五月修炼总结

 

一、LTE协议栈架构

 

 

 

 

                                                                                   TD-LTE网络架构图 

 

　　

 

 

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。

这是一个系统的信令流向和数据流向表示图，以下按照硬件主体将协议栈表示为：

①网元间控制面整体协议栈

1.PDCP:在控制平面，PDCP子层为上层RRC提供信令传输服务，并实现RRC信令的加密和一致性保护，以及在反方向上实现RRC信令的解密和一致性检查

2.Relay：中继，S1和空口的协议在eNodeB里进行消息交互

②网元间用户面整体协议栈

③Uu口控制面协议栈

④Uu口用户面协议栈

 

E-UTRAN接口（S1和X2接口）通用协议模型

笔记：

1.无线网络层的用户平面主要是传输数据，就是真正的业务数据，比如语音数据或者分组业务数据。（用户想要传递的内容）

2.无线网络层的控制平面主要是传输信令，用来控制一个呼叫流程建立、维护及释放。（控制数据怎么到达对方）

3.传输网络层的用户平面主要是接收/发送来自上层无线网络层的用户数据和信令数据。

4.传输网络层的控制平面主要是用来为无线网络层的用户面数据建立传输承载（只存在于传输网络层，独立于无线网络层）

tips：

无线网络层：实现E-UTRAN的通信功能

传输网络层：采用IP传输技术对用户面和控制面数据进行传输

 二、LTE协议栈主要信令流程

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，选择到一个合适或者可接纳的小区后，驻留并进行附着过程

流程图如下：

 

step1~step5完成了RRC连接的建立

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；

②eNB检测到MSG1消息后，向UE发送随机接入响应消息，即MSG2消息；

③UE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；

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

⑤UE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_CONN_REQ:RRC连接请求

终端由IDLE态转为CONNECT态，或者终端有数据需要发送时，会发送建立RRC连接的请求。由UL_CCCH信道发送上来，在SRB0上承载。

UE上行发送一条RRC Connection Request消息给eNB,请求建立一条RRC连接，该消息携带主要IE有：ue-Identity :初始的UE标识。

如果上层提供S-TMSI，侧该值为S-TMSI；否则从0…240-1中抽取一个随机值，设置为ue-Identity 。

RRC_CONN_SETUP:RRC连接建立

RRC连接建立消息包含建立SRB1承载和无线资源配置信息，主要目的为建立SRB1，该消息通过DL_CCCH信道发送，承载在SRB0上。

RRC_CONN_SETUP_CMP:RRC连接建立完成

通过连接建立消息，SRB1建立起来，建立完成消息就SRB1承载在UL_DCCH信道上发送。RRC连接建立完成消息中带有NAS层信息，NAS消息基站侧不解析，直传到MME。

 

step6&9完成了S1的建立

①eNB选择MME，向MME发送INITIAL UE MESSAGE消息，包含NAS层Attach request消息；

②MME向eNB发送INITIAL CONTEXT SETUP REQUEST消息，请求建立默认承载，包含NAS层Attach Accept、Activate default EPS bearer context request消息。

S1AP_INITIAL_UE_MSG:初始直传消息

初始直传消息。基站把从UU口收到的NAS消息发往核心网，初始ATTACH时，该Nas消息一般包含ATTACH REQ，请求在核心网创建上下文。

S1AP_INITIAL_CONTEXT_SETUP_REQ:初始化文本建立请求

初始上下文建立请求。由核心网发往基站，包含Nas消息ATTACH ACCEPT，指示基站为该UE分配资源建立数据承载。

 

【暂时理解到此部分，后续待更新报文中的重要信元及含义（挖坑1）】

 

