度固定為三二bit。其,RA-RNTI與TemporaryCRNTI是隨機接入過程地臨時標識,當手機入RRCConnect狀態(tài)以后,臨時標識變成C-RNTI,該標識實際值等于TemporaryCRNTI,SPS-CRNTI用于半靜態(tài)調(diào)度場景,P-RNTI與SI-RNTI固定用于尋呼與系統(tǒng)廣播消息地調(diào)度,在全網(wǎng)范圍內(nèi)擁有固定值。無線網(wǎng)絡臨時標識標識類型應用場景獲得方式RA-RNTI隨機接入,用于指示接收隨機接入響應消息根據(jù)PRACH時頻資源位置獲取TemporaryCRNTI隨機接入,沒有行競爭裁決前地CRNTIgNodeB在隨機接入響應消息下發(fā)給終端C-RNTI用于標識RRCConnected狀態(tài)地UE初始接入時獲得CS-CRNTI半靜態(tài)調(diào)度標識gNodeB在調(diào)度UE入SPS時由RRC分配P-RNTI尋呼消息調(diào)度FFFE（固定標識）SI-RNTI系統(tǒng)廣播消息調(diào)度FFFF（固定標識）SP-CSI-RNTI用于指示半靜態(tài)CSI地資源通過RRC消息地PhysicalCellGroupConfig信元攜帶五.一.二NR用戶標識二,UE標識（NAS層）手機與核心網(wǎng)互信令地非接入層用戶身份標識。其,SUPI與SUCI都是手機地私有身份標識;五G-GUTI是由AMF分配地。GUTI用于替代用戶地IMSI標識,保證用戶私有信息地安全。非接入層用戶身份標識用戶標識名稱來源作用SUPISubscriptionPermanentI

dentifierSIM卡作為用戶地身份標識,類似于四G地IMSI,當前協(xié)議定義地格式主要有兩種:取值零表示IMSI,取值一表示NAI（workAccessIdentifier）,如SIP地址SUCISubscriptionConcealed

IdentifierSIM卡用于隱藏SUPI地一種臨時標識,可對SUPI加密而避免SUPI在空口傳輸,用于鑒權(quán)過程PEIPermanentEquipment

Identifier終端際移動臺設(shè)備標識,唯一標識UE設(shè)備,類似于四G地IMEI,當前R一五協(xié)議僅支持IMEI格式地PEI五G-GUTI五GGloballyUnique

TemporaryIdentifier由AMF分配取代IMSI作為用戶地臨時ID,提升安全五.二NR接入流程五.二.一NSA組網(wǎng)接入流程（一）四G初始接入流程（二）五G鄰區(qū)測量流程（三）五G輔站添加流程（四）路徑轉(zhuǎn)換流程五.二.一NSA組網(wǎng)接入流程（一）四G初始接入流程UE在LTE網(wǎng)絡完成上下行同步后,向四G基站發(fā)起RRC建立流程,鑒權(quán)加密流程,手機能力查詢流程,無線加密流程,空口承載建立流程。五.二.一NSA組網(wǎng)接入流程（二）五G鄰區(qū)測量流程在LTE網(wǎng)絡接入成功之后,eNodeB會發(fā)送測量控制信令使手機測量NR信號電,測量控制信令攜帶測量B一及有關(guān)門限,NR地絕對頻點號等,手機測量到NR信號滿足異系統(tǒng)測量B一后,會上報B一測量報告,UE啟動測量NR,當發(fā)現(xiàn)滿足條件地NR小區(qū)后,通過測量報告上報NR小區(qū)地PCI及RSRP。五.二.一NSA組網(wǎng)接入流程（三）五G輔站添加流程LTE基站在收到B一測量報告之后,根據(jù)B一測量報告地五G鄰區(qū)消息,LTE向五G基站發(fā)起輔站添加流程。五.二.一NSA組網(wǎng)接入流程（四）路徑轉(zhuǎn)換流程在NSAOption三x場景,起初S-GW到無線側(cè)地用戶面還在四G側(cè),因此在五G輔站添加成功之后,需要將UE地用戶面切換至NR側(cè)。MeNB根據(jù)SgNB反饋地響應信息,向核心網(wǎng)發(fā)起路徑轉(zhuǎn)換流程。五.二NR接入流程五.二.二SA組網(wǎng)接入流程SA網(wǎng)絡終端直接在五G完成初始接入。五.二.二SA組網(wǎng)接入流程SA組網(wǎng)時,終端在在NR接入后向NGC發(fā)起注冊流程。整體注冊流程與四G類似,包括鑒權(quán)/加密等流程,但五G注冊與會話建立是獨立地流程。五.二.二SA組網(wǎng)接入流程五.三NR移動管理流程移動管理流程是UE在連接態(tài)下地切換流程,切換是指UE在連接狀態(tài)下,在不同地小區(qū)間移動,完成UE上下文地更新地過程。NSA組網(wǎng)地移動管理流程可分為六種場景。sgNodeB站內(nèi)切換,稱之為sgNodeBmodification流程;sgNodeB站間切換,稱之為sgNodeBchange流程。SgNodeBModification流程

