非常详细的LTE信令流程

LTE信令流程第一章 协议层与概念 51.1 控制面与用户面 51.2 接口与协议 51.2.1 NAS 协议（非接入层协议） 71.2.2 RRC 层（无线资源控制层） 71.2.3 PDCP 层（分组数据汇聚协议层） 81.2.4 RLC 层（无线链路控制层） 81.2.5 MAC 层（媒体接入层） 91.2.6 PHY 层（物理层） 101.3 空闲态和连接态 121.4 网络标识 131.5 承载概念 14第二章 主要信令流程 162.1 开机附着流程 162.2 随机接入流程 192.3 UE 发起的 service request 流程 232.4 寻呼流程 262.5 切换流程 272.5.1 切换的含义及目的 272.5.2 切换发生的过程 282.5.3 站内切换 282.5.4 X2 切换流程 302.5.5 S1 切换流程 322.5.6 异系统切换简介 342.6 CSFB 流程 352.6.1 CSFB 主叫流程 362.6.2 CSFB 被叫流程 372.6.3 紧急呼叫流程 392.7 TAU 流程 402.7.1 空闲态不设置“ ACTIVE ”的 TAU 流程 412.7.2 空闲态设置“ ACTIVE ”的 TAU 流程 432.7.3 连接态 TAU 流程 452.8 专用承载流程 462.8.1 专用承载建立流程 462.8.2 专用承载修改流程 482.8.3 专用承载释放流程 502.9 去附着流程 522.9.1 关机去附着流程 522.9.1 非关机去附着流程 532.10 小区搜索、选择和重选 552.10.1 小区搜索流程 552.10.1 小区选择流程 562.10.3 小区重选流程 57第三章 异常信令流程 603.1 附着异常流程 613.1.1 RRC 连接失败 613.1.2 核心网拒绝 623.1.3 eNB 未等到 Initial context setup request消息 633.1.4 RRC 重配消息丢失或eNB 内部配置 UE 的安全参数失败 643.2 ServiceRequest 异常流程 653.2.1 核心网拒绝 653.2.2 eNB 建立承载失败 663.3 承载异常流程 683.3.1 核心网拒绝 683.3.2 eNB 本地建立失败(核心网主动发起的建立) 683.3.3 eNB 未等到 RRC 重配完成消息，回复失败 693.3.4 UE NAS 层拒绝 703.3.5 上行直传 NAS 消息丢失 71第四章 系统消息解析 724.1 系统消息 734.2 系统消息解析 744.2.1 MIB ( Master Information Block)解析 744.2.2 SIB1 ( System Information Block Type1)解析 754.2.3 SystemInformation消息 77第五章 信令案例解析 835.1 实测案例流程 845.2 流程中各信令消息解析 845.2.1 RRC_CONN_REQ:RRC 连接请求 855.2.2 RRC_CONN_SETUP:RRC 连接建立 865.2.3 RRC_CONN_SETUP_CMP:RRC 连接建立完成 905.2.4 S1AP_INITIAL_UE_MSG: 初始直传消息 905.2.5 S1AP_INITIAL_CONTEXT_SETUP_REQ: 初始化文本建立请求 915.2.6 RRC_UE_CAP_ENQUIRY:UE 能力查询 945.2.7 RRC_UE_CAP_INFO:UE 能力信息 955.2.8 S1AP_UE_CAPABILITY_INFO_IND:UE 能力信息指示 995.2.9 RRC_SECUR_MODE_CMD:RRC 安全模式命令 1035.2.10 RRC_CONN_RECFG:RRC 连接重配置 1045.2.11 RRC_SECUR_MODE_CMP:RRC 安全模式完成 1075.2.12 RRC_CONN_RECFG_CMP:RRC 连接重配置完成 1075.2.13 S1AP_INITIAL_CONTEXT_SETUP_RSP: 初始化文本建立完成 1085.2.14 S1AP_ERAB_MOD_REQ:ERAB 修改请求 1095.2.15 RRC_DL_INFO_TRANSF:RRC 下行直传消息 1105.2.16 S1AP_ERAB_MOD_RSP:ERAB 修改完成 1105.2.17 RRC_CONN_RECFG:RRC 连接重配置 1115.2.18 RRC_UL_INFO_TRANSF:RRC 上行直传消息 1165.2.19 S1AP_UL_NAS_TRANS: 上行 NAS 直传消息 1165.2.20 RRC_CONN_RECFG_CMP:RRC 连接重配置完成 1175.2.21 RRC_CONN_RECFG:RRC 连接重配置 1175.2.22 RRC_CONN_RECFG_CMP:RRC 连接重配置完成 1195.2.23 RRC_MEAS_RPRT:RRC 测量报告 1195.2.24 RRC_UL_INFO_TRANSF:RRC 上行信息传输 1205.2.25 S1AP_UL_NAS_TRANS: 上行 NAS 信息传输 1205.2.26 S1AP_UE_CONTEXT_MOD_REQ:UE 文本更改请求 1215.2.27 S1AP_UE_CONTEXT_MOD_RSP:UE 文本更改响应 1225.2.28 RRC_CONN_REL:RRC 连接释放 1235.2.29 S1AP_UE_CONTEXT_REL_REQ:UE 文本释放请求 1245.2.30 S1AP_UE_CONTEXT_REL_CMD:UE 文本释放命令 124S1AP_UE_CONTEXT_REL_CMP:UE 文本释放完成 125概述本文通过对重要概念的阐述， 为信令流程的解析做铺垫， 随后讲解 LTE 中重要信令流程， 让大家熟悉各个物理过程是如何实现的， 其次通过异常信令的解读让大家增强对异常信令流 程的判断， 再次对系统消息的解析， 让大家了解系统消息的特点和携带的内容。 