彭大芹，馬 鳳

(重慶郵電大學(xué)通信與信息工程學(xué)院，重慶 400065)

責(zé)任編輯:許 盈

為了滿(mǎn)足用戶(hù)不斷增強(qiáng)的移動(dòng)寬帶和高數(shù)據(jù)率的需求，3GPP開(kāi)始了通用移動(dòng)通信系統(tǒng)(Universal Mobile Tele communications System，UMTS)技術(shù)的長(zhǎng)期演進(jìn)(LongTermEvolution，LTE)項(xiàng)目。LTE系統(tǒng)取消了電路交換域(Circuit Switched，CS)，采用了全因特網(wǎng)協(xié)議(Internet Protocol，IP)的扁平化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，為了確保演進(jìn)的分組系統(tǒng)(EvolvedPacket System，EPS)充分發(fā)揮自身的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，LTE引入多種承載及處理機(jī)制;為實(shí)現(xiàn)用戶(hù)設(shè)備(User Equipment，UE)的永遠(yuǎn)在線(xiàn)，LTE系統(tǒng)在開(kāi)機(jī)附著(ATTACH)過(guò)程中伴隨著PDN的建立，保證了信息的實(shí)時(shí)性［1－2］。本文對(duì)ATTACH過(guò)程中PDN連接建立過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)避免了資源的浪費(fèi)，并且實(shí)現(xiàn)了LTE終端在開(kāi)機(jī)過(guò)程和出現(xiàn)異常時(shí)增強(qiáng)移動(dòng)管理(EPSMobilityManagement，EMM)模塊和增強(qiáng)會(huì)話(huà)管理(EPS SessionManagement，ESM)模塊間交互流程的統(tǒng)一。

1 LTE協(xié)議棧非接入層總體架構(gòu)

圖1介紹了 LTE系統(tǒng)中 NAS的協(xié)議架構(gòu)［3］。ATTACH過(guò)程中PDN連接建立過(guò)程的處理，主要由非接入層(Non－access Stratum，NAS)的 ESM 模塊完成，與 PDN連接建立相關(guān)的模塊還包括EMM、服務(wù)提供(ServiceProvider，SPV)、無(wú)線(xiàn)接入承載管理(Radio Access Bearer Management，RABM)、無(wú)線(xiàn)資源控制(Radio Resource Control，RRC)等模塊。其中ESM子層位于協(xié)議棧NAS層的最上層，與應(yīng)用層的SPV交互，主要處理控制平面的會(huì)話(huà)管理相關(guān)的信令;EMM主要為分組交換域(Packet Switched，PS)提供移動(dòng)管理、附著和注冊(cè)等服務(wù);SPV負(fù)責(zé)與ESM通信，主要判斷承載是否可以建立;RABM主要管理EPS承載與無(wú)線(xiàn)承載之間的映射關(guān)系;RRC主要完成無(wú)線(xiàn)資源管理和控制功能［4－5］。

2 PDN連接建立過(guò)程的設(shè)計(jì)

2.1 ATTACH過(guò)程中PDN連接請(qǐng)求的設(shè)計(jì)原則

圖1 LTE協(xié)議棧非接入層協(xié)議架構(gòu)