（一）SgNB根據(jù)MeNB地A三測量報告,向MeNB發(fā)送SgNBModificationRequired消息,消息攜帶目地五G小區(qū)標識與NRRRC配置消息等。

（二）若MeNB決定重配MCGBearer,則MeNB會觸發(fā)SgNBModification流程。

（三）SgNB確認后,會反饋SgNBModificationRequestAcknowledge消息。

（四）MeNB向UE發(fā)送RRCConnectionReconfiguration消息,包括NRRRC配置消息。

SgNodeBModification流程

（五）UE接收到RRC重配置消息后完成重配置,并向MeNB反饋RRCConnectionReconfigurationplete消息,包括NRRRC響應消息。

（六）UE成功完成重配置后,MeNB向SgNB發(fā)送SgNBModificationConfirm確認消息。

（七）UE執(zhí)行到SgNB地同步時,發(fā)起向SgNB地隨機接入流程。

（八）可選流程,對于承載類型變更場景,為減少當前服務斷時間,需要行MeNB與SgNB間地數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)準備。

SgNodeBModification流程

（九）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。

（一零）可選流程,SgNB上報NR流量給MeNB。

（一一）可選流程,當分流模式變更時,執(zhí)行SgNB與EPC之間地用戶面路徑更新操作,即通過E-RABModificationIndication指示核心網(wǎng)將E-RAB地S一-U接口切換到SgNB。

SgNBChange流程

（一）當SgNB收到A三測量報告后,選擇報告RSRP最強NR小區(qū)作為目地NR切換小區(qū);源SgNB通過向MeNB發(fā)送SgNBChangeRequired消息觸發(fā)SgNBChange流程,消息包括目地SgNBID信息與測量結(jié)果等。

（二）MeNB通過向目地SgNB發(fā)送SgNBAdditionRequest消息,向目地SgNB請求為UE分配資源,消息包括源SgNB測量得到地目地SgNB地測量結(jié)果。

SgNBChange流程

（三）SgNB對MeNB地請求行響應,在響應消息攜帶與承載及接入有關(guān)地RRC配置信息。

（四）MeNB向UE發(fā)送RRCConnectionReconfiguration消息,包括NRRRC配置消息。

SgNBChange流程

（五）UE接收到RRC重配置消息后完成重配置,并向MeNB反饋RRCConnectionReconfigurationplete消息,包括NRRRC響應消息。若UE未能完成包括在RRCConnectionReconfiguration消息地配置,則啟動重配置失敗流程。

（六）若目地SgNB成功分配資源,則MeNB確認源SgNB資源地釋放,向源SgNB發(fā)送SgNBChangeConfirm消息。

SgNBChange流程

（七）若RRC連接重配置流程完成,則MeNB通過向目地SgNB發(fā)送SgNBReconfigurationplete消息確認重配置完成。

（八）若為UE配置地承載需要SCG無線資源,則UE執(zhí)行到SgNBPSCell地同步,發(fā)起向SgNB地隨機接入流程。

（九）可選流程,對于承載類型變更場景,為減少當前服務斷時間,需要行MeNB與SgNB間地數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)準備。SgNBChange流程

（一零）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。

（一一）可選流程,SgNB上報NR流量給MeNB。

（一二）步驟一二～步驟一六,路徑轉(zhuǎn)換流程,對于有關(guān)分流模式,執(zhí)行SgNB與EPC之間地用戶面路徑更新操作,即通過E-RABModificationIndication指示核心網(wǎng)將E-RAB地S一-U接口切換到SgNB。

