[4G&5G专题-78]：流程 - 4G LTE 核心网的Attach流程

Posted 2021-05-15 文火冰糖的硅基工坊

目录

第1章 L3层信令架构

1.1 RAN协议栈

1.2 信令流与数据流

1.3 信道映射

1.4 连接管理

1.5 手机附着的整体流程

1.6 无线承载

1.7 RRC连接状态

第2章 核心网的Attach流程

2.1 Attach流程简述

2.2 NAS与AS

2.2 Attach流程三大步

2.3 Attach详细流程时序图

第3章 信令连接的释放过程

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第1章 L3层信令架构

1.1 RAN协议栈

 

1.2 信令流与数据流

 

1.3 信道映射

 

1.4 连接管理

 

1.5 手机附着的整体流程

 

1.6 无线承载

Radio Bearer (RB)是RRC层的概念，是基站为UE分配的不同层协议实体及配置的总称，包括PDCP协议实体、RLC协议实体、MAC协议实体和PHY分配的一系列资源等。

RRC层的无线承载分为小区系统级静态无线承载和手机专有级动态无线承载。

RB是Uu接口连接eNodeB和UE的通道（包括PHY、MAC、RLC和PDCP），任何在Uu接口上传输的数据都要经过RB。RB包括SRB和DRB。

SRB是系统的信令消息实际传输的通道，

DRB是用户数据实际传输的通道。

RRC是管理RB的协议实体，通过RRC信令的交互完成RB的建立、修改以及释放等功能。

通俗的讲RRC连接指的是UE和eNodeB之间建立的SRB1,因为标准规定SRB0是不需要建立的，UE在RRC_IDLE状态就可以获得SRB0的配置和资源，如果需要可以直接使用。

系统中业务发起的过程是：

（0）SRB0：SRB0是缺省承载，UE在随机接入成功后，进入RRC_IDLE时，该承载就建立起来。

（1）通过默认信令承载SRB0，建立手机与基站之间的业务信令承载SRB1，SRB1建立之后UE就进入RRC_Connected状态；

（2）通过业务信令承载SRB1，建立手机与核心网之间的NAS信令承载SRB2；SRB2专门用于传输核心网NAS信令； RRCConnectionSetup消息用于建立SRB1.

（3）通过业务信令承载SRB1，建立手机与基站之间的业务数据承载DRB1或DRB2, 不同的业务数据，需要建立不同的DRBx。

（4）在业务传输过程中，通过SRB1进行管理

（5）当业务结束后，通过业务信令承载SRB1上传输的信令，可以将所有的DRB、SRB1和2，使得UE进入到RRC_IDLE状态，在需要时UE唯一可以使用的资源就是SRB0，而且需要在完成随机接入之后进行。

 

1.7 RRC连接状态

RRC idle：随机接入成功，但手机和基站时间还没有建立RRC信令连接。

RRC Connected：手机和基站时间建立起RRC信令连接。手机可以通过RRC连接发送信令请求，基站也可以通过RRC连接给手机发送信令。

也就是，基站为终端分配号了用于传送RRC信令的空口无线资源。

 

第2章 核心网的Attach流程

2.1 Attach流程简述

接入网随机接入过程是UE向基站注册，获取空口上行同步和获取上行无线资源，在基站侧建立UE的默认的RRC信令连接（SRB0)的上下文。

核心网Attach流程流程是UE向核心网注册，获取核心网对UE的身份验证，获取UE的IP地址以及核心网的资源，在核心网侧建立UE的S1连接的上下文和NAS信令的上下文。

2.2 NAS与AS

AS: Access Signal: 手机与基站之间的RRC信令

NAS: Non-Access Signal：手机与核心网之间的信令

如下图所示：

 

2.2 Attach流程三大步

（1）控制面承载连接过程

（2）安全鉴权过程

（3）用户面承载建立过程

 

2.3 Attach详细流程时序图

 

在上述过程中，Step1-5是随机接入过程，详见：

《[4G&5G专题-77]：流程 - 4G LTE 接入网的随机接入流程》

https://blog.csdn.net/HiWangWenBing/article/details/116357792

Step5 MSG (包含UE Attach请求)会触发 核心网的Attach流程。

（1）处在RRC_IDLE态的UE进行Attach过程，首先发起随机接入过程，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；

（4）eNB向UE发送RRCConnectionSetup消息，包含建立SRB0、SRB1承载信息和无线资源配置信息；

这条消息很重要，基站会告诉UE，如何建立SRB1信令承载，如下所示：

 

（5）UE完成SRB1承载和无线资源配置，向eNB发送RRCConnectionSetupComplete消息，包含NAS层Attach request信息；

RRC Establishment Cause： 

• Originating Conversational Call                   会话类主叫（语音，视频电话主叫...） 
• Originating Streaming Call                           流媒体类（移动电视...) 
• Originating Interactive Call                           交互类（Web浏览） 
• Originating Background Call                        背景类（FTP下载   SMS   EMAIL） 
• Originating Subscribed traffic Call 
• Terminating Conversational Call                  会话类被叫（ 语音被叫... ) 
• Terminating Streaming Call                          流媒体类被叫 
• Terminating Interactive Call                          交互类被叫 
• Terminating Background Call                       背景类被叫 
• Emergency Call                                            紧急呼叫 
• Inter-RAT cell re-selection                             系统间小区重选 
• Inter-RAT cell change order                          系统间(PS) 
• Registration， 即Attach                              注册、位置更新
• Detach                                                           去附着 
• Originating High Priority Signalling               彩信发送(发)/HSDPA  有这两种说法：个人认为是彩信业务，字面意思为高优先级信令或信息
• Originating Low Priority Signalling               短信发送(发)    
• Terminating High Priority Signalling              短信发送(收)/HSDPA     Originating和Terminating 就一个主叫和被叫的区别，对应短信彩信也就是发送与接收的区别 
• Terminating Low Priority Signalling               短信发送(收)     
• Call re-establishment                                    呼叫重建

