机制与流程-第5章LTE的基本信令流程

1. 协议起什么作用？
2. 为什么信令流程极其重要？
3. LTE系统有几种基本的信令流程？
4. LTE终端会使用哪几个SRB？这些SRB如何建立？有何差异？
5. 什么是TAU？终端何时进行TAU？
6. 终端和TA的标识各是什么？终端的标识如何变换？
7. 位置更新经历哪4个步骤？
8. TAU的信令流程涉及哪些网元？是怎样进行的？
9. 什么是附着？终端何时进行附着？
10. LTE终端附着有什么特点？这样做有什么好处？
11. 初始附着的信令流程涉及哪些网元？是怎样进行的？
12. LTE系统的信令流程有什么特色？
13. LTE系统收发数据的前提是什么？
14. 什么是默认承载？何时建立？何时重建？何时释放？
15. 待机状态与联机状态下建立业务承载的信令流程有何差异？
16. 寻呼消息是怎样发给终端的？
17. LTE系统中有几种切换方式？
18. 基于X2接口的切换涉及哪些网元？是怎样进行的？》
19. 基于S1接口的切换涉及哪些网元？是怎样进行的？
20. 去附着的信令流程是怎样进行的？

1.协议起什么作用？

1. 定义信息的种类；
2. 定义信息的格式与内容；
3. 定义信息的时间顺序。

协议是信令流程的基石，而信令流程就是协议的具体表现。

2.为什么信令流程极其重要？

1. 第一信令流程可以从外部观察。利用信令流程可以从外界获得大量的有价值的信息，甚至不需要与网络设备直接连接。
2. 第二信令流程体现了设备的运作过程。通过分析信令流程，可以判断设备运作是否正常，进而定位故障。

3.LTE系统有几种基本的信令流程？

1. 附着流程，终端开机时执行，终端从待机进入联机状态后，往往还会返回待机状态。
2. 位置更新，与附着类似，从待机状态开始，多半又返回待机状态。
3. 数据收发，待机状态进入联机状态，并停留在联机状态。
4. 终端切换，切换发生在终端的联机状态。
5. 终端释放，使终端从联机状态返回待机状态。

4.LTE终端会使用哪几个SRB？这些SRB如何建立？有何差异？

SRB0、SRB1、SRB2。

SRB0用来承载RRC信令，逻辑信道是CCCH，其RLC子层为虚线框，代表采用TM测传输模式。SRB0的处理路径为SRB0-CCCH-SCH-PDSCH。

SRB1用来承载RRC信令和NAS信令。SRB1要经过PDCP子层的处理，进行加密和完整性保护，其RLC子层为AM传输模式，处理路径为SRB1-DCCH1-SCH-PUSCH。SRB1非常重要。

SRB2用来承载NAS信令，也要经过PDCP子层的处理，进行加密和完整性保护，其RLC子层为AM传输模式，处理路径为SRB2-DCCH1-SCH-PUSCH。

建立过程：当终端需要从待机状态转入联机状态时，在随机接入的过程中，利用CCCH建立起SRB0，用来收发RRC信令。在SRB0上，终端会接收到eNB发送的RRC Connection Setup消息，在消息中eNB为终端指配了SRB1的资源。

终端根据eNB的指示，建立起SRB1，用于收发RRC信令和部分NAS信令。当终端的SRB1建立成功后，终端占用的SRB0就释放了。

在SRB1上，终端会接收到eNB发送的RRC Connection Reconfiguration消息，在消息中eNB为终端指配了SRB2的资源，之所以需要建立SRB2，是为了分流SRB1的信令负荷。因此，联机状态的终端最后会同时使用SRB1和SRB2。

5.什么是TAU？终端何时进行TAU？

位置更新是各种移动通信系统都会采用的处理机制，无论是GSM、WCDMA还是LTE。位置更新，又称位置登记，终端主动去通知网络所在的位置，而不是网络费力去发现终端的位置。TAU（Tracking Area Update，跟踪区更新）也就是当终端改变所在的TA后，终端通过TAU流程通知网络自己的新TA。

