LTE附著流程及UE位置管理

1、1Contents一、LTE網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及相關(guān)概念介紹二、UE to Net：系統(tǒng)廣播小區(qū)選擇初始接入附著(去附著)服務(wù)請求(通信會話)三、UE位置管理2總體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)3接入網(wǎng)(E-UTRAN)：僅由eNode B構(gòu)成eNB功能：傳送用戶數(shù)據(jù)和相應(yīng)的用戶平面控制幀，無線接入承載控制、操作維護(hù)等功能4核心網(wǎng)(EPC)主要邏輯邏輯網(wǎng)絡(luò)實體uMME：是一個信令實體，主要負(fù)責(zé)移動性管理、承載管理、用戶的鑒權(quán)認(rèn)證、SGW和PGW的選擇等功能uS-GW：主要負(fù)責(zé)用戶面處理，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)生切換時作為用戶面的錨點； (1UE1SGW)uPDN-GW：EPS錨點，即

2、是3GPP與non-3GPP網(wǎng)絡(luò)間的用戶面數(shù)據(jù)鏈路的錨點，負(fù)責(zé)管理數(shù)據(jù)路由，管理接入間的移動，還負(fù)責(zé)DHCP、策略執(zhí)行、計費等功能uHSS(歸屬用戶服務(wù)器)：核心網(wǎng)主要數(shù)據(jù)庫，包括用戶相關(guān)信息 HLR(歸屬位置寄存器) ：是HSS的一部分uPCRF(策略和計費規(guī)則功能) ：業(yè)務(wù)流檢測、策略實施、基于流付費的功能實體5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)，在會話建立但是在一段時間沒有激活的階段，中間狀態(tài)將允許網(wǎng)絡(luò)以更有效的方式管理資源。電路交換則不能提供，因為電路交換中“連接”就意味著具有以一定的速率和時延來保證服務(wù)質(zhì)量的能力為實現(xiàn)

3、上述目的，標(biāo)準(zhǔn)中引入兩個終端狀態(tài)機62G-GPRS中的終端狀態(tài)73G-UMTS中的終端狀態(tài)8EPS中的終端狀態(tài)：DETACHED、IDLE、ACTIVELTE-DETACHED：UE開機但沒有向網(wǎng)絡(luò)注冊，可能因為沒注冊或無適合可用的網(wǎng)絡(luò)下注冊失敗LTE-IDLE：UE已注冊到網(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，如有服務(wù)建立，UE能在非常短時間內(nèi)切換到ACTIVE模式，繼續(xù)先前激活的數(shù)據(jù)會話。LTE-ACTIVE：UE和網(wǎng)絡(luò)實際交換數(shù)據(jù)和信令的惟一一個激活狀態(tài)92G、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-

4、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)機惟一使用分組核心網(wǎng)絡(luò)域中來支持所有的業(yè)務(wù)。2G/3G系統(tǒng)的MM層實際支持兩種狀態(tài)機，分別用于CS和PS域。3G-UMTS的狀態(tài)機制，在UE使用共享信道時，可以使用為用戶優(yōu)化資源管理，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計、實現(xiàn)和運營增加了復(fù)雜度。10概念介紹(2)：承載服務(wù)的架構(gòu)承載服務(wù)：主要是給提供控制信令、用戶平面?zhèn)鬏敽蚎oS管理等各個方面的功能提供功能如下：IP端到端業(yè)務(wù)流的QoS聚合IP頭壓縮UE加密對高優(yōu)先級的分組進(jìn)行優(yōu)先處理向UE提供可接受的QoS信息11概念介紹(3)：EPS承載EPS承載：是匯聚U

5、E與PDN-GW間的一個或多個業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流(Service Data Flow，SDF)的邏輯聚合，包括s5、s1、無線承載EPS默認(rèn)承載： UE連接分組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)時建立的。默認(rèn)承載可簡單地理解為一種提供盡力而為IP連接的承載。EPS專用承載：對某些特定業(yè)務(wù)所使用的SAE承載12Contents一、LTE網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及相關(guān)概念介紹二、UE to Net：系統(tǒng)廣播小區(qū)選擇初始接入附著(去附著)服務(wù)請求(通信會話)三、UE位置管理13網(wǎng)絡(luò)接入過程(1)：信息廣播廣播作用：使UE了解當(dāng)前存在哪些網(wǎng)絡(luò)、哪些可用技術(shù)、運營商、信道和參數(shù)連接網(wǎng)絡(luò)等信息E-UTRAN廣播信道類型：廣播信道BCH、下行鏈路共享信道D

