2-LTE Identification I: UE and ME Identifiers

原文链接:http://www.netmanias.com/en/?m=view&id=techdocs&no=5905


I. Introduction

在LTE网络中,根据和其他ID的关系使用不同的ID来标识每一个实体。就像在人际网络中使用不同的名字和头衔来标识一个人。理解这些ID和EPS实体是对理解LTE技术很必要。

我们之前讨论了第一个问题–LTE网络架构。现在我们讨论LTE标识,这是我们的第二个问题,将会有三个相关的文档来讨论。这个文档是第一个,聚焦在用户设备(UE) ID。第二个和第三个文档将f分别涉及到网络设备(NE)ID和EPS会话/承载标识。

这个文档组织如下。第二章,对LTE ID分为几个组。第三章和第四章,将分别描述UE ID和ME ID。第五章,总结UE和ME ID的总体特征。


II. Classification of LTE Identification

图1表示,在LTE网络参考模型一些实体和接口使用和定义的ID。这些LTE ID将按照他们的生成时间/属性类型(固定的或暂时的)/其唯一标识的范围。

创建时间:LTE ID的创建时间有以下几种

  • 一旦设备安装上就委任的
  • 在服务操作之前或者进行中由运营商提供的
  • 根据需求,当用户接入网络或者使用服务才创建

LTE ID的分配或者提供是在图1中在相应的实体上用蓝色方块表示。

类型:LTE ID有一个属性类型,固定的(一旦创建就保持固定),临时的(当激活时发生变化)。被委任的或者分配都有固定的值,但根据需求,当用户接入网络或者使用服务时分配的是临时的值。

范围(其ID被唯一标识的内部):每一个LTE ID在全世界/运营商网络/实体还是信道上是唯一标识的。 
这里写图片描述 
图1中,不同的ID根据LTE标识实际执行的地方来使用,例如,在哪个层,在哪个接口,或者在哪个物理区域。为了描述的方便,图1中的ID被分类展示在表1中。 
首先,EPS实体的ID被分组为UE ID,ME ID,NE ID。这些EPS实体被分类为UE和NE。ME是UE的一部分,被从UE中分离,被分为一个独立的组。NE是由LTE运营商操作的网络实体,比如,MME,eNB,PGW。像IMSI/GUTI/S-TMSI/IP地址/C-RNTI/UE S1AP ID/UE X2AP ID这样子的ID标识一个用户的,属于UE ID组。像IMEI/IMEISV这样的ID标识一个设备的,属于ME ID组。 
像MME的GUMMEI和MMEI,eNB的全球eNB ID和eNB ID,小区的ECGI和ECI,PGW的PGW ID,这些都属于NE ID组。像TAI和TAC这样的Location ID来标识用户附着的区域。 
最后,像PDN ID(or APN),EPS承载ID,E-RAB ID,DRB ID,TEID,LBI这样的会话/承载ID是和用户数据传送有关,用来识别EPS会话和EPS承载。

这个文档,描述了在表1中灰色的UE和ME的LTE ID。第二个文档将涉及LTE NE ID和Location ID用来标识UE的位置区域。第三个文档将讨论EPS会话和承载ID。

表1,LTE ID的分类

ID group LTE ID 相关的文档
UE ID IMSI, GUTI, S-TMSI, IP address (PDN address), C-RNTI, eNB UE S1AP ID,MME UE S1AP ID, Old UE X2AP ID, UE X2AP ID LTE Identification I
ME ID IMEI LTE Identification I
NE ID GUMMEI, MMEI, Global eNB ID, eNB ID, ECGI, ECI, P-GW ID LTE Identification II
Location ID TAI TAC LTE Identification II
会话/承载ID PDN ID(APN), EPS Bearer ID, E-RAB ID, DRB ID, TEID, LBI LTE Identification III

III. Identifiers for User Equipment (UE IDs)

LTE网络是全IP网络。因为这个特性,在LTE网络中的UEs共享无线和网络资源。LTE网络的EPS实体给每一个UE分配UE ID来识别不同的UE。因为UEs在不同层和接口共享资源,所以需要多种多样的UE ID。 
在移动通信网络中最必要的ID是PLMN ID,用来识别特定网络的运营商。我们首先开始包含PLMN ID的UE ID的描述。

3.1 PLMN ID指示用户需要签约的网络

PLMN是运营商分配和操作的,用来为公众提供移动通信服务。PLMN ID通常用来识别用户需要签约的移动通信网络。它包含MCC和MNC,如图2所示。MCC的三个数字表示用户所在的移动网络所属的国家。每一个国家有一个或多个PLMN ID。MCC的分配需要ITU-T的授权,定义在ITU-T E.212 [3]。例如韩国的MCC是450.一个MNC标识移动通信网络的运营商,是由每一个国家分配的。例如,在韩国有三个移动运营商,SK电信,KT和LG U+,他们的MNC如图2所示。 
这里写图片描述

