3-LTE Identification II: NE and Location Identifiers

原文链接:http://www.netmanias.com/en/?m=view&id=techdocs&no=5906


I. Introduction

在之前的文档,LTE identification I介绍了UE和ME的标识。这篇文档,将介绍网络设备(Network Equipment)和Location ID。在这篇文章中被标识的网络设备包括eNB,MME,PGW,都是EPS实体。另外小区(eNB下由一个天线覆盖的区域)和这些网络设备一起讨论。Location ID包括所有标识UE位置的ID。UE在网络中是以TA级别注册的。所以,在这篇文档中TA相关的ID和Location ID一起讨论。

在第二章和第三章,NE ID和Location ID基于分类分别讨论。在第四章,总结这些ID的共同特征。

这篇文档设计的ID的范围和类型在图1和表1中展示。如果运营商的策略需要eNB报告UE(属于这个eNB)的位置,在方框中的ID(ECGI,TAI)会从eNB到PCRF传输。

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II. Identifiers for Network Equipment (NE IDs)

这章描述LTE 网络设备相关的ID。属于NE ID组的ID有MME的GUMMEI和MMEI,eNB的全球eNB ID和eNB ID,小区的ECGI和ECI,PGW的PGW ID。LTE NE ID被分为两类,一类是有PLMN ID,一类是没有PLMN ID,取决于他们是在PLMN内或者是全球的唯一标识。

2.1 标识MME的ID: GUMMEI, MMEI, MMEGI and MMEC

MME处于E-UTRAN和EPC之间。它是关键性的控制设备,它通过和HSS交换控制信号允许UE附着到LTE网络上,在HSS中包含UE的用户签约信息。它在核心网侧通过和SGW(或PGW)交换控制信号支持承载的管理,在E-UTRAN侧通过和eNB交换控制信号支持UE的移动性。通常,LTE运营商把多个MME分为一组,把他们作为MME组来操作。MME ID用来标识MME,是当MME安装时由运营商分配的。

MMEI用来标识在运营商的网络中的MME(比如,A LTE运营商的网络管理人员需要标识在A LTE网络中的MME)。GUMMEI包含PLMN ID和MMEI,是在运营商外部用来识别MME的(比如,当C操作A和B LTE运营商的网络时,C需要标识在A LTE网络中的MME)。MME组是由运营商构建的,MMEI包含MMEGI和MMEC,MMEGI代表MME组,MMEC代表一个组内的特定的MME。图2是MME相关的ID和他们的格式。 
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2.2 标识eNB的ID:eNB ID和Global eNB ID

eNB ID是用来标识运营商网络内的一个eNB,而Global eNB ID是由PLMN ID和eNB ID组成,是用来在网络外面标识一个eNB。图3是eNB和小区相关的ID和他们格式。为了标识属于一个eNB的小区,通过在eNB ID和Global eNB ID上加上一个小区ID。

eNB ID和小区ID是在eNB安装时由网络运营商分配的。一旦安装,eNB开始和MME之间建立S1连接的过程。当eNB请求MME 建立S1连接时,eNB报告Global eNB ID/所支持的TA/所支持的CSG(Closed Subscriber Group)。CSG是一种只对一部分签约用户开放的小区,它是由单一或者一些小区组成。MME发送服务的GUMMEI给eNB作为对S1连接建立请求的响应,并提供MME池的信息。 
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2.3 识别PGW的ID:PGW ID

当一个UE尝试附着在LTE 网络上,LTE网络提供给UE PDN连接。为了在UE和PDN之间建立PDN连接,MME需要知道UE连接的PDN和UE附着的PGW。默认的PDN作为签约用户的配置文件在HSS中已经提供了。所有,MME只需要从HSS中下载这些信息就可以了。对于PGW,有两种方式分配固定分配(由网络运营商提供,在HSS中作为签约用户的配置文件)和动态分配(根据运营商提供的PGW选择策略,MME选择一个PGW)。对于固定分配,HSS把PGW ID通知给MME,所以MME可以请求PGW建立PDN连接。

PGW ID用来标识PGW,可以是IP地址或者FQDN(Fully Qualified Domain name全称域名)格式。图4是依据固定分配策略分配的PGW ID和格式。举例,UE的默认PDN中一个PDN1用于因特网服务,一个PDN2用于语音服务。当UE发起接入到LTE网络,MME向HSS请求UE的签约信息,HSS通知MME 1)UE的默认PDN是PDN1(因特网)和PDN2(IMS),2)PGW连接PDN1的是PGW 1,连接PDN2的是PGW 3。MME接着通过PGW 1在UE和因特网之间建立PDN连接,通过PGW
3在UE和IMS之间建立PDN连接。 
对于根据动态分配策略的PGW ID分配,MME从DNS中获取PGW IP地址列表,从列表中选择一个,然后请求PGW建立PDN连接。如果PGW列表是由DNS提供,MME按照PGW选择策略从列表中选择一个。