為了實(shí)現(xiàn)LTE系統(tǒng)提出的“永遠(yuǎn)在線(xiàn)”的目的，終端的EMM模塊必須和演進(jìn)的分組核心網(wǎng)(EvolvedPacket Core，EPC)之間進(jìn)行附著過(guò)程［4］(ATTACH 過(guò)程)，同時(shí)必須伴隨著PDN的連接建立過(guò)程。本文通過(guò)由EMM模塊來(lái)觸發(fā)ESM模塊發(fā)起PDN連接請(qǐng)求，而不是ESM模塊自行發(fā)起觸發(fā)EPS附著的PDN連接請(qǐng)求，使EPS附著過(guò)程剝離了ESM和EMM以上控制模塊的參與，讓上層模塊只是被動(dòng)地接收EPS附著的結(jié)果，而不是控制EPS附著流程的進(jìn)行，避免了由高層觸發(fā)ESM模塊PDN連接請(qǐng)求過(guò)程，而EMM模塊還沒(méi)有準(zhǔn)備好開(kāi)始EPS附著過(guò)程，不得不拒絕該P(yáng)DN連接請(qǐng)求而造成的資源浪費(fèi)。另外，本設(shè)計(jì)還提供了一種通用的發(fā)起EPS請(qǐng)求附著過(guò)程(EPS ATTACH REQUEST)流程，使得LTE終端在開(kāi)機(jī)過(guò)程發(fā)起EPS附著過(guò)程以及后續(xù)出現(xiàn)異常時(shí)而需要重新發(fā)起EPS附著過(guò)程的EMM模塊和ESM模塊間交互流程統(tǒng)一。其設(shè)計(jì)原則的流程圖如圖2所示。

圖2 PDN連接請(qǐng)求設(shè)計(jì)

增強(qiáng)移動(dòng)管理EMM模塊發(fā)起PDN連接請(qǐng)求到增強(qiáng)會(huì)話(huà)管理ESM模塊，要求ESM模塊發(fā)起PDN連接建立過(guò)程;ESM模塊收到連接建立請(qǐng)求后，向EMM模塊發(fā)送PDN連接請(qǐng)求;EMM模塊收到來(lái)自ESM模塊的PDN連接請(qǐng)求后，發(fā)送EPS附著請(qǐng)求(ATTACH REQUEST)，開(kāi)始EPS附著過(guò)程。

2.2 ATTACH過(guò)程中PDN連接過(guò)程的詳細(xì)設(shè)計(jì)

圖3為ATTACH過(guò)程中PDN連接建立的詳細(xì)設(shè)計(jì)。

圖3 ATTACH過(guò)程中PDN連接建立流程

1)終端開(kāi)機(jī)后，EMM模塊和ESM模塊分別收到來(lái)自高層模塊的開(kāi)機(jī)請(qǐng)求。EMM模塊收到開(kāi)機(jī)請(qǐng)求后開(kāi)始讀取SIM卡信息、搜網(wǎng)等操作，而ESM模塊由于還未收來(lái)自EMM模塊請(qǐng)求的PDN連接請(qǐng)求(PDN CONNECTIVITY REQEST)消息，不需要做任何操作，當(dāng)EMM模塊根據(jù)來(lái)自RRC的駐留指示，判斷如果當(dāng)前駐留的小區(qū)能夠提供正常服務(wù)，并且當(dāng)前小區(qū)還未進(jìn)行EPS附著過(guò)程，則向ESM模塊發(fā)起請(qǐng)求PDN CONNECTIVITY REQEST的消息，要求ESM 模塊發(fā)起PDN連接過(guò)程［5］。

2)ESM模塊收到連接請(qǐng)求后，向SPV模塊發(fā)送PDN連接建立指示。當(dāng)SPV收到PDN連接建立指示后通過(guò)SMREG_EPS_ACTIVATE_REQ消息請(qǐng)求ESM發(fā)起PDN連接建立過(guò)程，消息中包含接入點(diǎn)名(Access Point Name，APN)、分組數(shù)據(jù)協(xié)議類(lèi)型(Packet Data Protocol，Pdp-Type)、協(xié)議 結(jié) 構(gòu) 選 項(xiàng) (Protocol Configuration Options，PCO)等參數(shù)信息。ESM模塊將PDN CONNECTIVITY REQEST消息通過(guò)原語(yǔ)EMMESM_ESTABLISH_REQ發(fā)送給EMM模塊，EMM模塊開(kāi)始EPS附著過(guò)程。EMM將PDN CONNECTIVITY REQEST消息添加到附著請(qǐng)求(ATTACH REQUEST)消息中［6］，發(fā)送給 RRC 模塊，RRC 模塊將ATTACH REQUEST消息通過(guò)下層發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)，等待網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)。