最后通过实 测信令内容讲解，说明消息的重要信元字段。第一章 协议层与概念1.1 控制面与用户面在无线通信系统中，负责传送和处理用户数据流工作的协议称为用户面；负责传送和处 理系统协调信令的协议称为控制面。 用户面如同负责搬运的码头工人， 控制面就相当于指挥 员，当两个层面不分离时，自己既负责搬运又负责指挥， 这种情况不利于大货物处理， 因此 分工独立后，办事效率可成倍提升，在 LTE 网络中，用户面和控制面已明确分离开。1.2 接口与协议接口是指不同网元之间的信息交互时的节点，每个接口含有不同的协议，同一接口的网 元之间使用相互明白的语言进行信息交互， 称为接口协议， 接口协议的架构称为协议栈。 在LTE中有空中接口和地面接口，相应也有对应的协议和协议栈。*馆令流 数据渡图1子层、协议栈与流-MAC-MACPayload 选择Payload 选择优先级处理M A C 调 度重传控制调制方案调制方案天线资源分配天线资源分配IP包EPS承载无线承载HARQ传输信道MAC复用eNodeBPDCPRLC逻辑信道PHY物理信道IP包解密解头压缩合并、ARQMAC解复用HARQ译码解调天线解映射UE图2子层运行方式LTE系统的数据处理过程被分解成不同的协议层。简单分为三层结构：物理层、数据链IP包路层L2和网络层。图1阐述了 LTE系统传输的总体协议架构以及用户面和控制面数据信息的路径和流向。用户数据流和信令流以IP包的形式进行传送，在空中接口传送之前, 将通过多个协议层实体进行处理，到达 eNodeB 后，经过协议层逆向处理，再通过 S1/X2接口分别流向不同的 EPS 实体，路径中各协议子层特点和功能如下：1.2.1 NAS 协议（非接入层协议）处理 UE 和 MME 之间信息的传输，传输的内容可以是用户信息或控制信息（如业务的 建立、释放或者移动性管理信息） 。它与接入信息无关， 只是通过接入层的信令交互， 在 UE 和 MME 之间建立起了信令通路，从而便能进行非接入层信令流程了。NAS 层功能如下：会话管理：包括会话建立、修改、释放及 QoS 协商用户管理：包括用户数据管理，以及附着、去附着 安全管理：包括用户与网络之间的鉴权及加密初始化 计费1.2.2 RRC 层（无线资源控制层）RRC 层是支持终端和 eNodeB 间多种功能的最为关键的信令协议。 RRC 的功能包括：广播 NAS 层和 AS 层的系统消息寻呼功能（通过 PCCH 逻辑信道执行）RRC 连接建立、 保持和释放， 包括 UE 与 E-UTRAN 之间临时标识的分配、 信 令无线承载的配置 安全功能，包括密钥管理 端到端无线承载的建立、修改与释放 移动性管理，包括 UE 测量报告，以及为了小区间和 RAT 间移动性进行的报 告控制、 小区间切换、 UE 小区选择与重选、 切换过程中的 RRC 上下文传输等MBMS 业务通知，以及 MBMS 业务无线承载的建立、修改与释放QoS 管理功能UE 测量上报及测量控制NAS 消息的传输NAS 消息的完整性保护1.2.3 PDCP 层(分组数据汇聚协议层)负责执行头压缩以减少无线接口必须传送的比特流量。头压缩机制基于 ROHC 。在接收 端， PDCP 协议将负责执行解密及解压缩功能。对于一个终端每个无线承载有一个 PDCP 实体。一个 PDCP 实体是关联控制平面还是用户平面，主要取决于它为哪种无线承载携带 数据。PDCP层在控制面对 RRC和NAS层消息进行完整性校验，在用户面不进行完整性校验。PDCP 层功能IP 包头压缩与解压缩 数据与信令的加密 信令的完整性保护。1.2.4 RLC 层(无线链路控制层)负责分段与连接、重传处理，以及对高层数据的顺序传送。RLC 层以无线承载的方式为PDCP 层提供服务，其中，每个终端的每个无线承载配置一个RLC 实体。主要目的是将数据交付给对端的 RLC 实体。所以 RLC 提出了三种模式：透明模式( Transparent Mode ， TM )、非确认模式(Unacknowledged Mode , UM )和确认模式(Acknowledged Mode，AM )。BCCH 或TM 模式最简单，它对于上层数据不进行任何改变，这种模式典型地被用于PCCH 逻辑信道的传输，该方式不需对 RLC 层进行任何特殊的处理。 RLC 的透明模式实体 从上层接收到数据，然后不做任何修改地传递至下面的 MAC 层，这里没有 RLC 头增加、 数据分割及串联。UM 模式可以支持数据包丢失的检测，并提供分组数据包的排序和重组。 UM 模式能够 用于任何专用或多播逻辑信道，具体使用依赖于应用及期望 QoS 的类型。数据包重排序是 指对不按顺序接收到的数据进行排序。AM 模式是一种最复杂的模式。