何时TAU：

第一终端在小区重选后发现新的TA，而新的TA又不在网络下发的TA列表中；

第二终端根据一个定时参数，周期性的TAU，确保网络侧能及时跟踪到终端的位置；

第三终端从异系统中返回，需要进行TAU。

6.终端和TA的标识各是什么？终端的标识如何变换？

终端的标识GUTI（终端全球唯一标识），TA的标识TAI。

参考素材图GUTI的格式，

7.位置更新经历哪4个步骤？

小区重选；

随机接入；

位置更新；

资源释放。

8.TAU的信令流程涉及哪些网元？是怎样进行的？

信令流程：请求位置更新；鉴权、NAS加密；接受位置更新；完成位置更新。

涉及的网元主要是MME，具体流程请查看信令与流程第二章准备阶段

9.什么是附着？终端何时进行附着？

附着，英文attach，就是终端在PLMN中注册，从而建立自己的档案。

何时附着：

终端开机后需要附着，这种附着称为初始附着，这是最常见的一种情况；

终端从覆盖盲区返回覆盖区，需要进行附着；

终端原来没有插SIM卡，后来插入SIM卡了，就需要进行附着。

10.LTE终端附着有什么特点？这样做有什么好处？

终端在PLMN中注册，并驻留到小区；

在MME中建立终端上下文；

为终端建立默认承载，这是LTE终端附着的一大特色，也是与GSM和WCDMA系统最大的不同，默认承载是实现了终端始终在线，减少处理时延而提供的EPS承载

好处：当终端有少量信息要发送时，只要默认承载存在，就可以收发数据了，节省了大量的信令交互过程。另外，即使需要重建默认承载，由于只涉及MME、SGW、基站和终端，不涉及核心网内部的交互，处理时延大为缩短。

11.初始附着的信令流程涉及哪些网元？是怎样进行的？

MME、PGW、SGW等

上图就是初始附着的完整流程：

第1步是终端开机后接收小区的系统信息，决定要进行PLMN注册，进行附着；

第2、3、4、5步是终端发起的竞争性随机接入的过程；

第6步是终端在SRB1上发出初始附着的请求，经过第7步传递到MME；

第8步和第9步是MME获得终端ID的过程，是可选过程；

第10和第11步是终端进行鉴权的过程；

第12和第13步是MME启动NAS加密的过程；

第14步是MME接受附着并开始在eNB中建立终端的上下文的过程；

第15和第16步是eNB启动接入层（AS）加密的过程；

第17、18、19步是MME获得终端能力的过程，也是可选过程；

第20步是eNB将接受附着，建立SRB2并将默认承载的信息发给终端的过程；

第21步是终端向eNB反馈SRB2和RB已经建立的信息过程；

第22步是eNB向MME反馈终端的上下文已经建立的信息发送过程；

第23步是终端向MME反馈附着已经完成和默认承载已经建立的信息发送过程。

12.LTE系统的信令流程有什么特色？

• 一举两得，进行初始附着时，同时建立了默认承载，大幅缩短业务建立的时间；
• 复用，在RRC信令中携带了NAS信令，信令流程紧凑，处理时延减少；

13.LTE系统收发数据的前提是什么？

前提：建立ESP承载，ESP承载落实到无线网络就是E-RAB，因此从基站的角度，终端收发数据流程围绕建立E-RAB而展开。

14.什么是默认承载？何时建立？何时重建？何时释放？

默认承载是实现了终端始终在线，减少处理时延而提供的EPS承载。

默认承载是在PDN session建立时分配，所以默认承载只有在释放PDN session时释放。默认承载是为了实现所谓的always online功能。一个UE如果连到多个PDN，就要给每个PDN建一个默认承载。然后每个PDN上可以建多个dedicated bearer。

15.待机状态与联机状态下建立业务承载的信令流程有何差异？

联机状态，终端已经建立了SRB1和SRB2，不需要经过随机接入过程，就可以建立ESP承载。

16.寻呼消息是怎样发给终端的？

当网络侧有终端的数据到达时，如果终端处于待机状态，那么MME就会根据终端的上下文，找到TA列表，生成寻呼消息。

MME在S1-MME接口上推送寻呼消息，消息中携带终端的TA列表、S-TMSI以及UE Identity Index Value等参数，其中UEIdentity Index Value参数是终端IMSI整除1024后的余数，也就是UE_ID，用来定位寻呼帧，使得eNB可以在终端相关的寻呼帧上发出寻呼消息。

eNB收到寻呼消息后，根据消息中的TA列表的参数以及自身所处的TA，判断是否要广播寻呼消息。如果需要广播寻呼消息，eNB将针对每个被寻呼的终端，找到相应的寻呼帧，产生寻呼消息，在LTE空口上广播。

