Get清风S1AP基本信令流程

S1AP基本信令流程

S1AP根本信令流程

1. 概述

LTE的系统架构分为两局部，包括演进后的核心网EPC〔MME/S-GW〕和演进后的接入网E-UTRAN。演进后的系统仅存在分组交换域。 LTE接入网仅由演进后的节点B〔evolved NodeB〕组成，提供到UE的E-UTRA控制面与用户面的协议终止点。eNB之间通过X2接口进行连接。LTE接入网与核心网之间通过S1接口进行连接，S1接口支持多-多联系方式。 与3G网络架构相比，接入网仅包括eNB一种逻辑节点，网络架构中节点数量减少，网络架构更加趋于扁平化。扁平化网络架构降低了呼叫

建立时延以及用户数据的传输时延，也会降低OPEX与CAPEX。

MME / S-GWMME / S-GWX2eNBeNBS1eNBX21.1 E-UTRAN接口的通用协议模型

E-UTRAN接口的通用协议模型如以下图所示，适用于E-UTRAN相关的所有接口，即S1和X2接口。

S1S1X2S1E-UTRAN

Radio Network Layer Control Plane Application Protocol User Plane Transport Transport Network User Plane Network Layer Transport Network User Plane Signalling Bearer(s) Physical Layer Data Bearer(s) 1.2 S1接口

S1接口是MME/S-GW网关与eNB之间的接口，S1接口与3G UMTS系统Iu接口的不同之处在于，Iu接口连接包括3G核心网的PS域和CS域，S1接口只支持PS域。

1.2.1 S1接口的用户平面

用户平面接口位于E-NodeB和S-GW之间，S1接口用户平面〔S1-UP〕的协议

栈如以下图所示。S1-UP的传输网络层基于IP传输，UDP/IP之上的GTP-U用来传输S-GW与eNB之间的用户平面PDU。

1.2.2 S1接口控制面

S1控制平面接口位于E-NodeB和MME之间，传输网络层是利用IP传输，这点类似于用户平面；为了可靠的传输信令消息，在IP曾之上添加了SCTP；应用层的信令协议为S1-AP。S1接口控制面协议

栈如以下图所示：

2. 典型信令流程分析

2.1 开机附着流程

2.1.1 正常流程

UE刚开机时，先进行物理下行同步，搜索测量进行小区选择，选择到一个suitable或者acceptable小区后，驻留并进行附着过程。附着流程图如下：

eNBEPC1. Initial UE message（包含Attach Request、PDN connectivity request消息） 2. 建立默认EPS承载等3. Initial context setup request(包含Attach Accept、Activate default EPS bearer context request)4. UE Capability Info Indication5. Initial context setup response6. UPLINK NAS TRANSPORT（包含Attach Complete、Activate default EPS bearer context accept）First Uplink Data7. 更新承载First Downlink Data检测到User Inactivity8. UE CONTEXT RELEASE REQUEST(Cause)9. 更新承载10. UE CONTEXT RELEASE COMMAND11. UE CONTEXT RELEASE COMPLETE 说明：

1) 步骤1~2会建立S1连接，标志着NAS signaling connection建立完成。 2) 如果消息2带了UE Radio

Capability IE，那么没有4过程 3) 发起UE上下文释放〔即8~11〕的条件：

- eNodeB-initiated with cause e.g. O&M Intervention, Unspecified Failure, User Inactivity,

Repeated

RRC

signalling

Integrity Check Failure, Release due to UE generated signalling connection release, etc.; or

- MME-initiated with cause e.g. authentication failure, detach, etc.