除了 UM 模式所支持的特征外， AM RLC 实体能够在 检测到丢包时要求它的对等实体重传分组数据包，即 ARQ 机制。因此， AM 模式仅仅应用 于 DCCH 或 DTCH 逻辑信道。一般来讲， AM 模式典型地用于 TCP 的业务，如文件传输，这类业务主要关心数据的 无错传输； UM 模式用于高层提供数据的顺序传送，但是不重传丢失的 PDU ，典型地用于 如 Voip 业务，这类业务最主要关心传送时延； TM 模式则仅仅用于特殊的目的，如随机接 入。1.2.5 MAC 层（媒体接入层）负责处理 HARQ 重传与上下行调度。 MAC 层将以逻辑信道的方式为 RLC 层提供服务。 其主要目的是为 RLC 层业务与物理层之间提供一个有效的连接。从这个角度看， MAC 层支持的主要功能包括：逻辑信道与传输信道之间的映射；传输格式的选择， 例如通过选择传输块大小、 调制方案等作为输入参数提供给 物理层； 一个 UE 或多个 UE 之间逻辑信道的优先级管理； 通过 HARQ 机制进行纠错；填充（ Padding ）；RLC PDU 的复用与解复用；业务量的测量与上报。MAC 层提供给上层的业务主要包括： 数据传送及无线资源分配。 物理层提供给 MAC 层 的业务包括：数据传送、 HARQ 反馈信令、调度请求信令以及测量。在上行链路发送中，终端侧的 MAC 层只是复用自己的多个上行链路数据流，并且决定 是发送上行链路调度请求还是发送上行链路数据。然而在下行链路共享信道， eNodeB 必 须考虑小区内发往所有用户的数据流（或逻辑信道） 。这就涉及到优先级处理过程，优先权 处理是 MAC 层的一个主要功能。 优先权处理过程是指从不同的等待队列选出一个分组， 将 其传递到物理层， 并通过无线接口发送的过程。 因为要考虑到不同信息流的发送， 包括纯用 户数据、 E-UTRAN 信令和 EPC 信令，这个过程非常复杂。 当已传数据没有正确接收时， 是 否重传也与优先权处理有关，所以优先权处理过程还是与 HARQ 密切相关的， HARQ 是 MAC 的另一个主要功能。此外，网络侧的 MAC 层要负责上行链路优先权处理，因为它必 须从共享 UL-SCH 传输信道的多个终端的所有上行链路调度请求消息中进行选择。1.2.6 PHY 层（物理层）负责处理编译码、调制解调、多天线映射以及其它电信物理层功能。物理层以传输信道 的方式为 MAC 层提供服务。物理层将包含如下功能：传输信道的错误检测并向高层提供指示。传输信道的前向纠错编码（FEC ）与译码。混合自动重传请求（ HARQ ）软合并。 传输信道与物理信道之间的速率匹配及映射。 物理信道的功率加权。物理信道的调制与解调。时间及频率同步。射频特性测量并向高层提供指示。MIMO 天线处理。传输分集。波束赋形。射频处理。以上为 LTE 网络架构中各层的主要功能和作用，其中MAC 、RLC、PDCP 三个子层组成数据链路层，称为L2。子层与子层之间使用服务接入点（Service Access Points , SAP ）作为端到端通信的接口。 PDCP 层向上提供无线承载服务，并提供可靠头压缩（RobustHeader Compression ， ROHC ）与安全保护功能；物理层与 MAC 层之间的 SAP 为传输 信道， MAC 层与 RLC 层之间的 SAP 为逻辑信道。 物理信道， 执行信息的收发； 传输信道， 区分信息的传输方式；逻辑信道，区分信息的类型。MAC 层主要负责提供逻辑信道到传输信道之间的映射， 同时执行将几个逻辑信道 （例如无线承载）复用到统一传输信道（例如 传输块）。LTE 系统的上下行架构各子层实现功能是基本相同的，它们的主要区别在于下行反映网 络侧情况，处理多个用户；上行反映终端侧的情况，只处理一个用户。1.3空闲态和连接态EPS中有两种管理模型：移动性管理EMM和连接性管理 ECM。EMM状态描述的是UE在网络中的注册状态，表明UE是否已经在网络中注册。注册状态的转变是由于移动性管理过程而产生的，比如附着过程和TAU过程。EMM分为已注册和为注册两种状态。而ECM描述的是UE和EPC间的信令连接性，也有两种状态：空闲态 ECM-IDLE和连接态 ECM-CONNECTED 。空闲态和连接态是 RRC子层中的两种状态，建立了 RRC连接就是连 接态，释放了 RRC连接就是空闲态，如果是脱网、关机、DETACHED就是DEAD态(在RRC中描述为 NULL)。表1空闲态和连接态的特征空闲状态(RRC-IDLE )的特征PLMN选择；系统信息广播；不连续接收寻呼；小区重选移动性；UE和网络之间没有信令连接，在E-UTRAN中不为UE分配无线资源，并且没有建立上下文。UE和网络之间没有 S1-MME和S1-U连接。UE在由下行数据到达时，上述应终止在S-GW， 并由MME发起寻呼。网络对应UE位置所知的精度为TA级别。当UE进入未注册的新TA时，应执行TA更新。 应使用DRX等具有省电的功能连接状态(RRC-CONNECTED )的特征UE有一个RRC连接；UE在E-UTRAN中具有通信上下文；E-UTRAN知道UE当前属于哪个小区；网络和终端之间可以发送和接收数据；网络控制的移动性管理，包括切换或者网络辅助小 区更改(NACC )至9 GERAN小区；可以测量邻小区；终端可以监听控制信道以便确定网络是否为它配置 了共享信道资源；eNodeB可以根据终端的活动情况配置不连续接收 (DRX )周期，节约电池并提高无线资源的利用率图3状态的转换过程1.4 网络标识在EPS网络中，一共有6种不同的 UE标识，包括IMSI、IMEI、S-TMSI、C-RNTI、GUTI 和IP,各个标识的生命周期、有效周期、功能作用和分配方式各不相同，在LTE信令分析中要懂得区分和查找。