6、L-SCHBCH：傳輸關(guān)鍵信息，采用固定調(diào)度和傳輸方式進(jìn)行廣播，每40ms刷新一次。該信道所廣播的信息稱為MIB(主信息塊主信息塊)，包括以下關(guān)鍵參數(shù)(下行系統(tǒng)帶寬天線數(shù)參考信號發(fā)射功率)DL-SCH：傳輸其它一些關(guān)鍵度略低的信息，廣播周期較靈活。該信道所廣播的信息包含在調(diào)度單元調(diào)度單元(SU)結(jié)構(gòu)中，SU由一個或多個系統(tǒng)信息塊系統(tǒng)信息塊(SIB)組成，第一個SU稱為SU-1(每80ms廣播一次)，SU-1包括以下關(guān)鍵參數(shù)(當(dāng)前小區(qū)識別碼跟蹤區(qū)域碼小區(qū)所屬網(wǎng)絡(luò)識別碼小區(qū)禁用狀態(tài)其它)。 14系統(tǒng)信息廣播的消息流15網(wǎng)絡(luò)接入過程(2)：小區(qū)選擇小區(qū)選擇：UE選合適的小區(qū)進(jìn)行駐留以便執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)注冊選

7、擇參考標(biāo)準(zhǔn)考慮以下4類信息：運營商。技術(shù)。無線標(biāo)準(zhǔn)。1. 小區(qū)狀態(tài)。運營商可以靈活改變一個小區(qū)的狀態(tài)，來允許或禁止用戶選擇或重新選擇一些小區(qū)。正常情況下，對于處于服務(wù)中的小區(qū)，小區(qū)狀態(tài)被設(shè)置為“非禁用非禁用”和“非預(yù)留非預(yù)留”。而“禁用禁用”狀態(tài)指UE在緊急情況下也不能選擇該小區(qū)。“為運營商預(yù)留為運營商預(yù)留”狀態(tài)意味著該小區(qū)為運營商保留，只有專門類型的用戶(運營商)才可以對小區(qū)進(jìn)行選擇16網(wǎng)絡(luò)接入過程(3)：初始接入為了注冊到網(wǎng)絡(luò)，UE需經(jīng)過初始接入過程。該過程利用隨機接入技術(shù)，使UE能與網(wǎng)絡(luò)建立一個RRC連接。E-UTRAN定義兩類取隨機接入遠(yuǎn)程：基于競爭的隨機接入基于非競爭的隨機接入17網(wǎng)

8、絡(luò)接入過程(4)：附著Attach概念：UE進(jìn)行實際業(yè)務(wù)前的在網(wǎng)絡(luò)中注冊過程，是一個必要的過程，用戶只有在附著成功后才可以接收來自網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)。急緊呼叫則不需要附著過程，急緊呼叫在實際應(yīng)用中不被認(rèn)為是一種服務(wù)。附著過程始終由UE發(fā)起， UE開機時觸發(fā)當(dāng)UE完全離開網(wǎng)絡(luò)覆蓋一段時間，則需重新附著附著過程，將完成的工作：用戶與網(wǎng)絡(luò)相互鑒權(quán)相互鑒權(quán)，UE與MME建立MM上下文MME為UE建立默認(rèn)承載默認(rèn)承載UE獲得網(wǎng)絡(luò)側(cè)分配的IP地址用戶位置登記臨時臨時身份標(biāo)識(S-TMSI)的分配(避免在網(wǎng)絡(luò)上傳輸IMSI，防止攻擊者跟蹤用戶的位置及活動狀況)181920網(wǎng)絡(luò)接入過程(4)：去附著Detach當(dāng)UE

9、不需要或不能夠繼續(xù)附著在EPS網(wǎng)絡(luò)時，將發(fā)起去附著兩種類型：顯式，網(wǎng)絡(luò)或UE明確地請求去附著，并互相用信令通知對方，如：用戶關(guān)機、運營商將用戶從網(wǎng)絡(luò)中移除隱式，當(dāng)UE與網(wǎng)絡(luò)失去通信一段時間后，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)中消失或無法執(zhí)行顯式注銷，避免網(wǎng)絡(luò)為用戶保持上下文和資源。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)長時間沒有交互)或HSS發(fā)起(用戶復(fù)簽約信息、計費信息等方面的原因)。2122網(wǎng)絡(luò)接入過程(5)： 服務(wù)請求Service RequestUE發(fā)起的服務(wù)請求：請求網(wǎng)絡(luò)提供無線承載，它對應(yīng)于開始數(shù)據(jù)會話或激活新業(yè)務(wù)。UE從IDLE狀態(tài)轉(zhuǎn)換到ACTI