4) 消息3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，同时带平安上下文，可能带用户无线能力、切换列表等参数。UE的

平安能力参数是通过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〔平安能力〕信息改变的话，需要发起TAU。

2.1.2 异常流程case1〔核心网拒绝〕

eNBEPC1. Initial UE message（包含Attach Request、PDN connectivity request消息） 2. MME或者S-GW拒绝3. DOWNLINK NAS TRANSPORT(包含Attach Reject、可能有PDN connectivity reject消息)4. UE CONTEXT RELEASE COMMAND5. UE CONTEXT RELEASE COMPLETE

2.1.3 异常流程case2〔RRC重配消息丧失或者没收到RRC重配完成消息

或者eNB内部配置UE的平安参数等失败〕

eNBEPC1. Initial UE message（包含Attach Request、PDN connectivity request消息） 2. 建立默认EPS承载等3. Initial context setup request(包含Attach Accept、Activate default EPS bearer context request)4. UE Capability Info Indication定时器超时5. Initial context setup failure6. UE CONTEXT RELEASE REQUEST7. 更新承载8. UE CONTEXT RELEASE COMMAND9. UE CONTEXT RELEASE COMPLETE

2.2 UE发起的service request流程

2.2.1 正常流程

UE在IDLE模式下，需要发送业务数据时，发起service request过程，流程图如下：

eNBEPC1. Initial UE message（包含Service Request消息） 2. S1-AP: Initial Context Setup Request3. UE Capability Info Indication4. S1-AP: Initial Context Setup ResponseFirst Uplink Data更新承载First Downlink Data检测到User Inactivity5. UE Context Release Request (Cause)更新承载6. UE Context Release Command7. UE Context Release Complete2.2.2 异常流程case1〔核心网拒绝〕

eNBEPC1. Initial UE message（包含service request 消息） 2. MME或者S-GW拒绝3. DOWNLINK NAS TRANSPORT(包含service reject消息)4. UE CONTEXT RELEASE COMMAND5. UE CONTEXT RELEASE COMPLETE 2.2.3 异常流程case2〔RRC重配消息丧失或者eNB内部配置UE的平安

参数失败或者没有建立起来一个非GBR承载〕

同

2.2.4 异常流程case3〔eNB建立专用承载失败〕

如果eNB建立专用承载失败，那么回复给核心网Initial context setup response，带失败列表，告知核心网专用承载建立失败，核心网会本地去激活该专用承载。流程图同正常流程。

2.2.5 异常流程case4〔eNB建立默认承载失败〕

eNBEPC1. Initial UE message（包含Service Request消息） 2. Initial Context Setup Request3. UE Capability Info Indication4. Initial Context Setup Response（带E-RAB Failed列表）核心网发现默认承载建立失败，本地detach该UE5. UE Context Release Command6. UE Context Release Complete 2.3 网络发起的paging流程

2.3.1 S_TMSI寻呼

UE在IDLE模式下，当网络需要给该UE发送数据〔业务或者信令〕时，发起寻呼过程，流程图如下：

eNBEPC1. NAS: Paging (S_TMSI)同UE发起的service request过程1～4 2.3.2 IMSI寻呼

当网络发生错误需要恢复时〔例如S-TMSI不可用〕，可发起IMSI寻呼，UE收到后执行本地detach，然后再开始attach。

eNBEPC1. NAS: Paging (IMSI)同UE发起的attach request过程1～6 2.4 TAU流程

去附当UE进入一个小区，该小区所属TAI不在UE保存的TAI list内时，UE发起正常TAU流程，分为IDLE和CONNECTED〔即切换时〕下。如果TAU accept分配了一个新的GUTI，那么UE需要回复TAU complete，否那么不用

回复。

2.4.1 正常流程case1〔IDLE下发起的〕

IDLE下，如果有上行数据或者上行信令〔与TAU无关的〕发送，UE可以在TAU request消息中设置an \"active\"标识，来请求建立用户面资源，并且TAU完成后保持NAS信令连接。如果没有设置\"active\"标识，那么TAU完成后释放NAS信令连接。

IDLE下发起的不设置\"active\"标识的正常TAU流程图如下：

eNBEPC1. Initial UE message（包含TAU request） 2. MME间更新UE上下文等3. S1-AP: Initial Context Setup Request(包含TAU Accept)4. UE Capability Info Indication5. S1-AP: Initial Context Setup Response6. UPLINK NAS TRANSPORT（包含TAU Complete）First Uplink Data7. 更新承载First Downlink Data 说明：

