《窄带物联网(NB-IoT)原理与技术》课件第5章.pptx
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1、第5章NB-IoT关键信令流程第5章NB-IoT关键信令流程5.1无线空口无线空口RRC信令链路相关流程信令链路相关流程5.2附着流程附着流程5.3去附着流程去附着流程5.4TA更新流程更新流程5.5业务请求流程业务请求流程5.6CP传输方案信令流程传输方案信令流程5.7UP传输方案信令流程传输方案信令流程第5章NB-IoT关键信令流程5.1无线空口无线空口RRC信令链路相关流程信令链路相关流程5.1.1RRC连接建立流程连接建立流程连接建立流程是无线RRC连接建立的基础,相比于LTE,NB-IoT的RRC消息进行了简化,NB-IoT引入了新的信令承载SRB1bis,SRB1bis的LCID为
2、3,和SRB1配置相同,区别在于SRB1bis没有PDCP实体,不启用PDCP层的加密和完保措施。RRC连接建立流程创建SRB1的同时隐式创建SRB1bis。对于采用CP优化方案来说,RRC连接建立只使用SRB1bis。第5章NB-IoT关键信令流程当空闲态的UE要发数据传输或响应寻呼时,可以发起RRC连接建立请求,NB-IoT支持四种RRC连接建立原因(RRC setup cause):mt-Access、mo-Signalling、mo-Data、mo-Exception-Data。这四种连接建立原因值适用场景如表5-1所示。第5章NB-IoT关键信令流程第5章NB-IoT关键信令流程RR
3、C连接建立请求流程:(1)终端通过上行逻辑信道UL-CCCH在SRB0上发送RRC连接建立请求(RRCConnectionRequest-r13),其中携带终端的初始标识(S-TMSI)、随机数(RandomValue)、连接建立原因或终端的多通道(Tone)支持能力。(2)eNodeB通过下行逻辑信道DL-CCCH在SRB0上响应RRC连接建立(RRCConnectionSetup-r13),这条消息对应MAC层中随机接入步骤中的Msg4,其中携带有SRB1的完整配置信息,包括物理层/MAC/RLC等各个实体的配置参数。第5章NB-IoT关键信令流程(3)终端按照RRC连接建立消息配置完后,
4、通过上行逻辑信道UL-CCCH发送RRC连接建立完成(RRCConnectionSetup Complete-r13)消息,这条RRC连接建立完成消息,根据需要可能会携带NAS信息。例如对于控制面优化传输方案(CP优化方案),此信息可以携带NAS信息转发给MME用于建立S1连接。RRC连接建立请求流程如图5-1所示。第5章NB-IoT关键信令流程图5-1RRC连接建立成功流程图第5章NB-IoT关键信令流程如果在RRC连接第(2)步中,eNodeB拒绝为终端建立RRC连接,则通过下行逻辑信道DL-CCCH在SRB0上回复RRC连接拒绝消息(RRC Connection Reject-r13),
5、流程如图5-2所示。图5-2RRC连接建立失败流程第5章NB-IoT关键信令流程5.1.2RRC连接重配流程连接重配流程在NB-IoT中,RRC连接重配流程只适用于UP优化方案,采用CP优化方案不支持RRC连接重配流程,RRC重配流程如图5-3所示。图5-3RRC连接重配流程第5章NB-IoT关键信令流程5.1.3RRC挂起流程挂起流程RRC挂起流程是UE在无数据传输时释放RRC连接,但eNodeB和MME保存UE的接入层AS的上下文信息,以便UE进入挂起(Suspend)状态。这个过程也称为AS上下文缓存。RRC挂起流程如图5-4所示。第5章NB-IoT关键信令流程图5-4RRC挂起流程图第
6、5章NB-IoT关键信令流程5.1.4RRC恢复流程恢复流程恢复流程(Resume Connection procedure)用于恢复RRC链路。RRC恢复流程只适用于UP优化方案,采用CP优化方案时不支持RRC恢复流程。RRC恢复流程可分为同一个MME内恢复和不同MME恢复两种情况,同一MME内恢复流程如图5-5所示。第5章NB-IoT关键信令流程图5-5RRC恢复流程第5章NB-IoT关键信令流程5.1.5RRC连接重建立流程连接重建立流程在NB-IoT中,RRC连接重建立流程只适用于UP优化方案,采用CP优化方案不支持RRC连接重建立流程,RRC连接重建立成功与失败的流程如图5-6所示。