10、VE狀態(tài)。23網(wǎng)絡(luò)接入過程(5)： 服務(wù)請求網(wǎng)絡(luò)發(fā)起的服務(wù)請求：激活專用承載，UE處在ACTIVE狀態(tài)時的業(yè)務(wù)激活。24Contents一、LTE網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及相關(guān)概念介紹二、UE to Net：系統(tǒng)廣播小區(qū)選擇初始接入附著(去附著)服務(wù)請求(通信會話)三、UE位置管理25位置管理(1)：IDLE移動性-小區(qū)重選原則小區(qū)重選原因：UE的移動性，以及無線環(huán)境的波動性（信號強度和干擾水平的變化），重選為了保證UE駐留在最佳小區(qū)中原則：小區(qū)選擇標(biāo)準(zhǔn)由每個UE所采用的無線測量結(jié)果和網(wǎng)絡(luò)所提供的參數(shù)以及部分系統(tǒng)信息進(jìn)行評估26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：小區(qū)cell：提供最準(zhǔn)確

11、的的位置信息位置區(qū)Location Area (LA)：CS核心網(wǎng)域MSC/VLR支持的區(qū)域類型路由區(qū)Routing Area：PS核心網(wǎng)域，與LA對等，LA可包含多個RAURA (UTRAN Registration Area)：管理UTRAN終端位置，與核心網(wǎng)LA和RA無關(guān)，URA由接入網(wǎng)管理27終端位置管理:LTE的終端位置管理跟蹤區(qū)域Tracking Area (TA)：定義為一組連續(xù)的小區(qū)，每個TA都有自己唯一的識別碼TAI (Tracking Area Identity)，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是廣播信息的一部分，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)需要邀請UE加入時，會在所屬

12、的TA中的小區(qū)發(fā)送尋呼消息LTE_IDLE時網(wǎng)絡(luò)對UE位置的知識精度為TATA的規(guī)劃是一個常見的網(wǎng)絡(luò)工程問題，是網(wǎng)絡(luò)信令負(fù)荷和無線尋呼負(fù)荷的折中：如果TA太小，UE移動會帶來大量的TA更新過程和很高的信令開銷如果TA太大，則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：UE初始注冊UE在網(wǎng)絡(luò)中移動改變了TA周期性更新UE所在的當(dāng)前TA，目的是如果UE離開覆蓋區(qū)，核心網(wǎng)就不會為該UE保持EPS承載28終端位置管理多TA注冊UE注冊到多個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)29跟蹤區(qū)域更新TAU

13、(Tracking Area Update)TAU：由于UE的移動，UE改變MME和S-GW節(jié)點適用范圍：EPS和EPS網(wǎng)絡(luò)間的移動、EPS和2G/3G網(wǎng)絡(luò)間的移執(zhí)行的操作：承載路徑更新。默認(rèn)承載需要更新，可能會需要在UE和新S-GW創(chuàng)建新的承載從舊MME到新MME的用戶上下文的傳遞。允許新MME從舊MME獲取用戶的上下文信息，上下文的信息劊包括用戶IMSI和用戶數(shù)據(jù)等HSS數(shù)據(jù)庫更新。新MME的身份標(biāo)識和IP的更新30TAU實例31網(wǎng)絡(luò)實體間交換-消息流32位置管理(2)： ACTIVE模式下UE的移動性(切換)可能產(chǎn)生切換的原因：干擾增加和UE的移動導(dǎo)致無線環(huán)境惡化，如果無法及時切換到合適的小區(qū)可能產(chǎn)生掉話負(fù)載均衡UE所使用或語境的業(yè)務(wù)需要網(wǎng)絡(luò)共享，運營商間的網(wǎng)絡(luò)可以讓漫游用戶使用切換過程完全由網(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的測量結(jié)果來決定切換遵循的原則：先建后斷分組數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)33切換代表性的切換過程：有X2支持的E-UTRAN內(nèi)的移動無