1〕如果TAU accept未分配一个新的GUTI，那么无过程6；

2.4.2 正常流程case2〔CONNECTED下发起的〕

eNBEPC1. UPLINK NAS TRANSPORT（包含TAU request消息）2. MME间更新UE上下文等3. DOWNLINK NAS TRANSPORT(包含TAU Accept消息)4. UPLINK NAS TRANSPORT（包含TAU Complete消息） 说明：

1〕如果TAU accept未分配一个新的GUTI，那么无过程4；

2〕CONNECTED下发起的TAU，完成后不会释放NAS信令连接；不能带\"active\"标识。

2.4.3 异常流程同

2.5 去附着流程

2.5.1 关机去附着

UE关机时，需要发起去附着流程，来通知网络释放其保存的该UE的所有资源，流程图如

下：

eNBEPC1. NAS: Detach Request（Switch off）本地清空该UE的所有EPS承载和TEID资源2. UE Context Release Command3. UE Context Release Complete

说明：

IDLE和CONNECTED下发起的区别同上面TAU的区别；

2.5.2 非关机去附着case1〔IDLE下〕

eNBEPC1. Initial UE message（包含Detach Request） 本地清空该UE的所有EPS承载和TEID资源2. DOWNLINK NAS TRANSPORT(包含Detach Accept)3. UE CONTEXT RELEASE COMMAND4. UE CONTEXT RELEASE COMPLETE2.5.3 非关机去附着case2〔CONNECTED下〕

eNBEPC1. UPLINK NAS TRANSPORT（包含Detach request消息）本地清空该UE的所有EPS承载和TEID资源2. DOWNLINK NAS TRANSPORT(包含Detach Accept)3. UE CONTEXT RELEASE COMMAND4. UE CONTEXT RELEASE COMPLETE2.6 专用承载建立流程

2.6.1 正常流程

专用承载建立可以由UE或者MME主动发起，eNB不能主动发起，并且只能在connected下发起该流程。

eNBEPC1. UPLINK NAS TRANSPORT（包含Bearer resource allocation request）2. 承载分配请求3. E-RAB SETUP/MODIFY REQUEST(包含Activate/Modify dedicated EPS bearer context request)4. E-RAB SETUP/MODIFY RESPONSE5. UPLINK NAS TRANSPORT（包含Activate/Modify dedicated EPS bearer context accept）Uplink Data6. 承载分配响应Downlink Data

说明：

1〕如果是MME主动发起的承载建立流程，那么无步骤1；

2〕UE发起的承载建立流程，核心网可以回

复承载建立、修改流程；

2.6.2 异常流程case1〔核心网拒绝〕

eNBEPC1. UPLINK NAS TRANSPORT（包含Bearer resource allocation request）2. 承载分配请求，被拒绝3. DOWNLINK NAS TRANSPORT（包含Bearer resource allocation reject） 2.6.3 异常流程case2〔eNB本地建立失败，核心网主动发起的建立〕

如果eNB建立失败，会回复E-RAB SETUP RESPONSE，带失败建立的承载列表，并带原因值，核心网应该根据原因值处理

eNBEPC1. 承载分配请求2. E-RAB SETUP REQUEST(包含Activate dedicated EPS bearer context request)3. E-RAB SETUP RESPONSE(带E-RAB Failed List，cause \"Radio resources not available\")4. 本地释放承载

2.6.4 异常流程case3〔eNB未等到RRC重配完成消息，回复失败〕

eNBEPC1. 承载分配请求2. E-RAB SETUP REQUEST(包含Activate dedicated EPS bearer context request)定时器超时3. E-RAB SETUP RESPONSE(带E-RAB Failed List，cause \"Failure in the Radio Interface Procedure\")4. 承载释放5. UE CONTEXT RELEASE REQUEST6. 更新承载7. UE CONTEXT RELEASE COMMAND8. UE CONTEXT RELEASE COMPLETE

