蔡瀚興-讀書會-21/08/07

# 蔡瀚興-讀書會-21/08/07 ## Introduction Explains the detailed procedures in **EMM Case 1(Initial Attach with IMSI)** , focusing on the functions required in the case, ## Initial Attach Procedure ![](https://i.imgur.com/vKuFMPK.png) ### 2.1 IMSI Acquisition ![](https://i.imgur.com/cuG9xHk.png) #### 1. **Initial State after Radio Link Synchronization** - UE通過PLMN選擇和小區搜索過程選擇一個eNB，並無線連接同步 - UE是EMM-deregistered ECM-idle/rrc-idle狀態 #### **2. ECM Connection Establishment** 在NAS層上，UE發送attach request消息（包含IMSI和UE網絡能力信息）給MME的NAS層。透過在UE和MME間建 ECM (RRC+S1AP) 傳 ##### **1) RRC Connection Establishment** RRC連接建立一旦建立完成，在控制面傳輸消息到RRC層或者上層（NAS層）時使用RRC連接 - [UE -> eNB] RRC Connection Request 當UE請求attach，detach，TAU時都是用“Mobile Originating Signaling”，它是一個值，包含在Establishment Cause域。這個消息通過SRB0，CCCH，邏輯信道由UE發送給eNB。SRB0可以被這個小區的所有UE使用。 - [UE <- eNB] RRC Connection Setup UE的上行和下行無線資源是由eNB控制的。所以當完成這一步之後，UE通過使用RRC connection setup消息分配的SRB配置信息來使用無線資源。然後UE轉到到EMM-deregistered ECM-idle RRC-connected狀態。 - [UE -> eNB] RRC Connection Setup Complete 為了有效的傳輸，當RRC Connection Setup Complete消息傳輸時，傳輸到NAS層的attach request消息也被發送到eNB（嵌入到RRC Connection Setup Complete消息的專用NAS信息域DedicatedInfoNAS）。 ##### **2) S1 Signaling Connection Establishment** 在eNB和MME之間的控制信息透過S1AP發送。S1AP使用 **eNB UE S1AP ID, MME UE S1AP ID** 標示 attach request消息在S1信令連接建立前到eNB。eNB接著分配eNB UE S1AP ID， attach request消息，嵌入到initial UE message消息的NAS-PDU域，並發給MME。 **Initial UE message消息包含：** - eNB UE S1AP ID: 在S1-MME接口上(Uplink)在eNB中標識UE - NAS-PDU：一條NAS消息（Attach Request） - TAI: 標識UE待在的TA - ECGI: 標識UE待在的小區 - RRC Establishment Cause = mo-Signaling: 標識這個信令是UE產生的 MME收到Initial UE message後，為UE分配一個MME S1AP UE ID ##### **3) ECM S1 Establishment** UE轉移到EMM-registered ECM-connected RRC-connected狀態。 ##### **4) IMSI Acquisition** MME的NAS層從UE的NAS發送的attach request消息中獲取的UE的IMSI，及網絡能力信息。然後執行*EPS AKA* ### 2.2 Authentication ![](https://i.imgur.com/yBMLsDx.png) #### **1. Acquisition of Authentication Vectors** - [MME -> HSS] Authentication Information Request `IMSI + SN` - [HSS] Generating Authentication Vectors ![](https://i.imgur.com/8eJGZdC.png) - [MME <- HSS] Delivering Authentication Vectors #### **2. Mutual Authentication** 同前幾篇 ### 2.3 NAS Security Setup ![](https://i.imgur.com/0t7UR3E.png) 1. 