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[技术交流] 【和你一起聊聊NB-IoT】NB-IoT关键流程2—附着

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发表于 2019-3-28 16:31:12 | 显示全部楼层 |阅读模式
附着是UE进行业务前在网络中的注册过程,主要完成接入鉴权和加密、资源清理和注册更新、默认承载建立等过程。附着过程完成后,网络侧记录UE的位置信息,相关节点为UE建立上下文。同时,网络建立为UE提供“永远在线”连接的默认承载,并为UE分配IP地址、UE驻留的跟踪区列表、临时标志GUTI等必需参数。
       在附着过程中,UE应与MME协商是否支持如下特性:
●是否支持CP模式。
●是否支持UP模式。
●优选CP模式还是UP模式。
●是否支持S1-U数据传输(传统EPS过程)。
●是否要求采用联合附着来传输SMS。
●是否支持不携带PDN连接的附着过程。
●是否支持CP模式的报头压缩。
在NB-IoT Rel-13版本中,UE应支持CP模式和S1-U数据传输,支持采用不携带PDN连接的附着,而不采用联合附着来传输SMS。为了提高传输效率,UE还应支持CP模式的报头压缩。

                                                                                                                                                                UE初始附着到UE-UTRAN网络的过程

具体流程如下:   

   步骤1:支持峰窝物联网优化的E-UTRAN小区应在系统广播消息中包含支持能力。对于NB-IoT接入,E-YTRAN小区应广播,是否连接到支持不建立PDN连指广播消息中包含其支持能力。对于NB-IoT接入,E-UTRAN小区应广播,是否能够的EPS附着的MME、是否能够连接到支持CP模式的MME、是否能够连接到文持中模式的MME、是否连接到支持UP模式的MME。
   如果公共陆地移动网络(PLMN)不支持不建立PDN连接的EPS附着,并且UE只支持不建立PDN连接的EPS附着,则UE不能在该PLMN的小区内发起附着过程。
   如果UE能够进行附着过程,则UE发起附着请求消息和网络选择指示给eNB基站,消息包含国际移动用户识别码(IMSI)、旧的GUTI、有效的上次访问TAI、UE核心网络能力、UE指定的eDRX参数、ESM消息、协议配置选项PCO、加密选项传输标记、附看类型、安全加密相关的参数及偏好网络行为。
   如果UE支持Non-IP数据传输并请求建立PDN连接,则PDN类型可设置为“Non-IP”。
   如果UE支持蜂窝物联网优化,则UE可以在附着请求消息中不携带ESM消息。此时,MME不为该UE建立PDN连接,不需要执行以下步骤6、步骤12~步骤16、步骤23~步骤26。此外,如果UE在附着时采用CP模式,则步骤17-步骤22仅使用S1-AP NAS传递和RRC透传消息来传输NAS附着接受和NAS附着完成消息。
   如果UE支持CP模式和报头压缩,并且UE在附着请求消息携带ESM消息,以及PDN类型为IPv4或IPv6或IPv4/IPv6,UE应在ESM消息中包括报头压缩配置。报头压缩配置包括建立ROHC信道所必需的信息,还可能包括报头压缩上下文建立参数,如目标服务器的IP地址。
   步骤2:eNB基站根据RRC参数中的旧全球唯一的MME标识(GUMMEI)、选择网络指示和RAT类型(NB-IoT或WB-E-UTRAN)来获取MME地址。如果该MME与eNB基站没有建立关联或没有旧GUMMEI,则eNB基站选择新的MME,并将附着消息和UE所在小区的TAI+E-UTRAN小区全球标识符(ECGI)一起转发给新的MME。
   如果UE在附着请求消息中携带偏好网络行为,并且偏好网络行为中指示的蜂窝物联网优化方案与网络支持的不一致,则MME应拒绝UE的附着请求。
   步骤3:如果UE通过GUTI标示自己,并且UE在去附着之后MME已经发生变化,新的MME通过UE的GUTI获取旧的MME或SGSN地址,并发送身份标志请求消息到旧MME请求获取UE的IMSI,由旧的MME返回IMS和未使用的EPS认证向量够参数。如果是向旧SCSN发送身份标志请求消息,则旧SGSN返回IMS及未使用认证五元组尊参数。如果旧ME/SGSN不能识别UE或附着请求消息的完整性检查失败,则返回恰当的错误原因。
   步骤4:如果在新MME及旧MME/SGSN中都不认识UE,则新的MME发送标志请求给UE以请求IMSI。UE使用包含IMSI的标志响应消息通知网络。  
   步骤5a:如果网络中没有UE上下文存在,且第一步的附看请求消息没有完整性保护或加密,或者如果完整性检查失败,则UE和MME之间必须进行认证和NAS安全建立过程。如果NAS安全算法改变,则该步骤只执行NAS安全建立过程。在该步骤之后,所有NAS消息将受到MME指示的NAS安全功能保护。
   步骤5b: MME从UE获取ME标志(IMEISV)。IMEI标志必须以加密方式传输。为了最小化信令的迟延,ME标识获取也可以合并在步骤5a的NAS安全建立过程中。MME发送ME标识检测请求给设备标志寄存器(EIR),EIR将检测的结果通过ME标志检测应答消息响应。
   步骤6:如果UE在附着请求消息中设置了加密选项传输标记,则可以从UE获取PCO或APN等加密选项。PCO选项中可能包含用户的身份信息,如用户名和密码等。