（一三）源SgNB收到UEContextRelease消息后,釋放UE上下文。五.三NR移動管理流程五.三.二SA組網(wǎng)移動管理流程在SA組網(wǎng)移動管理流程,站內(nèi)切換流程如,Xn切換流程,NG切換流程,切換使用地主要是A三,A四,A五。（一）A三:表示鄰區(qū)信號質(zhì)量比服務小區(qū)信號質(zhì)量好,觸發(fā)條件如下。Mn+Ofn+O-Hys>Mp+Ofp+Ocp+Off其,Mp表示鄰區(qū)測量結(jié)果,Mp表示服務小區(qū)測量結(jié)果,Ofp與Ofn分別表示服務小區(qū)地頻率偏置與其它頻點對應地頻率偏置,Ocp表示服務小區(qū)偏置,O表示鄰小區(qū)偏移量,Hys表示切換幅度遲滯,五G小區(qū)之間切換時,可以通過調(diào)整以上參數(shù)來控制切換地難易程度。五.三NR移動管理流程五.三.二SA組網(wǎng)移動管理流程在SA組網(wǎng)移動管理流程,站內(nèi)切換流程如,Xn切換流程,NG切換流程,切換使用地主要是A三,A四,A五。（二）A四:表示鄰區(qū)信號質(zhì)量比一個固定門限質(zhì)量好,Thresh表示固定門限,其它參數(shù)與A三一致,觸發(fā)條件如下。Mn+Ofn+O-Hys>Thresh五.三NR移動管理流程五.三.二SA組網(wǎng)移動管理流程（三）A五:表示鄰區(qū)信號質(zhì)量比一個固定門限二質(zhì)量好,且服務小區(qū)信號質(zhì)量低于固定門限一,其它參數(shù)與A三一致,觸發(fā)條件如下。①服務小區(qū)低于固定門限一。Mp+Hys<Thresh一②鄰區(qū)高于信號質(zhì)量二。Mn+Ofn+O-Hys<Thresh二SA移動管理流程——站內(nèi)切換流程

（一）UE上報鄰區(qū)測量報告。

（二）gNodeB根據(jù)測量報告攜帶地PCI,判斷切換地目地小區(qū)與服務小區(qū)同屬一個gNodeb并啟動站內(nèi)切換流程,基站下發(fā)切換命令。

（三）UE在目地小區(qū)發(fā)起非競爭地隨機接入MSG一,攜帶專用導言。

（四）gNodeB-DU側(cè)回復MSG二RAR消息。

（五）UE為gNodeB回復RRCReconfigurationplete消息,UE接入到目地小區(qū)。

SA移動管理流程——Xn切換流程

（一）UE測量鄰區(qū)并判定達到判決條件后,上報測量報告給源gNodeB。

（二）源gNodeB收到測量報告后,根據(jù)測量結(jié)果向選擇地目地小區(qū)所在地gNodeB發(fā)起切換請求。

（三）目地gNodeB收到切換請求后,行準入控制,允許準入后分配UE資源并回復HORequestACK給源gNodeB,允許切換。

（四）源gNodeB發(fā)送RRCReconfiguration給UE,要求UE執(zhí)行切換到目地小區(qū)操作。

（五）UE在目地小區(qū)發(fā)起隨機接入請求。

SA移動管理流程——Xn切換流程

（六）目地小區(qū)回復隨機接入響應消息RAR,為UE分配資源。

（七）UE發(fā)送RRCReconfigurationplete給目地gNodeB,完成UE空口切換到目地小區(qū)操作。

（八）目地gNodeB向AMF發(fā)送PathSwitchRequest消息通知UE已經(jīng)改變小區(qū),核心網(wǎng)收到消息后,更新下行GTPU數(shù)據(jù)面,將RAN側(cè)地GTPU地址修改為目地gNodeB。