C-RNTI: 小区无线网络临时标识,由基站分配给 UE 的一个动态标识,唯一标识了一个小 区空口下的 UE，只有处于连接态下的 UE，C-RNTI才有效。（T-RNTI是临时的 C-RNTI， 连接态建立后 T-RNTI 会晋升为正式的 C-RNTI ）RA-RNTI: 接入用 -无线网络临时标识，收端 UE 知道自己之前 Preamble 的发送位置， 通过计算可以检测 PDCCH 上是否有自己对应的 RA-RNTI ；有，则说明接入被响应。 RA-RNTI 可由 UEeNodeB 根据公式计算而得（发生时刻、频域资源、前导格式等决定） ， 无需通过信令来传送。 对于 FDD ， RA-RNTI 和 preamble 发送的子帧号一一对应， 对于 TDD 同时要考虑频率资源。所以 RA-RNTI 对于 FDD 是 10 个，对于 TDD 最多 60 个。此标识 在这里与其他标识对比，是接入用的标识。IMEI: 是由设备制造商给 UE 设备分配的一个永久标识， IMEI 存储在 SIM 卡和 HSS 中， 同时 IMEI 可防止不法手机的再使用等，目前中国未使用。IMSI: 国际移动用户识别码，由 SP（ service provider ）给 UE 分配的一个永久标识， 开户就有。只要 UE 能够使用 SP 提供的服务就一直有效， IMSI 存储在 SIM 和 HSS 中，是 3GPP 的 PLMN 中全球唯一标识。S-TMSI: S-TMSI 是临时 UE 识别号，由 MME 产生并维护，用于 NAS 交互中保护用户 的IMSI，其中S代表SAE，与M-TMSI 致。而在小区级识别 RRC连接时，C-RNTI提供 唯一的 UE 识别号。UE ID:UE标识，用于识别 UE。这些标识用户身份的ID在建立RRC连接时发送到eNB进行用户身份识别。UE ID可以是IMEI、IMSI、S-TMSI，另外UE ID不仅用于基站进行用户识别，在SAE侧同样需要使用 UE ID进行用户识别。GUTI:在网络中唯一标识 UE,可以减少IMSI、IMEI等用户私有参数暴露在网络传输中。GUTI由核心网分配的一个动态标识。只有在 EPC注册同时附着 MME的UE, GUTI才有效。存储在 UE和MME 中。在attach accept, TAU accept, RAU accept等消息中带给UE。第一次attach时UE携带IMSI，而之后 MME会将IMSI和GUTI进行一个对应，以 后就一直用 GUTI，通过attachaccept 带给UE。在同一个 MME下,GUTI与M-TMSI 致。IP地址：是有PGW分配的一个动态的标识。在上下文本存在时有效。1.5承载概念在LTE系统中，一个UE到一个PGW之间，具有相同Qos待遇的业务流称为一个 EPS承载。EPS承载中UE到eNB空口之间的一段称为无线承载RB; eNB到SGW之间的一段称为S1承载。无线承载与 S1承载统称为E-RAB。11111111S-GW111P0I1II1Past Entity11111-UT RANE PC牛4Internei：End-to-end ServiceUEEPS BejrerS5. SS BearerRadio EiearerSiRadioExternal HearerSSS8图4承载的位置关系无线承载根据承载的内容不同分为SRB( signaling radio bearer )和DRB( data radiobearer )SRB 承载控制面(信令)数据，根据承载的信令不同分为以下三类SRB：SRBO :承载RRC连接建立之前的 RRC信令，通过CCCH逻辑信道传输，在RLC层采用 TM 模式。SRB1 承载 RRC 信令(可能会携带一些 NAS 信令)和 SRB2 之间之前的 NAS 信令，通 过 DCCH 逻辑信道传输，在 RLC 层采用 AM 模式。SRB2 承载 NAS 信令，通过 DCCH 逻辑信道传输，在 RLC 层采用 AM 模式， SRB2 优先 级低于SRB1，安全模式完成后才能建立 SRB2。DRB 承载用户面数据，根据 Qos 不同， UE 与 eNB 之间可能最多建立 8 个 DRB 。根据用户业务需求和 Qos 的不同可以分为 GBR/ Non-GBR 承载，默认承载 专用承载， 对承载的概念可以理解为“隧道” 、“专有通道” 、“数据业务链路” 。GBR/ Non-GBR 承载:在承载建立或修改过程中通过例如 eNode B 接纳控制等功能永 久分配专用网络资源给某个保证比特速率(Guaranteed Bit Rate ，GBR)的承载，可以确保该承载的比特速率。否则不能保证承载的速率不变则是一个Non-GBR 承载默认承载( Default Bearer ):一种满足默认 QOS 的数据和信令的用户承载，提供“尽 力而为”的 IP 连接。默认承载为 Non-GBR 承载。默认承载为 UE 接入网络时首先建立的 承载，该承载在整个 PDN 连接周期都会存在，为 UE 提供到 PDN 的“永远在线”的 IP 连 接。