   步骤7:如果在新的MME中存在激活的承载上下文(如没有事先去附着就在同一个MME再次附着),则删除在相关的SGW中旧的承载上下文。
   步骤8:如果从上一次去附着之后 MME发生改变,或第一次附着,或ME标志改变,或UE提供的IMSI或GUTI在MME中没有相应的上下文信息,则MME发送位置更新消息给HSS。MME能力指示了该MME支持的接入限制功能状况。更新类型指示了这是一个附着过程。
   步骤9:HSS发送取消位置消息给旧MME,旧MME删除移动性管理和承载上下文。如果更新类型为附着,HSS中包含有SGSN注册信息,则HSS发送取消位置消息给旧SGSN。
   步骤10:如果旧MME/SGSN有激活的承载上下文存在,则旧MME/SGSN发送删除承载请求消息给所涉及的网关以删除承载资源。网关返回删除承载响应消息给旧MME/SGSN。
         步骤11:HSS发送更新位置应答消息给新MME以应答更新,该更新位置应答中包含有IMSI及签约数据,签约数据包含一个或多个PDN签约上下文信息。

   步骤12:如果附着请求不包括ESM消息,则不需要执行步骤12~步骤16。如果签约上下文没有指示该APN是到SCEF的连接,则MME按照网关选择机制进行S-GW和P-GW选择,并发送创建会话请求消息给S-GW。对于“Non-IP”PDN类型,当UE使用了CP模式时,如果签约上下文指示该APN是到SCEF的连接,则MME根据签约数据中的SCEF地址建立到SCEF的连接,并且分配EPS承载标志。
         步骤13:S-GW在其EPS承载列表中创建一个条目,并给P-GW发送创建会话请求消息。
         步骤14:如果网络中部署了动态PCRF并且不存在Handover Indication,P-GW执行IP-CAN会话建立过程,获取UE的默认PCC准则。这可能会导致多个专用承载的同时建立。如果部署了动态PCC并且切换指示存在,则P-GW执行IP-CAN会话修改过程以获取所需要的PCC规则。如果没有部署动态PCC,则P-GW采用本地QoS策略。
         步骤15:P-GW在EPS承载上下文列表中创建一个新的条目,并生成一个计费标识符Charging ID。P-GW给S-GW返回创建会话响应消息。P-GW在分配PDN地址时需要考虑UE提供的PDN类型、双地址承载标记及运营商策略。对于“Non-IP”PDN类型,创建会话响应消息不包括PDN地址。
         步骤16:S-GW给MME返回创建会话响应消息。
         步骤17:新MME发送附着接受消息给eNB基站。S1控制消息也包括UE的AS安全上下文等参数。如果MME确定使用CP模式,或UE发送的附着请求消息不包括ESM消息,则附着接受通过S1-AP下行NAS传输消息发送至eNB基站。
         如果新的MME分配一个新的GUTI,则GUTI也包含在消息中。MME在支持网络行为中指示网络能够接受的蜂窝物联网优化传输方案,包括是否支持CP模式、是否支持UP模式、是否支持S1-U数据传输、是否请求非联合注册的SMS短信业务、是否支持不建立PDN连接的附着、是否支持CP模式报头压缩。如果UE在附着请求指示的PDN类型为“NonIP",则MME和P-GW不应改变PDN类型。如果PDN类型设置为“Non-IP",则MME将该信息包括在S1-AP初始上下文建立请求消息中,以指示eNB基站不执行报头压缩。