3.2 IMSI:分配给签约用户的固定ID

IMSI(International Mobile Subscriber Identity)是全球为一个号码来标识一个签约用户。图3表示了IMSI的分配过程和IMSI的格式。一个IMSI是由指示签约用户网络的PLMN和由运营商分配的MSIN(Mobile Subscriber Identification Number)。IMSI长度最大15个数字。MSIN识别一个PLMN中的签约用户。 
这里写图片描述 
当用户购买一个USIM卡并签约一个移动网络,就有了一个内建的唯一的IMSI开始启用并和用户关联。IMSI是存储在手机的USIM卡中,IMSI和用户签约信息是由运营商提供给HSS和SPR。在提供之后,当UE attach LTE网络的时候,UE发送IMSI给移动网络。在接收到UE的IMSI之后,MME开始LTE网络的默认EPS承载和基本传输路径的建立(通过1)基于从UE接收到的IMSI,识别出签约用户的本地网络,2)选择持有用户签约信息的HSS,3)从HSS中下载信息)。

存放在USIM/HSS/SPR中的IMSI是不可移除的固定值。另一方面,存储在MME/SGW/PGW/PCRF中的IMSI,在UE初始附着过程建立默认EPS承载时是一个临时值,当默认承载终止时被移除。

3.3 IDs Used at MME: GUTI, S-TMSI and M-TMSI

IMSI是一个固定唯一的ID来标识签约用户。如果它经常暴露在无线链路上将会不安全。为了增强安全性,当UE附着在网络时MME给UE分配一个GUTI(Globally Unique Temporary Identifier)用来代替IMSI来标识UE。图4是GUTI的分配过程和格式。 
这里写图片描述 
GUTI分配:当UE第一次附着到LTE网络时,它使用IMSI请求接入网络并从网络获得GUTI。当UE再次附着网络时,UE使用GUTI代替IMSI。当再次附着到网络时,UE使用IMSI或者GUTI作为ID取决于下次更新时临时标识(TIN)设置的是什么。

一旦UE的初始附着过程和TAU过程是成功执行,MME分配和发送GUTI给UE,接着设置GUTI作为它的TIN。其后,当UE附着网络或者请求TAU更新时都使用GUTI代替IMSI。

GUTI格式:LTE运营商有一个或者多个MME组包含多个MME。因此MMEI(MME Identifier)是由代表MME组的MMEGI(MME Group Identifier)和代表组内一个MME的MMEC( MME Code)组成。GUMMEI(Globally Unique MME Identifier)是在MMEI基础上加上PLMN。每一个MME每一个注册的用户分配M-TMSI,这是在MME中唯一的值,来保护签约用户的机密性。

GUTI是由GUMMEI和M-TMSI组成,是全球唯一的值,用来代替IMSI标识UE。不像IMSI有一个固定的值,GUTI是临时的值,当UE注册到LTE网络时由MME分配的。所以,当GUTI经常暴露在无线链路上也是保持安全的。S-TMSI由MMEC和M-TMSI组成,用来唯一标识MME组中的UE。如果运营商没有多个MME组时,可以使用比较短的S-TMSI来提高在无线链路上传输的有效性。

3.4 IP地址:连接PDN必须的ID

IP地址,也称为PDN地址,是当UE初始附着在LTE网络时LTE网络分配给UE的用来连接PDN。因为UE可以根据不同的服务通过LTE网络连接到多个PDN,所以LTE网络针对每一个UE连接到的PDN为UE分配不同的IP地址(例如两个IP地址用于两个连接的PDN,三个IP地址用于三个连接的PDN等等)。当IP数据包从LTE网络到PDN转发,或者从PDN接收数据包时,这些IP地址用来标示IP数据包发送或接收的UE。

IP地址固定或者动态地分配用于UE连接PDN。这两种分配方式称为静态IP分配和动态IP地址分配。 
对于静态IP地址分配,运营商在签约的时候分配给UE一个固定的IP地址,并把这个UE的IP地址提供给HSS。不管UE附着的时间和地点,每次UE发起附着到PDN时,UE都被分配相同的IP地址。 
对于动态的IP地址分配,PGW有一个IP地址池,每次UE执行初始附着到LTE网络时,UE被动态地从IP地址池中分配一个可用的IP地址。因此,每次UE初始附着LTE网络时,分配给UE的IP地址都不一样。

图5是动态IP地址分配的实例。它简单介绍了在初始附着过程,默认承载建立时,PGW动态分配临时IP地址的过程和在初始附着过程分配动态IP地址后,UE使用因特网服务的过程。 
这里写图片描述

3.5 C-RNTI:在一个小区内分辨UE需要的ID

C-RNTI(Cell Radio Network Temporary Identifier)是在随机接入过程中由eNB分配的,并仅仅在当前的服务小区有效。在小区中的UE是使用C-RNTI来唯一标识的。当UE离开当前小区,通过随机接入过程移动到一个新的小区时,分配一个新的C-RNTI。图6是C-RNTI是怎么样分配的,和C-RNTI应用于哪一层。