专用承载:对某些特定业务所使用的 SAE 承载。一般情况下专用承载的 QOS 比默认承 载高，专用承载可以是 GBR 或 Non-GBR 承载。第二章 主要信令流程选择到一个合适或者可接2.1 开机附着流程UE 刚开机时， 先进行物理下行同步， 搜索测量进行小区选择，纳的小区后，驻留并进行附着过程。附着流程图如下：eNBEPC（包含Activate2. RA Respo nse3. RRCCo nn ectio nRequest4. RRCCo nn ectio nSetup5.RRCCo nn ectio nSetupCompleteAttach Request、 PDN conn ectivity request消息 ）（包含Attach Request7. Ide ntity/Authe nticati on/Security10. UECapabilityE nquiry11. UECapabilityI nformation13. SecurityModeComma nd14. SecurityModeComplete15. RRCC onn ecti on Rec on figurati on(包含 Attach Accept default EPS bearer con text request16. RRCC onn ectio nReco nfigurati on CompleteActivate defa18.ULIn formati onTran sfer(包含 Attach Complete ult EPS bearer con text accept6. In itial UE message、 PDN conn ectivity request消息）8.建立默认EPS 承载等9.Activate defaultIn itial con text setup request (包含 Attach Accept EPS bearer con text request)?2._ UE Capability Info In dication17In itial con text setup resp onseUPLINK NAS TRANSPORT 包含Attach CompleteActivate default EPS bearer con text accept19.First Uplink Data图5正常开机附着流程开机附着流程说明：1） 步骤15会建立RRC连接，步骤6、9会建立S1连接，完成这些过程即标志着NAS signalling connection 建立完成，见 24.301 。2） 消息7的说明：UE刚开机第一次attach，使用的IMSI，无Identity 过程；后续，如果有有效的 GUTI，使用GUTI attach ，核心网才会发起Identity 过程（为上下行直传消息）。3） 消息1012 的说明：如果消息9 带了 UE Radio Capability IE，_则eNB 不会发送 UECapabilityEnquiry 消息给UE，即没有1012过程；否则会发送，UE上报无线能力信息后，eNB 再发UE Capability Info Indication，给核心网上报 UE的无线能力信息。为了减少空口开销，在IDLE 下 MME会保存 UE Radio Capability 信息，在 INITIAL CONTEXT SETUPREQUES消息会带给 eNB,除非 UE在执行 attach 或者first TAUfollowing GERAN/UTRAAttach or UE radio capability update TAU 过程（也就是这些过程MME不会带 UE Radio Capability 信息给 eNB,并会把本地保存的 UE Radio Capability信息删除，eNB会问UE要能力信息，并报给 MME注：UE radiocapability update TAU is only supported for changes of GERAN and UTRAN radio capabilities in ECM-IDLE.）。在 CONNECTE1D，eNB会一直保存 UE Radio Capability 信息。UE的 E_UTRANc线能力信息 如果发生改变，需要先 detach，再attach。4）发起UE上下文释放（即2125 ）的条件：eNodeB-initiated with cause e.g. O&M Intervention, Unspecified Failure, User Inactivity, Repeated RRCsignalling Integrity Check Failure, Release due to UEgenerated signalling connection release, etc.; or-MME-initiated with cause e.g. authentication failure, detach, etc.5）eNB收到msg3 以后，DCM 给USM 配臵SRB1，配臵完后发送 msg4给UE ; eNB在发送RRCConnectionReconfiguration前，DCM 先给 USM 配臵 DRB/SRB2等信息，配臵完后发送RRCConnectionReconfiguration 给 UE，收到 RRCConnectionReconfigurationComplete后，控制面再通知用户面资源可用。