7、图5-6RRC连接重建立成功/失败流程图第5章NB-IoT关键信令流程对于支持用户面优化传输方案的场景,当终端发现无线链路失败、完整性校验失败以及RRC重配失败时,会触发RRC连接重建立的流程。(1)终端RRC连接重建立请求(RRC Connection Reestablishment Request-r13)携带UE的原先鉴权内容以及重建路由;(2)基站收到重建立请求后,如果基站接受终端的重建请求,则回复RRC连接重建立(RRCConnectionReestablishment-r13);第5章NB-IoT关键信令流程(3)终端收到RRC连接重建立消息后重建RRC链路,RRC链路建立完成后回
8、复RRC连接重建立完成消息(RRCConnectionReestablishmentComplete-r13)。RRC重建立流程相当于RRC链路的最后挽救机制,如果重建立失败,终端就会返回空闲态,对于时延不敏感的小包业务来说,如果重建失败,还可重新发起RRC连接建立流程。第5章NB-IoT关键信令流程5.2附附 着着 流流 程程附着流程是用户注册到NB-IoT网络上的流程,是用户开机后的第一个过程,是后续所有流程的基础。附着主要完成终端接入网络的鉴权和加密、资源清理和注册更新等过程。附着完成后,网络记录UE的位置信息,核心网相关节点为UE建立上下文。第5章NB-IoT关键信令流程由于NB-Io
9、T引入控制面优化传输方案以及用户面优化传输方案,因此相比LTE的附着流程,NB-IoT附着流程有以下特点:(1)NB-IoT UE可以支持不建立PDN连接的附着,即在附着流程中不建立PDN连接,体现在如图5-7所示的完整附着流程图中的步骤1216可不执行。(2)如果NB-IoT UE和网络都支持使用控制面优化传输方案来传输用户数据,那么UE在附着过程中即使携带PDN连接建立请求信息,网络侧也可以不建立用户的无线数据承载(DRB)。这样,UE与MME使用NAS消息来传输用户数据,体现在图5-7中的步骤1724可不执行。第5章NB-IoT关键信令流程一个完整的UE初始附着流程,如图5-7所示。第5
10、章NB-IoT关键信令流程图5-7完整附着流程图第5章NB-IoT关键信令流程附着流程的步骤如下:步骤1UE发起附着请求:UE根据NB-IoT小区的广播消息内容,执行特定的附着流程,在广播消息中指示待接入的网络是否支持不建立PDN连接的附着。(1)若网络指示不支持不建立PDN连接的附着,但UE只支持不建立PDN连接的附着,则该UE不能在这个网络下的小区内发起附着流程,并触发PLMN选择功能,UE会选择其他支持不建立PDN连接的网络进行附着。第5章NB-IoT关键信令流程(2)若网络仅支持不建立PDN连接的附着,而UE只支持PDN连接的附着,则结果同上,UE也不能在该网络附着。(3)除了网络指示
11、不支持不建立PDN连接的附着和网络仅支持不建立PDN连接附着而UE只支持PDN连接的附着这两种情况,UE均可正常附着于网络。(4)如果NB-IoT UE不需要PDN连接建立,则在附着请求(Attach request)消息中不携带ESM消息。第5章NB-IoT关键信令流程(5)如果NB-IoT UE在附着过程中请求建立PDN连接,但是网络采用控制面优化传输方案(CP模式),则网络无需通过RRC重配信令为UE建立无线数据承载(DRB),此时步骤1722仅使用S1-AP NAS传递以及RRC直传(Direct Transfer)消息来传输附着接受和附着完成消息。第5章NB-IoT关键信令流程(6)
12、如果UE支持非IP数据传输(Non-IP)并建立Non-IP类型的PDN连接,则ESM消息中PDN类型可设置为“Non-IP”。(7)如果支持控制面优化和控制面优化头压缩的UE在附着流程中请求Ipv4、Ipv6或Ipv4v6类型的PDN连接,即附着请求消息中的ESM消息容器内不仅要求携带的PDN类型为Ipv4、Ipv6或Ipv4v6类型,还要要求包括HCO消息以及头压缩上下文建立参数,HCO是包含建立ROHC信道所必需的信息。第5章NB-IoT关键信令流程(8)对于仅支持NB-IoT的单模终端,在请求短信业务时,可在附着请求中携带“非联合注册的短信业务”信息来标识,以便请求短信业务。(9)NB