终端在寻呼帧时刻被唤醒，接收到寻呼消息后，发现自己的S-TMSI，就会发起随机接入的过程。

17.LTE系统中有几种切换方式？

盲切和基于测量的切换。盲切一般是应急切换，速度快，但是效果没有保障；而基于测量的切换能根据无线环境的状况进行切换，耗时虽然比较长，但是切换效果比较好。

从切换涉及的无线网络接口来看，LTE系统的切换分为基于X2接口的切换和基于S1接口的切换。基于X2接口的切换信令流程更为简洁，处理时延更短，因此也是优选的切换方式。除非源基站与目标基站之间没有建立X2接口，才会考虑采用基于S1接口的切换。

18.基于X2接口的切换涉及哪些网元？是怎样进行的？》

切换启动；非竞争随机接入；切换完成。

源基站收到终端发出的A3事件的测量报告后，根据测量报告中的PCI，得到目标基站的信息。

目标基站收到源基站发出的Handover Request 消息后，判断可以接纳终端的切入，在准备好C-RNTI和随机接入前导等资源后，向源基站回复Handover Request Acknowledge 消息，其中携带了切换过程的相关控制信息，完成切换工作。

源基站收到目标基站发出的Handover Request Acknowledge 消息后，向终端发出RRC Connection Reconfiguration 消息，其中包含mobilityControlInfo的内容，用来通知终端如何切换到目标基站。

mobilityControlInfo 是非常重要的信息，来自目标基站，其中包含了目标基站分配给终端的RAPID和C-RNTI、PRACH参数以及目标小区的PCI等内容。

终端收到mobilityControlInfo后，就可以根据其中的参数向目标基站发起随机接入的过程。 

终端首先发出随机接入前导MSG1，使用目标基站分配的RAPID

目标基站收到后，由于这个RAPID专用于切换，而且与特定的终端之间已经绑定，因此目标基站知道是特定的终端切换过来了。目标基站用随机接入响应MSG2为终端分配上行资源，同时为终端分配C-RNTI。

终端收到MSG2后，向目标基站发送RRC Connection Reconfiguration Complete 消息，表明切换已经完成。

不过虽然终端已经顺利切换完成，但是目标基站还要许多收尾工作需要完成：

第一是通过MME通知SGW，将终端的S1承载从源基站变更到目标基站。该任务需要目标基站向MME发送Path Switch消息。改任务完成后，目标基站向源基站发送UE Context Release消息，通知源基站可以释放终端相关的上下文了。

至此，基于X2接口切换的信令流程结束，终端可以通过目标基站继续收发数据。

19.基于S1接口的切换涉及哪些网元？是怎样进行的？

在源基站与目标基站之间没有建立X2接口时，才会发生基于S1接口的切换。

在切换启动环节中，MME相当于X2接口上的源基站，向目标基站转发信令；而在切换完成环节，MME相当于X2接口上的目标基站，向源基站转发信令。MME在中间起到桥梁作用。

20.去附着的信令流程是怎样进行的？

手机关机将会触发终端发送去附着请求Detach Request ，其中去附着的类型为关机（Switch Off）。由RRC Connection Setup Complete 承载，之后终端进入关机状态。

基站收到后，用UL NAS Transport 消息承载Detach Request，转发给MME。

MME启动去附着的处理过程，通知核心网设备释放终端相关的资源，包括默认承载。之后，MME释放掉终端的上下文，并向基站发送UE Context Release Command 消息，表明终端的上下文释放完毕。

至此，手机关机引发的去附着信令流程结束。

非手机关机引起的去附着比如终端收到IMSI的寻呼后进行的去附着。

终端首先发送RRC Connection Setup Complete消息，携带了去附着请求的Detach Request，其中去附着的类型为正常去附着（Normal Detach）。

基站收到后，用UL NAS Transport消息承载Detach Request，转发给MME。

MME收到Detach Request消息后，启动区附着的处理过程，通知核心网设备释放终端相关的资源，包括默认承载。

MME接着向终端反馈Detach Accept 消息，表明已经完成终端的去附着。Detach Accept 消息由DL NAS Transport 消息承载，发给基站。

基站向终端发出RRC Connection Release 消息，携带Detach Accept，通知终端去附着成功，RRC连接也需要释放。

之后，MME释放掉终端的上下文，并向基站发送UE Context Release Command 消息，用来启动基站释放终端的上下文流程。

基站释放了基站侧终端的上下文后，回复UE Context Release Complete 消息，表明终端的上下文释放完毕。

至此，去附着的信令流程结束，之后终端可以重新发起附着的流程。

最后

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