6） 消息1315的说明：eNB发送完消息13，并不需要等收到消息14，就直接发送消息15。7）如果发起IMSI attach 时，UE的IMSI与另外一个 UE的IMSI重复，并且其他 UE已经attach ，则核心网会释放先前的 UE。如果IMSI中的MNC与核心网配臵的不一致，则核心网会回复attach reject 。8） 消息9的说明：该消息为 MME向eNB发起的初始上下文建立请求，请求 eNB建立承载资源，同时 带安全上下文，可能带用户无线能力、切换限制列表等参数。UE的安全能力参数是通过 attach request 消息带给核心网的，核心网再通过该消息送给eNB。UE的网络能力（安全能力）信息改变的话，需要发起TAU2.2随机接入流程随机接入是蜂窝系统应具有的最基本的功能，它使终端与网络建立通信连接成为可能， 由于用户的随机性、无线环境的复杂性决定了这种接入的发起以及采用的资源也具有随机性, 因此随机接入的成功率取决于随机接入流程是否能够顺利完成。从随机接入发起的目的来看主要有：请求初始接入从空闲状态向连续状态转换支持eNB之间的切换过程取得/恢复上行同步向eNB请求UE ID向eNB发出上行发送的资源请求总体来说随机接入就是 UE与eNB建立无线链路，获取/恢复上行同步从随机接入流程发起的场景来看，主要有以下几种情况:1、随机接入和状态转移3、切换后 ! 接入新小区随机接入场景2、无线链路失败的重建立4、上行失步时，下行数据到达5、上行失步时，上行数据到达图6随机接入场景随机接入分为基于竞争的（可应用于上述所有场景）、基于非竞争的（只应用于切换和下 行数传场景）两种流程接入网络。其区别为针对两种流程选择随机接入前缀的方式不同。前后者是基站侧者为UE从基于冲突的随机接入前缀中依照一定算法随机选择一个随机前缀;通过下行专用信令给UE指派非冲突的随机接入前缀。基于竞争模式的随机接入：RRC_IDLE|犬态下的初始接入；无线链路出错以后的初始接入；RRC_CONNECT状态下，当有上行数据传输时，例如在上行失步后“non-synchronised ”，或者没有PUCC资源用于发送调度请求消息，也就是说在这个时候除了通过随机接入的方式外，没有其它途径告诉eNB UE存在上行数据需要发送基于非竞争模式的随机接入：RRC_CONNECT状态下，当下行有数据传输时，这时上行失步“non-synchronised ”，因为数据的传输除了接收外，还需要确认，如果上行失步的话，eNB无法保证能够收到UE的确认信息，因为这时下行还是同步的，因此可以通过下行消息告诉UE发起随机接入需要使用的资源，比如前导序列以及发送时机等，因为这些资源都是双方已知的，因此不需要通过竞争的方式接入系 统；切换过程中的随机接入，在切换的过程中，目标eNB可以通过服务eNB来告诉UE它可以使用的资源；UEeNBRandom Access PreambleXRandom Access ResponseScheduled TransmissionContention Resolution图7基于竞争的随机接入流程基于竞争随机接入流程说明1）MSG1 : UE在RACH上发送随机接入前缀，携带 preamble 码；2） MSG2 : eNB侧接收到MSG1后，在DL-SCH 上发送在MAC层产生随机接入响应（RAR），RAR响应中携带了 TA调整和上行授权指令以及 T-CRNTI （临时CRNTI ）；3) MSG3 (连接建立请求)：UE收到MSG2后，判断是否属于自己的 RAR消息(利用preamble ID核对)，并发送 MSG3消息，携带 UE-ID。UE的RRC层产生RRC Connection Request 并映射到UL - SCH上的CCCH逻辑信道上发送；4) MSG4(RRC 连接建立):RRC Contention Resolution 由 eNB 的 RRC 层产生，并在映射到 DL-SCH上的CCCH or DCCH(FFS)逻辑信道上发送，UE正确接收MSG4完成竞争解决。在随机接入过程中，MSG1和MSG2是低层消息，L3层看不到，所以在信令跟踪上，UE入网的第一条信令便是MSG3(RRC_CONN_REQ)MSG2肖息由eNB的MAC层产生，并由SCH承载，一条MSG2肖息可以同时对应多个 UE的随机接入请求响应。eNB使用PDCCH调度MSG2并通过RA-RNTI进行寻址，RA-RNTI由承载MSG1的PRACH寸频资源位置确定；MSG2包含上行传输定时提前量、为 MSG分配的上行资源、临时 C-RNTI等；UE在接收MSG后，在其分配的上行资源上传输 MSG3针对不同的场景，Msg3包含不同的内容：初始接入：携带 RRC层生成的RRC!接请求，包含UE的S-TMSI或随机数；连接重建：携带 RRG层生成的RRC!