        如果一个IP PDN连接采用了CP模式,UE在附着请求消息中包括报头压缩配置,并且MME支持报头压缩参数,MME应在ESM消息中包括报头压缩配置。MME绑定上行和下行ROHC信道以便于传输反馈信息。如果UE在报头压缩配置中包括了报头压缩上下文建立参数,MME应向UE确认这些参数。如果ROHC上下文在附着过程中没有建立,UE和MME应在附着完成之后根据报头压缩配置建立ROHC上下文。
         如果MME根据本地策略决定该PDN连接仅能使用CP模式,MME应在ESM消息中包括仅控制面指示信息。对于到SCEF的PDN连接,MME应总是包括仅控制面指示信息。如果UE接收到仅控制面指示信息,则该PDN连接只能使用CP模式。
          如果附着请求不包括ESM消息,则附着接受消息中不应包括PDN相关的参数,并且S1-AP下行NAS传递消息中不应携带接入层上下文相关的信息。
   步骤18:如果eNB基站接收到S1-AP初始上下文建立请求消息,eNB基站发送RRC连接重配置消息给UE,其包含EPS无线承载ID和附着接受消息。如果eNB基站接收到S1-AF下行NAS传递消息,eNB基站发送RRC透传消息给UE。
   步骤19:UE发送RRC连接重配置完成消息给eNB基站
   步骤20:eNB基站发送初始上上下文响应消息给新MME。该初始上下文响应消息包含eNB基站的TEID及地址用于UE下行数据转发。
   步骤21:UE发送一条透传消息给eNB基站,包含附着完成信息。  
   步骤22:eNB基站使用上行NAS传输消息转发附着完成消息给新的MME。如果UE在步骤1中包含ESM信息,则在收到附着接受消息及UE已经得到一个PDN地址NAS传输消息以后,UE就可以发送上行数据包给eNB基站,eNB基站通过隊道将数据传给S-GW和P-GW。
   步骤23:按收到步骤21的初始上下文响应消息和步骤22的附着完成消息后,新的MME发送一条升级承载请求消息给S-GW。
   步骤23a:如果切换指示包含在步骤23中,则S-GW发送一条升级承载请求消息给P-GW,提示P-GW把从非3GPP接入系统的数据包通过隧道转发,在默认承载或专用的PS承载一旦建立就立即开始给S-GW传送数据包。
   步骤23b:P-GW发送升级承载响应确认消息给S-GW。
   步骤24:S-GW发送升级承载响应给新的MME确认。S-GW就可以发送缓存的下行数据包。
   步骤25:在MME接收升级承载响应消息后,如果附着类型没有指示切换并且建立个EPS承载,并且签约数据指示用户允许切换到非3GPP网络,而如果MME选择一个不同于HSS指示的P-GW标志的P-GW,MME发送一条包含APN和P-GW标志通知请求消息给HSS用于非3GPP接入移动性。
   步骤26:HSS存储APN和P-GW标志对,并发送通知响应消息给MME。

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