2.6.5 异常流程case4〔UE NAS层拒绝〕

如果是UE的NAS层拒绝，那么核心网收到后会给eNB发送E-RAB释放消息，来释放刚刚建立的S1承载，此时不带NAS PDU。

eNBEPC1. 承载分配请求2. E-RAB SETUP REQUEST(包含Activate dedicated EPS bearer context request)5. E-RAB SETUP RESPONSE8. UPLINK NAS TRANSPORT（包含Activate dedicated EPS bearer context reject）9. 承载释放10. E-RAB RELEASE COMMAND（不含NAS PDU）13. E-RAB RELEASE RESPONSE

2.6.6 异常流程case5〔上行直传NAS消息丧失〕

如果核心网没有收到UE回复的NAS消息，会重发请求消息，重发4次后，如果还没收到应答那么放弃。

eNBEPC2. UPLINK NAS TRANSPORT（包含Bearer resource allocation request）3. 承载分配请求4. E-RAB SETUP REQUEST(包含Activate dedicated EPS bearer context request)7. E-RAB SETUP RESPONSE定时器超时，重发9. DOWNLINK NAS TRANSPORT(包含Activate dedicated EPS bearer context request)12. ULLINK NAS TRANSPORT(包含Activate dedicated EPS bearer context accept)

2.7 专用承载修改流程

专用承载修改可以由UE 、MME主动发起，不能由eNB主动发起，只能在connected下发起该流程。

2.7.1 正常流程case1〔修改QoS〕

eNBEPC1. UPLINK NAS TRANSPORT（包含Bearer resource modification request）2. 承载修改请求3. E-RAB SETUP/MODIFY/RELEASE COMMAND(包含Activate/Modify/Deactivate EPS bearer context request)4. E-RAB SETUP/MODIFY/RELEASE RESPONSE5. UPLINK NAS TRANSPORT(包含Activate/Modify/Deactivate EPS bearer context accept)6. 承载修改响应

说明：

1〕MME主动发起的承载建立/修改/释放无步骤1；

2〕eNB主动发起的释放，步骤1改为发送E-RAB RELEASE INDICATION消息给MME；

3〕UE发起的承载修改流程，核心网可以回复承载建立、修改、释放流程。

2.7.2 正常流程case2〔不修改QoS，只修改TFT〕

不修改QoS，只修改TFT参数时，为上下行直传消息，与eNB无关。

eNBEPC1. UPLINK NAS TRANSPORT（包含Bearer resource modification request）2. 承载修改请求3. DOWNLINK NAS TRANSPORT(包含Modify EPS bearer context request)4. UPLINK NAS TRANSPORT(包含Modify EPS bearer context accept)5. 承载修改响应2.7.3 异常流程case1〔核心网拒绝〕

eNBEPC1. UPLINK NAS TRANSPORT（包含Bearer resource modification request）2. 承载修改请求，被拒绝3. DOWNLINK NAS TRANSPORT（包含Bearer resource modification reject）

如果拒绝原因值是\"unknown EPS bearer context\"，UE会本地去激活存在的专用承载。

2.7.4 异常流程case2〔eNB回复失败〕

eNB回复失败区分为：

eNB本地失败，没有给UE发送RRC重配消息；

eNB未收到RRC重配完成消息，回复失败。 以上过程同和。

2.7.5 异常流程case3〔UE NAS层拒绝〕

同

2.7.6 异常流程case4〔上行直传NAS消息丧失〕

同

2.8 专用承载释放流程

专用承载释放可以由eNB 、MME主动发

起，只能在connected下发起该流程。

eNBEPC1. 承载释放请求2. E-RAB RELEASE COMMAND(包含Deactivate EPS bearer context request)eNB释放该承载相关资源3. E-RAB RELEASE RESPONSE4. UPLINK NAS TRANSPORTDeactivate EPS bearer context accept）5. 承载释放响应

（包含