接重建请求，C-RNTI和PCI ；切换：传输RRC层生成的RRC切换完成消息以及 UE的C-RNTI；上/下行数据到达：传输UE的C-RNTI；竞争解决初始接入和连接重建场景切换，上/下行数据到达场景竞争判定MSG携带成功解调的MSG3肖息的拷贝，UE 将其与自身在MSG中发送的高层标识进行比 较，两者相同则判定为竞争成功UE如果在PDCCI上接收到调度MSG牟勺命令，则竞争 成功调度MSG使用由临时C-RNTI加扰的PDCCI调度eNB使用C-RNTI力口扰的PDCC调度MSG4C-RNTIMSG中下发的临时C-RNTI在竞争成功后升级为 UE的 C-RNTIUE之前已分配 C-RNTI，在MSG中也将其传给eNB竞争解决后，临时C-RNTI被收回，继续使用UE原C-RNTIRA Preamble assignmentRandom Access PreambleRandom Access Respons&图8基于非竞争的随机接入基于非竞争随机接入流程说明1) MSG0 : eNB 通过下行专用信令给UE指派非冲突的随机接入前缀( non-contention Random Access Preamble )，这个前缀不在 BCH上广播的集合中。2) MSG1 : UE在RACH上发送指派的随机接入前缀。3) MSG2 : ENB的MAC层产生随机接入响应，并在DL-SCH 上发送。对于非竞争随机接入过程， preamble 码由ENB分配，到RAR正确接受后就结束。UE根据eNB的指示，在指定的 PRACHk使用指定的Preamble码发起随机接入MSG0随机接入指示消息对于切换场景，eNB通过RRC信令通知UE对于下行数据到达和辅助定位场景，eNB通过PDCCI通知UEMSG1 发送 Preamble 码UE在eNB指定的PRACHt道资源上用指定的 Preamble码发起随机接入MSG2随机接入响应UE发送的MSG1MSG2与竞争机制的格式与内容完全一样，可以响应多个2.3 UE 发起的 service request流程UE 在 IDLE 模式下，需要发送或接收业务数据时，发起service request 过程（值得强调的是这流程之前是随机接入流程） 。当 UE 发起 service request 时，需先发起随机接入过程， Service Request 由 RRC Connection Setup Comlete携带上去，整个流程类似于主叫过程。当下行数据达到时，网络侧先对 UE 进行寻呼，随后 UE 发起随机接入过程，并发起 service request 过程，在下行数据达到发起的 service request 类似于被叫接入。 service request 流程就是完成 Initial context setup ，在 S1 接口上建立 S1 承载，在 Uu 接口上建立数据无线承载，打通 UE 到 EPC 之间的路由，为后面的数据传输做好准备。Service Request流程说明:1) 处在RRC_IDLE 态的UE进行Service Request 过程，发起随机接入过程，即MSG1消息;2) eNB检测到MSG1消息后，向UE发送随机接入响应消息，即 MSG2消息;3 ) UE 收 到 随 机 接 入 响 应 后 ， 根 据 MSG2 的 TA 调 整 上 行 发 送 时 机 ， 向 eNB 发 送 RRCConnectionRequest 消息，即 MSG3 消息；4 ) eNB 向 UE 发送 RRCConnectionSetup 消息，包含建立 SRB1 承载信息和无线资源配臵信息；5 ) UE 完成 SRB1 承载和无线资源配臵 ,向 eNB 发送 RRCConnectionSetupComplete消息，包含 NAS层 Service Request 信息；6 ) eNB 选择 MME ，向 MME 发送 INITIAL UE MESSAGE 消息，包含 NAS 层 Service Request 消 息；7 ) UE 与 EPC 间执行鉴权流程，与 GSM 不同的是： 4G 鉴权是双向鉴权流程，提高网络安全能力。8) MME 向 eNB 发送 INITIAL CONTEXT SETUP REQUEST 消息，请求建立 UE 上下文信息；9 ) eNB 接收到 INITIAL CONTEXT SETUP REQUEST 消息，如果不包含 UE 能力信息，则 eNB 向 UE 发送 UECapabilityEnquiry 消息，查询 UE 能力；10 ) UE 向 eNB 发送 UECapabilitylnformation 消息，报告 UE 能力信息；11) eNB 向 MME 发送 UE CAPABILITY INFO INDICATION 消息，更新 MME 的 UE 能力信息；12 ) eNB 根据 lNlTlAL CONTEXT SETUP REQUEST 消息中 UE 支持的安全信息，向 UE 发送SecurityModeCommand 消息，进行安全激活；13 ) UE 向 eNB 发送 SecurityModeComplete 消息，表示安全激活完成；14 ) eNB 根据 lNlTlAL CONTEXT SETUP REQUEST 消息中的 ERAB 建立信息，向 UE 发送RRCConnectionReconfiguration 消息进行 UE 资源重配，包括重配 SRB1 和无线资源配臵，建立 SRB2 信令承载、 DRB 业务承载等；15 ) UE 向 eNB 发送 RRCConnectionReconfigurationComplete消息，表示资源配臵完成；16) eNB 向 MME 发送 lNlTlAL CONTEXT SETUP RESPONSE 响应消息， 表明 UE 上下文建立完成。 流程到此时完成了 service request ，随后进行数据的上传与下载。