【MME】生成NAS安全秘鑰，接著，從$K_{ASME}$中生成NAS完整性秘鑰和NAS加密秘鑰$K_{NASint}$/$K_{NASenc}$，應用於NAS消息 2. 【UE<-MME】幫助UE生成NAS安全秘鑰這個消息時包含NAS-MAC完整性保護的。 3. 【UE】產生NAS安全秘鑰 4. 【UE->MME】NAS安全秘鑰生成完畢 ### 2.4 Location Update 一旦完成以上，MME通知HSS簽約用戶已經註冊了並駐留在它的TA，接著從HSS下載簽約用戶信息。 ![](https://i.imgur.com/hxOFMj8.png) 1. **【MME->HSS】通告UE位置** 2. **【HSS】UE位置更新** 3. **【MME<-HSS】用戶簽約信息的傳輸，包含在update location answer消息中的簽約信息**（IMSI、訂閱的 APN、訂閱的 P-GW ID、訂閱的 QoS 配置文件） 4. **【MME】存儲簽約信息** 從下載的簽約信息，MME可以檢查用戶簽約的服務，使用什麼QoS級別的資源來連接到哪個APN ### 2.5 EPS Session Establishment ![](https://i.imgur.com/ybZPzp7.jpg) #### 1. **【MME】分配EPS承載ID** #### 2. **【MME】選擇PGW 這個決定是基於從HSS接收到的簽約信息（PGW ID)** 如果沒有這些信息，MME請求DNS服務器獲得APN FQDN, 並從按照PGW選擇策略返回的PGW IP地址列表中選擇一個。這時候，也需要選擇一個SGW來到達PGW。 #### 3. **【MME->SGW】請求EPS Session創建** MME發送給第二步選擇的SGW create session Request消息，包含以下參數： ![](https://i.imgur.com/XshkHmH.png) #### 4. **【SGW->PGW】請求EPS會話的創建** SGW在create session Request消息中分配S5 TEID來建立到PGW的S5 GTP。接著在create session request消息中發送這個ID和其他參數給PGW。 #### 5. **【S5 Bearer：Down Link】** 在圖7和8中，分配和發送GTP隧道TEID的實體被標記為實點，接收的一個被標記為虛點。 #### 6. **【PGW】分配用戶IP地址** 所以PGW給UE分配IP地址，讓UE可以使用IP。 #### 7. **【PGW->PCRF】通知EPS會話建立** 用戶的EPS Session，資源配置和QoS基於訂閱的服務決定。PGW通過CCR消息傳給PCRF決定，包含： ![](https://i.imgur.com/krhFvlR.png) #### 8. **【PCRF->SPR】請求接入配置** #### 9. **【PCRF<-SPR】返回接入配置** SDF Filter, QCI , ARP , APN-AMBR (UL/DL) , Charging Method , Changing Reporting Action #### 10. **【PCRF】決定策略** PCRF determines PCC policies for the EPS session #### 11. **【PGW<-PCRF】確認EPS Session建立** PCRF delivers the **PCC policies(in CCA)** determined in Step 10) to the P-GW ![](https://i.imgur.com/zKtccsq.png) #### 12. **【PGW】 Policy 實行** PCC應用到各SDF上，P-GW對應SDFs到EPS Bearer #### 13. ~ 15. **EPS session create response** PCRF可能會保存這個從HSS接收到的值或者選擇一個新的值。 #### 13. **【SGW<-PGW】EPS session response** PGW回應create session response給SGW的create session request ![](https://i.imgur.com/dmU8Qnd.png) #### 14. **【S5 Bearer：UP Link】S5承載建立** #### 15. 【MME<-SGW】EPS session create response SGW在處理完的消息上加入新分配的S1 SGW TEID，然後送到MME，作為對 3.的create session request的響應。 #### 16. **【MME】為什麼MME保留S5 PGW TEID** 當UE執行TAU或Handover，其SGW會變，所以MME通知UE新的SGW UL S5 TEID，讓SGW可以傳輸UL給PGW #### 17. **【S1 Bearer：UP Link】** 因為eNB還沒有S1 SGW TEID，所以這是還不能給SGW傳輸上行流量。 #### 18. **【MME】計算UE-AMBR** MME計算UE-AMBR值發送給eNB。