在上行和下行链路,eNB负责无线资源的分配。它通过在PDCCH(Physical Downlink Control Channel)上广播C-RNTI通知在下一个TTI(Transmission Time Interval)哪一个UE可以使用无线资源。如果UE在它所接入小区的PDCCH信道上发现自己的C-RNTI,则UE就获知在在下一个上行或下行TTI上可以使用无线资源。

这里写图片描述

3.6 在S1-MME接口上需要成对的UE S1AP ID来分辨UE

S1AP层成功优酷S1-MME接口上eNB和MME之间的控制信息。在同一时间有多个UE和eNB保持连接。eNB和UE对应的MME交换所有的S1AP控制信息时使用相同的S1链路。所以,为了识别那个S1AP消息对应于哪一个UE,当eNB发送UE的第一个S1AP消息给MME时,eNB为每一个UE分配了一个ID(eNB UE S1AP ID)。同样的,MME通过多个S1链路和多个eNB交换S1AP信息。为了识别哪一个S1AP消息对应于哪一个eNB的哪一个UE,当MME发送第一个UE消息给eNB时分配一个ID(MME
UE S1AP ID)。

在S1AP消息的第一个来回后,在S1-MME接口上交换的所有用户控制消息(S1AP)是使用一对UE S1AP ID来传输的(eNB UE S1AP ID, MME UE S1AP ID),目的是为了eNB和MME都能分辨出来哪一个S1AP消息对应于哪一个UE。然后,根据这对ID,MME可以找到接收到的S1AP消息是来自哪一个eNB的哪一个UE,并且eNB可能知道接收到S1AP消息来自哪一个UE。图7是UE S1AP ID的分配过程和UE S1AP ID应用在S1AP层。 
这里写图片描述

3.7 在X2接口上需要成对的UE X2AP ID来区别UE

X2AP层处理在X2接口上两个相邻的eNB之间的控制信息。在两个相邻的eNB之间UE的切换时,X2AP消息使用相同的X2链路从UE发送到对端的eNB。第一次eNB(源eNB或者目的eNB)发送X2AP给对端eNB时,eNB为每一个UE分配ID,并使用这个ID发送消息来标识是哪一个UE的X2AP消息。源eNB在第一个到目的额NB的消息(切换请求消息)中分配一个Old eNB UE X2AP ID,目的eNB在第一个到源eNB的响应消息(切换请求确认消息)中分配一个New eNB UE X2AP ID。

在第一次来回信息交换后,所有的在X2接口上和切换相关的X2AP消息都使用成对的ID(Old eNB UE X2AP ID, New eNB UE X2AP ID)来交换,目的是为了源eNB和目的eNB都能识别出来哪一个X2AP消息对应于哪一个UE。图8是UE X2AP ID的分配过程和UE X2AP ID应用在X2AP层。 
这里写图片描述

IV. Identifiers for Mobile Equipment (ME IDs)

第四章将描述ME ID。在讨论ME ID之前先认识下UE和ME的关系。一个UE由ME和USIM(UMTS Subscriber identity Module)卡组成。ME可以分为TE(Terminal Equipment)和MT(Mobile Terminal)。MT是负责无线接入协议工作,而TE是负责MT控制功能工作。图9是这些功能组的组成。MT和TE是集成在手机里,但是在note PC上是分开的。 
这里写图片描述

4.1 IMEI和IMEISV:ME拥有的固定ID

IMEI(International Mobile Equipment Identity)是为每一个ME分配的唯一值。IMEI是在ME出厂的时候被给出的,包含了和生产厂商的信息,型号,和ME的序列号。图10是IMEI的格式和IMEI使用的举例。IMEI是由TAC(Type Allocation Code)和SNR(Serial Number)和CD(Check Digit)组成。一个IMEI/SV是由TAC(Type Allocation Code)和SNR(Serial Number)和SVN(Software
Version Number)组成。 
TAC是由RBID和ME type ID组成,其中RBID是指示认证机构的RBID(Reporting Body Identifier),ME type ID代表生产厂商的名字和型号ID。序列号是由生产厂商所分配的。在图10的例子中,RBID=35标示ME是由BABT(British Approvals Board for Telecommunications英国电信认证委员会)批准的,ME ID=643205表示ME是由三星生产的智能手机。

运营商有数据库存储IMEI信息,使用这个数据库可以拒绝任何被报告被盗和丢失ME的接入尝试。 
这里写图片描述

V. Closing

在我们认识LTE技术之前,我们已经讨论了LTE标识。在这个文档,我们首先解释了UE和ME ID,接下来我们根据他们的范围/分配/属性分类和总结了这些ID,见表2。其他的ID将会在LTE identification II III中讨论。 
这里写图片描述

References

[1] Netmanias Technology Document, “LTE Network Architecture: Basic”, July 2013, 
http://www.netmanias.com/en/?m=view&id=techdocs&no=5904 
[2] 3GPP TS 23.003, “Numbering, addressing and identification”. 
[3] ITU-T E.212, “The international identification plan for public networks and subscriptions”. 
[4] GSMA TS.06, “IMEI Allocation and Approval Guidelines”. 
[5] NMC Consulting Group Confidential Internal Report, “E2E LTE Network Design”, August 2010. 
持续更新中。。。。。