信令1720 是数据传输完毕后，对 UE 去激活过程，涉及 UE context release 流程。2.4 寻呼流程寻呼是网络寻找 UE 时进行的信令流程，网络中被叫必须通过寻呼来响应，才能正常通信。为减少信令负荷，在 LTE中寻呼触发条件有三种： UE被叫（MME发起）；系统消息改 变时（ eNB 发起）；地震告警（ Etws ，不常见） 。寻呼过程的实现依靠 TA 来进行（相当于 2/3G的LAC），需要说明的是寻呼的范围在 TAC区内进行，不是在 TAC LIST的范围内进 行寻呼， TA LIST 只是减少了位置更新次数，从另一个方面降低信令负荷。寻呼指示在 PDCCH 信道上通知 UE 响应自己的寻呼消息 （ PDCCH 通知上携带 P-RNT1 ， 表示这是个寻呼指示），空口进行寻呼消息的传输时，eNB将具有相同寻呼时机的UE寻呼内容汇总在一条寻呼消息里， 寻呼消息内容被映射到 PCCH 逻辑信道中， 并根据 UE 的 DRX 周期在 PDSCH 上发送， UE 并不是一次到位找到属于自己的寻呼消息，而是先找到寻呼时 机，如果是自己的寻呼时机就在 PDSCH 信道上查询并响应属于自己的寻呼内容。为了降低 IDLE 状态下的 UE 的电力消耗， UE 使用非连续接收方式 （DRX ） ，接收寻呼消 息。 IDLE 状态下的 UE 在特定的子帧里面根据 P-RNTI 监听读取 PDCCH ，这些特定的子帧 称为寻呼时机（ Paging Occasion ），这些子帧所在的无线帧称为（ Paging Frame ）， UE 通过相关的公式来确定 PF和PO的位置。计算出 PF和PO的具体位置后，UE开始监听 PDCCH ，如果发现有 P-RNT1 ，那么 UE 在响应的位置上（ PDSCH 信道）获取 Paging 消 息,Paging message中携带具体的被寻呼的 UE标识（IMSI或S-TMSI）。若在PCH上未找 到自己的标识， UE 再次进入 DRX 状态。如果按寻呼方式不同， 可以有 STMSI 寻呼和 IMSI 寻呼，一般情况下， 优先使用 STMSI 寻呼，当网络发生错误需要恢复时（例如 S-TMSI 不可用），才发起 IMSI 寻呼。寻呼发起原因不同也可分为被叫寻呼和小区系统消息改变时寻呼（地震寻呼不考虑） ，区别在于被叫寻呼由 EPC发起，经ENB透传；而小区系统改变时寻呼由ENB发起。我们常 说的寻呼，主要还是指被叫寻呼。图10寻呼流程被叫寻呼流程说明：1 ）当EPC需要给UE发送数据时，则向eNB发送PAGING消息；2）eNB根据MME发的寻呼消息中的 TA列表信息，在属于该 TA列表的小区发送 Paging消息，UE在 自己的寻呼时机接收到 eNB发送的寻呼消息。2.5切换流程2.5.1切换的含义及目的当正在使用网络服务的用户从一个小区移动到另一个小区，或由于无线传输业务负荷量调整、激活操作维护、设备故障等原因，为了保证通信的连续性和服务的质量，系统要将该用户与原小区的通信链路转移到新的小区上，这个过程就是切换。本文中所描述的均为 LTE系统内切换，系统间切换需要UE支持，并不做详细描述。在LTE系统中，切换可以分为站内切换、站间切换（或基于X2 口切换、基于S1 口切换），当X2接口数据配置完善且工作良好的情况下就会发生X2切换，否则基站间就会发生 S1切换。一般来说X2切换的优先级高于 S1切换。2.5.2 切换发生的过程 切换判决准备测量报告控制和测量报告上报基站根据不同的需要利用移动性管理算法给 UE 下发不同种类的测量任务，在 RRC 重 配消息中携带 MeasConfig 信元给 UE 下发测量配置； UE 收到配置信息后，对测量对象 实施测量， 并用测量上报标准进行结果评估， 当评估测量结果满足上报标准后向基站发送相 应的测量报告，比如 A2A3 等事件。基站通过终端上报的测量报告判决是否执行切换。当判决条件达到时，执行以下步骤：切换准备：目标网络完成资源预留 切换执行：源基站通知 UE 执行切换； UE 在目标基站上连接完成 切换完成：源基站释放资源、链路，删除用户信息 值得注意的是 LTE 系统中，切换命令封装在消息 RRC_CONN_RECFG 信令消息中。2.5.3 站内切换当 UE 所在的源小区和要切换的目标小区同属一个 eNB 时， 发生 eNB 内切换。 eNB 内切换是各种情形中最为简单的一种， 因为切换过程中不涉及 eNB 与 eNB 之间的信息交 互，也就是 X2 、S1 接口上没有信令操作，只是在一个 eNB 内的两个小区之间进行资源 配置，所以基站在内部进行判决，并且不需要向核心网申请更换数据传输路径。站内切换流程说明：其中步骤1、2、3、4为切换准备阶段，步骤 5、6为切换执行阶段，步骤 7为切换完成阶段。1) eNodeB 向UE下发测量控制，通过 RRC Connection Reconfigration 消息对UE的测量类型进行 配臵；2) UE按照eNodeB下发的测量控制在 UE的RRC协议端进行测量配臵，并向eNodeB发送RRCConnection Reconfigration Complete消息表示测量配臵完成；3) UE按照测量配臵向eNodeB上报测量报告；4) eNodeB根据测量报告进行判决，判决该 UE将发生eNodeB内切换，在新小区内进行资源准入，资 源准入成功后为该 UE申请新的空口资源；5) 资源申请成功后 eNo