在这里，RRC连接请求的原因是Registration， 即Attach。

（6）eNB选择MME，利用基站与MME之间的S1AP信令连接，先与MME建立S1信令连接，然后向MME发送INITIAL UE MESSAGE消息，包含NAS层Attach request消息；

Attach request包含的是UE相关的信息，对基站是透明的，基站并不解析NAS消息的内容，基站仅仅负责透传。

attach request消息的内容：

• UE所在的跟踪区TAI
• UE的标识
• RRC连接请求的原因：这里是Attach
• S-TMSI
• CSG id：闭合用户组（Closed Subscriber Group，CSG）

是3GPP R8（3GPP，25.367）中引入的概念，意为可连接家庭基站的用户集合；也称封闭用户组。

每个CSG有一个CSG ID标识，同一用户可属于多个CSG，UE维护一张它所属CSG的CSG ID列表，在这个列表之外的其他CSG ID所对应的CSG小区对该UE而言是不可访问的。

• GUMMEI：Globally Unique MME Identity，MME全球唯一标识，MCC、MNC以及MMEI三部分组成，是GUTI的一部分。
• 小区的访问模式
• 传输层网关的地址
• 是否为中继

 

（7）MME向eNB发送INITIAL CONTEXT SETUP REQUEST消息，请求建立信令承载，包含NAS层Attach Accept、Activate default EPS bearer context request消息；

 

（8）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；

（9）UE向eNB发送UE Capability Information消息，报告UE能力信息；

R8的能力：

• 1）UE协议版本号，如R8或R9；
• 2）UE-category，即306表格中写的，针对某个category，下行方向上指明一个TTI接收的最大bit数/最大TB size；  soft channel bit以及支持的MIMO layer；上行方向上指明一个TTI发送的最大bit数/最大TB size 以及是否支持64QAM；
• 3）PDCP参数，即指明PDCP使用哪种ROHC profile；
• 4）PHY层参数，指明ue-TxAntennaSelectionSupported;ue-SpecificRefSigsSupported;
• 5）RF参数，如支持的EUTRAN 的某个band；每个band是否支持半双工；
• 6）测量参数：指示interFreqBandList和interRAT-BandList中的band是否需要measurement gap；
• 7）Inter-RAT参数，包括UTRAN/GERAN/CDMA2000-HRPD&1xRTT；
• 8）非关键扩展，用于后续版本能力扩展；

在R9进行了一些扩展，一些关键内容：

• 1）Phy层参数(9d0)：对于FDD/TDD是否支持enhanced dual layer（PDSCH transmission mode 8）；
• 2）InterRAT能力(9c0)，若是否支持CS回落到CDMA2000，以及重定向到UTRAN；
• 3）为HomeENB增加的上报的ProximityIndication；

R10中增加了CA特性，一些参数扩展：

• 1）UE-category相对于R8/9扩展了UE category6/7/8；
• 2）RF参数扩展了supportedBandCombination-r10（CA/MIMO能力）；
• 3）PHY层参数扩展了非连续资源分配/跨载波调度等能力指示信息；
• 4）测量参数扩展了指示CA bandcombination下测量是否需要gap；
• 5）为MDT增加了idle态测量log的上报；

（10）eNB向MME发送UE CAPABILITY INFO INDICATION消息，更新MME的UE能力信息；

 

（11）eNB根据INITIAL CONTEXT SETUP REQUEST消息中UE支持的安全信息，向UE发送 

（12）SecurityModeCommand消息，进行安全**；

（13）UE向eNB发送SecurityModeComplete消息，表示安全**完成；

 

（14）eNB根据INITIAL CONTEXT SETUP REQUEST消息中的ERAB建立信息，向UE发送RRC Connection Reconfiguration消息进行UE资源重配，包括重配SRB1和无线资源配置，建立SRB2、DRB（包括默认承载）等；

（15）UE向eNB发送RRC Connection Reconfiguration Complete消息，表示资源配置完成；

 

（16）eNB向MME发送INITIAL CONTEXT SETUP RESPONSE响应消息，表明UE上下文建立完成；

（17）UE向eNB发送ULInformationTransfer消息，包含NAS层Attach Complete、Activate default EPS bearer context accept消息；

（18）eNB向MME发送上行透传的UPLINK NAS TRANSPORT消息，包含NAS层Attach Complete、Activate default EPS bearer context accept消息。

至此，手机完成了在核心网中的注册！！！

 

第3章 信令连接的释放过程

Attach之后，如果用户没有数据传输，需要释放SRB1和SRB2信令承载，同时要释放基站与MME之间是S1信令承载。

备注：

（1）不活动的时间通常为20s

（2）在LTE系统中，只释放基站一侧的资源和S1连接，核心网侧不释放UE上下文，这种设计主要为缩短UE发起数据传输的时间。