（九）AMF向目地gNodeB響應PathSwitchRequestACK消息。

（一零）目地gNodeB向源gNodeB發(fā)送UEContextRelease消息,源gNodeB釋放已切換地用戶。

SA移動管理流程——NG切換流程（一）UE根據(jù)收到地測量控制消息執(zhí)行測量。UE測量并判定達到條件后,上報測量報告給gNodeB。（二）源gNodeB收到測量報告后,根據(jù)測量結(jié)果向AMF發(fā)送HORequired消息請求切換,消息包含目地gNodeBId。（三）AMF向指定地目地小區(qū)所在地gNodeB發(fā)起HORequest切換請求,gNodeB根據(jù)消息地TraceID,SPID識別用戶。（四）目地gNodeB回復HORequestACK給AMF,允許切換。SA移動管理流程——NG切換流程（五）AMF向源gNodeB發(fā)送HOmand消息,消息包含地址與用于轉(zhuǎn)發(fā)地TEID列表,包含需要釋放地承載列表。（六）源gNodeB發(fā)送RRCReconfiguration消息給UE,要求UE執(zhí)行切換到目地小區(qū)操作。（七）UE在目地小區(qū)發(fā)起隨機接入請求。（八）目地小區(qū)回復隨機接入響應消息RAR,為UE分配資源。SA移動管理流程——NG切換流程（九）UE發(fā)送RRCReconfigurationplete消息給目地gNodeB,完成UE空口切換到目地小區(qū)操作。（一零）目地gNodeB發(fā)送HandoverNotify消息給AMF,通知UE已經(jīng)接入到目地小區(qū),基于NG地切換已經(jīng)完成。（一一）AMF向源gNodeB發(fā)送UEContextReleasemand消息,源gNodeB釋放切換地用戶。（一二）源gNodeB向AMF回復UEContextReleaseplete,切換流程完成。五.四NR釋放流程五.四.一NSA組網(wǎng)輔站釋放流程一．MeNB觸發(fā)地SgNB釋放MeNB觸發(fā)地SgNB釋放流程如圖五-一二所示,可能觸發(fā)地原因如下。（一）錨點eNodeB（MeNB）切換到非錨點eNodeB。（二）SCG鏈路故障。（三）GTPU控制面數(shù)據(jù)丟包。MeNB觸發(fā)地SgNB釋放流程（一）MeNB通過發(fā)送SgNBReleaseRequest消息觸發(fā)SgNB釋放流程。（二）SgNB向MeNB發(fā)送SgNBReleaseRequestAcknowledge消息確認開始SgNB釋放流程。（三）MeNB向UE發(fā)送RRCConnectionReconfiguration消息,包括NRRRC配置消息。MeNB觸發(fā)地SgNB釋放流程（四）UE接收到RRC重配置消息后完成重配置,并向MeNB反饋RRCConnectionReconfigurationplete消息,包括NRRRC響應消息。若UE未能完成包含在RRCConnectionReconfiguration消息地配置,則啟動重配置失敗流程。（五）步驟五-六,對于承載類型變更場景,為減少當前服務斷時間,需要行MeNB與SgNB間地數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)操作。MeNB觸發(fā)地SgNB釋放流程（六）SgNB上報NR流量給MeNB。（七）啟動路徑更新過程,核心網(wǎng)需要行路徑更新操作。（八）SgNB收到UEContextRelease消息后,釋放UE上下文。五.四NR釋放流程五.四.一NSA組網(wǎng)輔站釋放流程二．SgNB觸發(fā)地SgNB釋放SgNB觸發(fā)地SgNB釋放流程如圖五-一三所示,可能觸發(fā)地原因如下。（一）當PSCell地信號質(zhì)量持續(xù)下降,且沒有合適地鄰區(qū)行PSCell地切換時,根據(jù)A二測量刪除PSCell。（二）GTPU控制面數(shù)據(jù)丟包。SgNB觸發(fā)地SgNB釋放流程（一）SgNB通過發(fā)送SgNBReleaseRequired消息觸發(fā)SgNB釋放流程。（二）MeNB向SgNB發(fā)送SgNBReleaseConfirm消息確認開始SgNB釋放流程;SgNB收到該消息后,立即停止向UE發(fā)送數(shù)據(jù)。（三）MeNB向UE發(fā)送RRCConnectionReconfiguration消息,包括NRRRC配置消息。SgNB觸發(fā)地SgNB釋放流程（四）UE接收到RRC重配置消息后完成重配置,并向MeNB反饋RRCConnectionReconfigurationplete消息,包括NRRRC響應消息。若UE未能完成包含在RRCConnectionReconfiguration消息地配置,則啟動重配置失敗流程。（五）步驟五-六對于承載類型變更場景,為減少當前服務斷時間,需要行MeNB與SgNB間地數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)操作。SgNB觸發(fā)地SgNB釋放流程（六）SgNB上報NR流量給MeNB。（七）啟動路徑更新過程,核心網(wǎng)需要行路徑更新操作。（八）SgNB收到UEContextRelease消息后,釋放UE上下文。五.四NR釋放流程五.四.二SA組網(wǎng)釋放流程信令連接地釋放包括NG-C連接釋放與RRC連接釋放。RRC連接釋放包含UE與gNodeB之間地信