4G LTE/EPC UE 的附着与去附着

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文章目录

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• UE 附着
• UE 与 MME 建立 NAS 连接
• UE 附着协议全景
• UE 附着流程
• UE 去附着
• UE 侧发起的去附着
• MME 发起的去附着
• HSS 发起的去附着

UE 附着

UE 附着，即 UE 在进行实际业务之前在蜂窝网络中的注册过程，是一个必要的过程，用户只有在附着成功后才可以接收来自蜂窝网的服务。急紧呼叫则不需要附着过程，急紧呼叫在实际应用中不被认为是一种服务。

UE 附着的作用：

• 附着过程中产生安全上下文，对 NAS 信令进行安全保护；
• 为 UE 分配 IP，建立 UE 和 P-GW 之间的 EPS Default Bearer，使得 UE 的 IP 连接永远在线（always-on IP connectivity）；
• UE 还可以根据需要激活多个 Dedicated Bearer；
• 向 EPC 注册 EPS service（LTE 网络服务）或 non-EPS service（非 LTE 网络的服务）。

附着过程，将完成的工作：

1. 用户与网络相互鉴权，UE 与 MME 之间建立 MM 上下文
2. MME 为 UE 建立默认承载
3. UE 获得网络侧分配的 IP 地址
4. 用户位置登记
5. 临时身份标识（S-TMSI）的分配（避免在网络上传输 IMSI，防止攻击者跟踪用户的位置及活动状况）

UE 与 MME 建立 NAS 连接

1. 处于 RRC_IDLE（空闲）状态的 UE 进行 Attach 过程，首先发起随机接入过程，即 MSG1（RA Preamble）消息；

2. eNB 检测到 MSG1 消息后，向 UE 发送随机接入响应消息，即 MSG2（RA Response）消息；

3. UE 收到随机接入响应后，根据 MSG2 中的 TA（时间提前量）调整上行同步信号发送时机，向 eNB 发送 MSG3（RRC Connection Setup）消息；

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

5. UE 完成 SRB1 承载和无线资源配置，向 eNB 发送 RRC Connection Setup Complete 消息，包含了 NAS 层 Attach Request 消息；

至此，建立 RRC 连接，UE 处于 RRC_CONNECTED（已连接）状态。

1. eNB 选择 MME，并向 MME 发送 Initial UE Message 消息，包含 NAS 层 Attach Request 消息；

2. UE 和 EPC 完成安全认证。

3. EPC 内部建立 EPS Default Bearer。

4. MME 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；

5. eNB 接收到 Initial Context Setup Request 消息，如果不包含 UE 能力信息，则 eNB 向 UE 发送 UE Capability Enquiry 消息，查询 UE 能力；

6. UE 向 eNB 发送 UE Capability Information，报告 UE 的能力信息；

7. eNB 向 MME 发送 UE Capability Information Indication 消息，更新 MME 的 UE 能力信息；

8. eNB 根据 Initial Context Setup Request 消息中 UE 支持的安全信息，向 UE 发送 Security Mode Command 消息，进行安全激活；

9. UE 向 eNB 发送 Security Mode Complete 消息，表示安全激活完成；

10. eNB 根据 Initial Context Setup Request 消息中的 E-RAB 建立（UE 到 SGW 之前的承载）信息，向 UE 发送 RRC Connection Reconfiguration 消息进行 UE 资源重配，包括重配 SRB1 和无线资源配置，建立 SRB2（信令无线承载）、DRB（数据无线承载）等；

11. UE 向 eNB 发送 RRC Connection Reconfiguration Complete 消息，表示资源配置完成；

至此，建立 E-RAB（包括 RB、S1 Bearer）连接。

1. eNB 向 MME 发送 Initial Context Setup Response 响应消息，表明 UE 上下文建立完成；

至此，产生安全上下文，对 NAS 信令进行安全保护。

1. UE 向 eNB 发送 UL Information Transfer 消息，包含 NAS 层 Attach Complete、Activate Default EPS Bearer Context Accept 消息；

2. eNB 向 MME 发送上行直传 UL NAS Transport 消息，包含 NAS 层 Attach Complete、Activate Default EPS Bearer Context Accept 消息；

至此，UE 和 MME 之间的安全 NAS 信令连接建立完成。

UE 附着协议全景

UE 附着流程

1. 在已经建立 NAS 信令连接基础上，UE 通过向 MME 发送 ATTACH REQUEST 消息来发起 Attach 流程。ATTACH REQUEST 消息中包含：IMSI 或 GUTI、Last Visited TAI、UE Network Capbility、PDN IP Option、Connect Type 等。
2. eNB 选择 MME 并发送 ATTACH REQUEST。
3. 如果 UE 最新连接的（新）MME 与最后一次离开网络时连接的（旧）MME 不是同一个，那么，（新）MME 就会向（旧）MME 发送一个 ID 请求来申请当前 UE 的 IMSI，用于为当前 UE 重新分配 GUTI。
4. 如果（新） MME 和（旧）MME 都不能识别当前的 UE，那么（新）MME 会给 UE 发送一个 ID 请求，随后，UE 应告诉（新）MME 自己的 IMSI。
5. 如果当前网络中没有 UE 的安全上下文，那么 MME 会发起一个鉴权流程，UE 和 MME 相互鉴权之后会在两侧产生相关的安全下文。

• 5a. 漫游情况下，MME 应从 HSS 获取 UE 的签约信息等内容）。
• 5b. 鉴权结束后，MME 可能发送移动设备标识检查请求到 EIR（Equipment Identity Register，UE ID 注册器），MME 的经营可能会检查 EIR 中的移动设备标识，至少在漫游时，MME 应将移动设备标识传给 HSS。

1. MME 与 UE 之间更新加密选项。
2. 如果 MME 中有激活（Activate）的默认承载上下文（比如之前连接尝试失败时已经创建了承载），那么 MME 会发送消息到各个 P-GW 来删除这些无效的承载上下文。
3. 由于 UE 位置的变化（导致 MME 变化），（新）MME 就发送一个位置更新请求到 HSS（指明 MME 标识、IMSI 和 ME ID 等）。
4. 10.（新）MME 向 HSS 发送位置更新请求后，（旧）MME 就可以删除在其中保存的 UE 的位置信息以及相应的承载上下文。
5. HSS 向（新）MME 回送一个位置更新响应，来指明 UE 位置更新的状态。若 HSS 拒绝位置更新，那么 MME 就拒绝 UE 的 Attach 请求。
6. 13.14.15.16. 位置更新完毕后，（新）MME 就与 P-GW 之间建立默认承载，建立默认承载后 P-GW 就为 UE 创建了 PDN 地址、分配 IP 地址、EPS 承载标识、协议配置选项等，并将相关消息返回给 MME，S-GW 可以缓存一些来自 P-GW 的下行数据包。
7. MME 接受 Attach，UE 附着完成。MME 通过 eNB 将 APN、GUTI、PDN 地址、TAI 列表等信息反馈给 UE，并请求 UE 建立无线承载（RB）；UE 完成无线承载建立后向 MME 返回一个完成消息指明 Attach 完成。

UE 去附着

UE 侧发起的去附着

MME 发起的去附着

HSS 发起的去附着