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III. Identifiers for UE Location (Location IDs)

MME负责管理UE的移动性,所以必须根据UE的位置来更新信息。如果UE在激活状态并且使用服务,UE的位置在LTE网络中是小区级别已知的。如果UE是在空闲状态并没有使用服务时,UE的位置则是TA级别已知的。因为在第二章已经介绍了小区ID,所以这一章只介绍TA ID。

3.1 识别UE位置的ID:TAC和TAI

UE在TA级别注册到网络。MME在TA级别定位空闲状态的UE。标识TA的ID是TAC(Tracking Area Code)和TAI (Tracking Area Identifier)。TAC用来在一个运营商网络中标识一个TA。TAI是包括PLMN ID和TAC,用来唯一的标识一个TA。图5是TA ID不同类型和格式。 
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当UE初始附着到一个LTE网络上,UE通过MME注册到网络上。在初始附着时,MME为UE分配一个TAI列表,并保持对UE位置的更新。UE把自己的新位置通知给MME,并当离开注册的TA时请求TA更新。用这种方法,MME就知道UE当前所待在的TA,并保存UE更新过的TAI列表。如果UE移动到包含在TAI列表中的TA区域,UE不会请求TA更新。但是,如果当前TA的更新周期超时,UE需要把自己当前的TA通知给MME,即使UE待在的TA包含在TAI列表中,让MME知道UE可以接收数据。

当在LTE网络有到达UE的数据,MME需要知道UE的位置来发送数据。如果UE是在激活状态,MME知道UE待在哪一个小区,因此可以容易地转发数据。但是如果UE在空闲状态,MME不知道UE待在哪一个具体的小区。所以,MME搜索UE最后一次报告的TA。空闲状态下的UE会在特定的周期醒来检查是否有寻呼消息。如果发现被寻呼了(通过检查在寻呼消息中的S-TMSI),它会相应寻呼消息来接收数据。TA区域越大意味着能容易地找到UE的概率越大。但是,在同一时间,TA区域越大意味着需要寻呼更多的eNB,因此需要更多的信令消耗。怎么分配TAI列表是一个优化的问题。

eNB通过安装时服务开通消息知道它属于哪个MME和TA。eNB中的每一个小区在系统消息中广播自己的小区ID(ECI,ECGI)和TA信息(TAC,TAI)。尝试接入新小区的UE通过监听广播系统消息判断新的小区是否和当前的小区有不同的TA,它的TA需要改变,或者新小区在UE的当前TA。 
图5展示了分配TA列表的UE的行为。在图中,eNB1是在TA1,eNB在TA2,eNB3和eNB4是在TA3(一个TA可以包括几个小区和eNB)。UE1注册到MME1,被分配了{TAI1, TAI2}的TAI列表。UE2注册到MME2,被分配了{TAI2, TAI3}的TAI列表。在UE1接入到eNB1后变为空闲状态,因为它沿着点线移动(eNB1 ->eNB2->eNB3),UE1的行为描述如下(TA在小区级别检测,但,当在同一个eNB下不同小区之间转移不在这里讨论):

  • 在eNB1:UE当前的TA是TA1
  • 当从eNB1移动到eNB2:UE1当尝试接入新小区时,从新小区广播的系统信息知道新小区是TA2。UE检查TAI列表,发现TA2包含在TAI列表,所以,不需要请求TA更新。
  • 当从eNB2移动到eNB3:UE1当尝试接入新小区时,从新小区广播的系统信息知道新小区是TA3。UE检查TAI列表,发现TA3不包含在TAI列表,所以,需要发送TAU请求消息到MME来更新自己的位置。

IV. Closing

我们在之前的文档知道了LTE ID中的UE ID和ME ID,在当前文档学习了NE ID和Location ID。表2总结了这篇文档涉及的ID,其他的ID将会在第三篇文档中介绍。 
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References

[1] Netmanias Technical Document, “LTE Identification I: UE and ME Identifiers”, August 2013, 
http://www.netmanias.com/en/?m=view&id=techdocs&no=5905 
[2] Netmanias Technology Document, “LTE Network Architecture: Basic”, July 2013, 
http://www.netmanias.com/en/?m=view&id=techdocs&no=5904 
[3] 3GPP TS 23.003, “Numbering, addressing and identification”. 
[4] NMC Consulting Group Confidential Internal Report, “E2E LTE Network Design”, August 2010.