13、-IoT UE不能进行紧急业务的附着流程。步骤2eNodeB发起附着请求:eNodeB通过RRC参数中老的GUMMEI和指示的选择网络查找到MME。步骤3UE身份标识请求/响应:如果UE通过GUTI识别并且分离后MME已经改变,新MME通过UE带上来的GUTI找到老MME地址,再发送一个标识请求消息给老MME以请求IMSI。第5章NB-IoT关键信令流程步骤4身份标识请求/响应:如果UE在老MME和新MME都未曾注册过,则新MME发送身份标识请求消息给UE以请求IMSI。UE给MME回应身份标识响应消息。步骤5a鉴权/安全过程:当网络侧没有UE上下文,或Attach Request消息没有完整
14、性保护,或完整性检查失败的情况,因为信令的完整性保护和NAS加密是必需的,所以后续所有NAS消息都将使用NAS加密和完整性保护进行保护。第5章NB-IoT关键信令流程步骤5b终端设备身份(ME)标识请求/响应:ME标识应加密传输。为减少信令延迟,ME标识可以在步骤5a中的NAS安全建立过程获取。步骤6加密选项请求/响应:如果UE在Attach Request消息中设置了加密选项传输标识,加密选项(如PCO)应先通过该步骤从UE获取。步骤7释放会话请求/响应:如果在新MME上有用户激活的承载,则新MME通过发送删除会话请求消息给GW删除承载。第5章NB-IoT关键信令流程步骤8位置更新请求:如果
15、从UE上次分离后MME改变了,或MME没有UE的有效的签约上下文,或如果ME标识改变,或如果UE提供的IMSI或者UE提供的老GUTI在MME没有关联到有效的上下文,则MME发送更新位置请求消息给HSS。步骤9取消位置请求/确认:HSS发送取消位置消息给老MME。老MME回应取消位置应答消息,删除UE安全参数和承载上下文。第5章NB-IoT关键信令流程步骤10释放会话请求/响应:如果在老MME上有用户激活的承载,则老MME通过发送删除会话请求消息给GW删除承载。GW给MME回删除会话响应。如果部署了PCRF,则PGW执行IP-CAN会话结束过程来指示释放资源。步骤11位置更新确认:HSS发送更
16、新位置应答消息给新MME,消息包含IMSI、签约数据等。步骤12创建会话请求:MME选择PGW和SGW,MME向SGW发送创建会话请求消息。第5章NB-IoT关键信令流程步骤13创建会话请求/响应:SGW创建EPS承载的新入口,发送创建会话请求消息给之前选择的PGW。步骤14PCEF发起的IP-CAN会话建立/释放:如果部署了动态PCC规则,则PGW将执行IP-CAN会话建立过程,从而获得UE默认PCC规则。步骤15创建会话响应:如果部署了动态PCC规则,则PGW执行PCEF发起的IP-CAN会话修改过程。PGW创建EPS承载的一个新入口,生成一个计费标识。第5章NB-IoT关键信令流程步骤1
17、6创建会话响应:SGW回复创建会话响应消息给新MME。步骤17初始上下文建立请求或下行NAS传输:MME向eNodeB发送附着接受(Attach Accept)消息。第5章NB-IoT关键信令流程(1)如果UE在附着过程中请求建立了PDN连接,且MME决定为此PDN连接建立无线数据承载,那么MME将附着接受消息包含在S1-AP初始上下文建立请求消息中。(2)如果UE在附着流程中请求Non-IP类型的PDN连接,并且MME决定为此PDN连接建立无线数据承载,则MME除将附着接受消息包含在S1-AP初始上下文建立请求消息中,还要在消息中携带PDN类型(此时PDN类型为“Non-IP”),指示eNo
18、deB不执行头压缩。第5章NB-IoT关键信令流程(3)如果UE在附着过程中请求建立了PDN连接,并且MME确定使用控制面优化传输方案,那么MME将附着接受消息通过S1-AP下行NAS传输消息发送至eNodeB。(4)如果UE在附着过程中不请求建立PDN连接(即UE发送的附着请求消息没有携带ESM消息),则MME将附着接受消息通过S1-AP下行NAS传输消息发送至eNodeB。第5章NB-IoT关键信令流程(5)如果附着过程中建立的PDN连接采用控制面优化,且UE在附着请求消息中的ESM消息中携带HCO,若MME支持头压缩参数,则MME在附着接受消息中的ESM消息中包含HCO。如果UE在HCO