圖4 ATTACH過(guò)程中PDN連接建立的MSC圖

3)網(wǎng)絡(luò)通過(guò)RRC連接重新配置(RRC CONNECTION RECONFIGURATION)消息將EPS承載和數(shù)據(jù)無(wú)線(xiàn)承載(Data Radio Bearer，DRB)的映射關(guān)系通知給RABM，當(dāng)EMM收到附著接受(ATTACH ACCEPT)消息后將消息中的激活默認(rèn)EPS承載上下文請(qǐng)求(ACTIVATE DEFAULT EPS BEARER CONTEXT REQUEST)消息發(fā)送給ESM，并用EPS承載標(biāo)識(shí)(EPS Bearer Identity，EBI)唯一來(lái)標(biāo)識(shí)這個(gè)實(shí)例。ESM解析其中的EPS承載的IP地址、APN、服務(wù)質(zhì)量(Quality of Service，QoS)等參數(shù)［7］，并請(qǐng)示SPV當(dāng)前的EPS承載是否能夠建立。

4)若SPV同意PDN連接建立，則發(fā)送SMREG_EPS_ACTIVATE_RSP消息到ESM模塊，ESM通知RABM模塊PDN連接已經(jīng)建立，同時(shí)通知網(wǎng)絡(luò)PDN連接已經(jīng)建立。最后，發(fā)送SMREG_EPS_ACTIVATE_CNF響應(yīng)給SPV。至此，ATTACH過(guò)程中PDN建立過(guò)程完成。

3 測(cè)試驗(yàn)證

為了驗(yàn)證ATTACH過(guò)程中PDN連接建立過(guò)程設(shè)計(jì)的正確性和可行性，以SDL/TTCN為測(cè)試驗(yàn)證平臺(tái)對(duì)ATTACH過(guò)程中PDN連接建立過(guò)程進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證［8］。此協(xié)仿真生成的消息序列流圖(Message Sequence Chart，MSC)如圖4所示，與設(shè)計(jì)的流程圖相比較，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)的流程完全符合3GPP協(xié)議規(guī)范的要求。

4 小結(jié)

本文設(shè)計(jì)了一種ATTACH過(guò)程中PDN的連接建立方法，采用了EMM模塊來(lái)觸發(fā)ESM模塊發(fā)起PDN連接請(qǐng)求，而不是ESM模塊自行發(fā)起觸發(fā)EPS附著的PDN連接請(qǐng)求，本設(shè)計(jì)避免了資源浪費(fèi)，并且提供了一種通用的發(fā)起EPS ATTACH REQUEST流程。接著利用SDL/TTCN為測(cè)試平臺(tái)對(duì)ATTACH過(guò)程中PDN的連接建立過(guò)程進(jìn)行測(cè)試和驗(yàn)證，測(cè)試結(jié)果表明，ATTACH過(guò)程中PDN連接建立的設(shè)計(jì)完全符合LTE標(biāo)準(zhǔn)一致性測(cè)試要求。

［1］張克平.LTE－B3G/4G移動(dòng)通信系統(tǒng)無(wú)線(xiàn)技術(shù)［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2008.

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［4］3GPP TS23.401 V9.2.0，Technical specification group services and aspects;general packetradio service(GPRS)enhancements for evolved universal terrestrial radio access network(E－UTRAN)access［S］.2009.

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［6］周巧成，段紅光，周中立.LTE終端非接入層ESM和EMM模塊間交互操作方法:中國(guó)，201010192399.X［P］.2011－12－07.

［7］3GPP TS24.008 V9.0.0，Technical specification group core network and terminals;mobile radio interface layer3 specification core network protocols［S］.2009.

［8］3GPP TS36.523 V8.2.1，Technical specification group radio access network;evolved universalterrestrialradio access(E－UTRAN)and evolved packetcore(EPC);user equipment(UE)conformance specification［S］.2009.