MME已經接收到UE-AMBR值，包含在簽約信息中。但是MME可以調整這個值，使之不超過每一個APN的全部UE-AMBR，並分配它。 ![](https://i.imgur.com/xcs0Jxu.jpg) #### 19. **決定E-RAB和NAS信令需要的信息** MME負責E-RAB的建立，並控制eNB和SGW。MME決定E-RAB建立所需資源和NAS信令需要的信息： - 分配給UE GUTI代替IMSI - 決定和控制TAU相關的參數（TAI列表分配，tau定時器值） - 決定eNB使用的ue-ambr值 - 分配E-RAB ID #### 20. **【UE<-MME】attach accept** 包含在initial context setup request中，通過S1信令連接傳送的，然後接著通過RRC連接 #### 21. **【MME】生成K-eNB** 用於eNB和UE之間無線鏈路的安全傳輸 #### 22. **【eNB<-MME】請求E-RAB建立** 信息包含： ![](https://i.imgur.com/eN2GTK1.png) #### 23. **[S1 Bearer: UP Link]** 當eNB接收到Initial Context Setup Request請求E-RAB建立，eNB通過發送attach accept消息給UE來建立DRB。接著eNB在Initial Context Setup Response消息中包含下行S1 TEID來建立S1承載，並發送Initial Context Setup Response消息到MME來作為Initial Context Setup request消息的響應，所以MME可以轉發這個消息給SGW #### 24. ~ 27. **AS安全建立** (eNB在發送信息給UE之間需要執行AS安全建立過程) #### 24. **[eNB] 產生AS安全秘鑰** 從K-eNB中生成KRRCint/KRRCenc（RRC完整性和加密秘鑰）和KUPenc（用於用戶數據的加密） #### 25. **[UE <- eNB] 幫助UE生成AS安全秘鑰** eNB發送完整性保護的RRC消息，（包含mac-I） #### 26. **[UE] 生成AS加密秘鑰** #### 27. **[UE -> eNB] AS秘鑰生成完成** UE通過使用Security Mode complete (MAC-I)消息指示eNB AS安全秘鑰已經產生 #### 28. ~ 29. **DRB 建立** #### 28. **[UE <- eNB] 重配RRC連接** - 通過安全的RRC連接發送RRC connection reconfiguration消息給UE。RRC連接在UE發送attach request消息時建立。但現在RRC連接必須重配，因為需要根據網絡分配的資源來配置參數 - 接著從RRC connection reconfiguration中提取attach accept消息，並發送到NAS層。當UE的NAS層接收到這個消息，從這個消息中取出UE IP地址和GUTI，用於接下來的通信需要。 #### 29. **[DRB 建立: Uplink and Downlink] DRB 建立完成** #### 30. **[eNB -> S-GW] E-RAB Setup Response** 在Initial Context Setup Response消息中包含分配的ID發送給MME，作為Initial Context Setup request消息的響應，接著MME把這個消息轉發給SGW #### 31. **[eNB] Allocating a Downlink TEID for S1 Bearer** 因為SGW並不知道是否建立，現在它還不能傳輸下行數據到eNB #### 32. **[UE -> MME] 發送Attach Complete 消息** 作為對20. 的回應 #### 33. **[UE][MME] EMM State** - 現在UE及MME皆為EMM-Registered state - 如果在20）從MME接收到的是Attach Reject消息，UE必須釋放ECM/RRC連接，並且轉移到EMM-deregistered狀態。 #### 34. **[MME -> S-GW] Requesting S1 Bearer Modification** MME透過Modify Bearer Request message傳從eNB得到的downlink S1 TEID (S1 eNB TEID)給SGW #### 35. **[MME <- S-GW] Responding to S1 Bearer Modification Request** 回應Modify Bearer Request，現在SGW準備好傳送 downlink S1 traffic #### 36. **[S1 Bearer: Downlink] S1 Bearer Setup Complete** ## EPS Entity Information: Before/After Initial Attach See the EMM information stored in EPS entities before and after the **“EMM Case 1: Initial Attach by Unknown UE”** (EMM info分類如下圖) ![](https://i.imgur.com/zpgN3zr.png) ### 3.1 Before Initial Attach ![](https://i.imgur.com/N8X1osY.png) - **UE ID information:** 在UE, HSS and SPR.