2.随机接入流程（分为基于竞争的和基于非竞争的）

随机接入是LTE系统中一个基本且重要的过程，其主要目的如下：

①建立上行链路同步；

②建立一个唯一终端标识C-RNTI，请求网络分配给终端上行链路资源。

所以随机接入不仅用于初始化接入，而且还可以用于切换过程中的新小区接入、无线链路失败后的接入、在有上/下行数据传输时重新恢复上行同步以及UL-SCH资源请求等。

上行同步是UE发射的信号到达基站时与基站的上行定时进行同步，同步的位置在基站。

不同的UE离基站的远近不同，需要各个UE在不同的时刻发送信号才能使这些UE的信号到达基站时，都与基站的上行定时对齐。

UE自己不知道离基站的距离，因此不能估计出需要提前发射信号的时间，所以需要通过随机接入过程由基站告诉UE其TA定时的调整值

 基于竞争的随机接入流程

1） MSG1(发送preamble码)：UE在RACH上发送随机接入前缀，携带preamble码；

2） MSG2(随机接入响应)：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。

tips：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)

基于非竞争的随机接入流程

 

 

 

1） MSG0（随机接入指示消息）：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（发送preamble码）：UE在RACH上发送指派的随机接入前缀。

3） MSG2（随机接入响应）：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。

3.切换流程

 

 

 

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。

①切换步骤及作用

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

tips：切换命令封装在消息RRC_CONN_RECFG信令消息中

②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。

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。

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。

eNB发送RRC CONNECTION RECONFIGURATION消息发送给UE 消息中携带切换信息mobilityControlInfo；

【包含目标小区ID、载频、测量带宽给用户分配的C-RNTI，通用RB配置信息（包括各信道的基本配置、上行功率控制的基本信息等），给用户配置dedicated random access parameters 避免用户接入目标小区时有竞争冲突】

③X2切换

其中步骤1、2、3、4、5、6、7为切换准备阶段，步骤8、9为切换执行阶段，步骤10、11、12、13为切换完成阶段

【X2切换流程待后续了解后补充（挖坑2）】

④S1切换

 

S1切换流程与X2切换类似，只不过所有的站间交互信令及数据转发都需要通过S1口到核心网进行转发，时延比X2口略大。

协议36.300中规定eNodeB间切换一般都要通过X2接口进行，但当如下条件中的任何一个成立时则会触发S1接口的eNodeB间切换：

（1）源eNodeB和目标eNodeB之间不存在X2接口；

（2）源eNodeB尝试通过X2接口切换，但被目标eNodeB拒绝。

其中步骤1到9为切换准备过程，步骤10、11为切换执行过程，步骤12到16为切换完成过程。

S1切换流程：

1) 源eNodeB向UE下发测量控制，通过RRC Connection Reconfigration消息对UE的测量类型进行配置；

2) UE按照eNodeB下发的测量控制在UE的RRC协议端进行测量配置，并向eNodeB发送RRC Connection Reconfigration Complete消息表示测量配置完成；

3) UE按照测量配置向eNodeB上报测量报告；

4) 源eNodeB根据测量报告进行判决，判决该UE发生eNodeB间切换，也有可能负荷分担的原因触发切换；

5) 源eNB通过S1接口的HANDOVER REQUIRED消息发起切换请求，消息中包含MME UE S1AP ID、源侧分配的eNB UE S1AP ID等信息。

6) MME向目标eNB发送HANDOVER REQUEST消息，消息中包括MME分配的MME UE S1AP ID、需要建立的EPS列表以及每个EPS承载对应的核心网侧数据传送的地址等参数。

7~8) 目标eNB分配后目标侧的资源后，进行切换入的承载接纳处理，如果资源满足，小区接入允许就给MME发送HANDOVER REQUEST ACKNOWLEDGE消息，包含目标侧侧分配的eNB UE S1AP ID，接纳成功的EPS承载对应的eNodeB侧数据传送的地址等参数。

9) 源eNB收到HANDOVER COMMAND，获知接纳成功的承载信息以及切换期间业务数据转发的目标侧地址 。

10) 源eNB向UE发送RRCConnectionReconfiguration消息，指示UE切换指定的小区.

 

【后续S1切换流程待继续学习完善（挖坑3）】

3.常见术语缩写（用做词典查询用，后续持续更新补充）

 

 

 二、常用软件及平台（掌握程度：了解&会用）

 

三、程序流程理解（Visio输出流程图）

个人数据，略。