19、中包含了头压缩上下文建立参数,则MME可向UE确认这些参数。如果在附着过程中没有建立ROHC上下文,则UE和MME应在附着完成之后根据HCO建立ROHC上下文。第5章NB-IoT关键信令流程步骤18RRC连接重配或RRC直传:与LTE类似,如果eNodeB收到S1-AP初始上下文建立请求消息,则eNodeB向UE发送RRC连接重配置消息,其包含EPS无线承载ID和附着接受消息。(1)如果eNodeB接收到S1-AP下行NAS传递消息,则eNodeB向UE发送RRC直传消息。(2)如果采用控制面优化或者附着请求消息中没携带ESM消息,则步骤19和步骤20不执行。第5章NB-IoT关键信令流程步骤
20、19RRC重配完成:eNodeB发送包含EPS无线承载标识的RRC连接重配消息及Attach Accept消息给UE。步骤20初始上下文响应:UE发送RRC连接重配完成消息给eNodeB。步骤21直传:UE发送直传消息给eNodeB,该消息包含Attach Complete消息。eNodeB通过上行NAS传输消息透传Attach Complete消息给新MME。第5章NB-IoT关键信令流程步骤22附着完成:eNodeB发送初始上下文响应消息给新MME。(1)如果步骤1中的附着请求消息中携带ESM消息,则UE在收到附着接受消息及UE获得IP地址信息后,UE可以向eNodeB发送上行数据包。(2
21、)如果采用控制面优化传输方案且UE在附着请求过程中请求建立PDN连接,则上行数据的发送见5.6节CP传输方案信令流程。第5章NB-IoT关键信令流程步骤23修改承载请求:新MME接收到步骤21的初始上下文响应消息和步骤22的Attach Complete消息,新MME发送修改承载请求消息给SGW。(1)如果UE使用控制面优化且 PDN连接是连接到SGW、PGW的,则步骤23a、23b、24不执行。(2)当PDN连接是连接到SCEF的,则步骤2326不执行。步骤23a修改承载请求:如果步骤23包含承载修改指示,则SGW发送修改承载请求消息给PGW,使其将报文从非3GPP接入切到3GPP接入,立即
22、将报文发给SGW。第5章NB-IoT关键信令流程步骤23bPGW发起修改承载响应:PGW向SGW发送修改承载响应消息。步骤24SGW发起修改承载响应:SGW向新MME发送修改承载响应消息。SGW可发送缓存的下行报文。步骤25通知请求:新MME接收到SGW发送的修改承载响应消息。如果请求类型没有指示承载修改,且MME选择的PGW不同于HSS签约PDN上下文的PGW标识,则MME应发送通知请求消息给HSS。步骤26通知响应:HSS保存APN和PGW标识,发送通知响应消息给MME。第5章NB-IoT关键信令流程5.3去去附附着着流流程程当UE不需要或者不能够继续附着在网络时,将发起去附着流程。去附着
23、流程分为显示去附着和隐式去附着两种。(1)显示去附着:由网络或UE通过明确的信令方式去附着。(2)隐式去附着:网络注销UE,不通过信令方式告知UE。第5章NB-IoT关键信令流程根据发起方不同,去附着过程可分为UE侧发起或网络侧MME发起的去附着过程。(1)如果UE不存在激活的PDN连接,那么去附着流程中不存在MME-SGW-PGW网元间的信令。(2)如果UE存在激活的PDN连接,则去附着流程与LTE流程类似。第5章NB-IoT关键信令流程5.3.1UE发起的去附着流程发起的去附着流程UE发起的去附着流程如图5-8所示,主要是步骤2与LTE的去附着流程存在差异,区别是UE有无激活的PDN连接。
24、第5章NB-IoT关键信令流程图5-8UE发起的去附着流程第5章NB-IoT关键信令流程步骤1去附着请求:UE发送Detach Request消息给MME。步骤2释放会话请求:MME按每PDN连接发送释放会话请求消息给SGW。(1)如果UE没有激活的PDN连接,则步骤28不需要执行。(2)如果UE存在到SCEF的PDN连接,则MME向SCEF指示UE的PDN连接不可用,而不需执行步骤28。(3)如果UE存在到PGW的PDN连接,则MME向SGW发送释放会话请求消息。第5章NB-IoT关键信令流程步骤3释放会话响应:SGW响应“释放相关承载”信息,把“删除会话请求消息(TEID)”发送给PGW。
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