中提供的用戶的IMSI。 - **UE Location information:** UE和網絡都沒有任何關於UE位置的信息。 - **Security Context information:** UE and HSS提供了用於用戶鑑權的LTE 主秘鑰 - **EPS Session/Bearer information:** 用戶簽約信息(Default APN, Subscribed QCI, ARP,UE-AMBR, APN-AMBR, etc.) 和用戶接入配置(Subscribed QCI, ARP, APN-AMBR, etc.)在HSS and SPR中提供。 ### 3.2 After Initial Attach ![](https://i.imgur.com/a3AZz6T.png) #### **UE ID Information的變化** - **MSI:** 在EPS承載/會話建立之後，由UE通過attach request消息傳輸的IMSI被加入到MME, SGW, P-GW and PCRF。 - **GUTI:** 在NAS消息中使用由MME分配的用來代替IMSI的GUTI加入到MME和UE. UE IP address: PGW分配的UE IP地址被加入到P-GW, PCRF, MME and UE. - **C-RNTI:** eNB分配的C-RNTI 用來空中接口物理層識別UE被加入到到eNB和UE. - **UE S1AP ID:** eNB UE S1AP ID和MME UE S1AP ID接入到eNB和MME用來S1-MME接口S1AP消息中標識用戶。 #### **UE Location Information的變化** - **ECGI:** 用戶駐留小區信息加入到UE, eNB, MME, S-GW, P-GW and PCRF. 每次用戶移動到一個新小區，MME通知PGW，接著通知PCRF，用PCRF設定的Change Reporting Action策略通知小區。 - **TAI:** 用戶駐留的TA加入到UE, eNB, MME, S-GW, P-GW and PCRF. 每次用戶移動到一個新的TA，MME通知PGW，接著通知PCRF，用PCRF設定的Change Reporting Action策略通知TA。 - **TAI list:** UE不需要tau就可以進入的TA列表加入到MME和UE - **MME ID:** 用戶附著打MME信息加入到HSS中 #### **Security Context Information的改變** - **NAS Security Info:** NAS安全上下文信息加入到UE和MME中 - **AS Security Info:** AS安全上下文加入到UE和eNB中 #### **EPS Session/Bearer Information的改變** - **APN in Use:** 在EPS會話創建時加入到MME, S-GW, P-GW, PCRF and UE - **EPS Bearer ID:** 加入到MME和默認承載創建的實體，像UE, eNB, S-GW and P-GW. - **DRB ID:** 加入到UE 和eNB使之能在無線連接上通信 - **E-RAB ID:** 在E-RAB創建時加入到eNB和MME中 - **S1 TEID (UL/DL):** 在S1承載建立時加入到eNB, S-GW and MME - **S5 TEID (UL/DL):** 在S5承載建立時加入到S-GW, P-GW and MME - **QCI:** 分配用於所有類型的SDF和EPS承載，加入到UE, eNB, MME, S-GW, P-GW and PCRF. 這個值是由PCRF提供的。 - **ARP:** 分配用於所有類型的SDF和EPS承載，加入到eNB, MME, S-GW, P-GW and PCRF,但是不分配給UE(unlike QCI). 這個值是由PCRF提供的。 - **UE-AMBR (UL/DL):** 在EPS會話和承載創建時加入到MME和eNB中。是由MME計算得到的。 - **APN-AMBR (UL/DL):** 在EPS會話和承載創建時加入到MME和eNB中。這個值是由PCRF提供的。UE只有APN-AMBR（UL）。 - **TFT (UL/DL):** 在EPS承載創建時加入到PGW和UE中。PGW上下行都有這個值，但是UE只有上行有。 - **SDF Filter:** 在EPS會話創建時加入到PCRF。 - **Subscribed Profile:** 在用戶位置更新過程時在從HSS中下載簽約信息時加入到MME中