Transcript 3G关键流程

3G系列培训教材之—
3G关键流程讲解
中国移动集团公司研发中心
中国移动3G技术培训
1
主要内容
 信令流程的基本概念



WCDMA无线网络和核心网络之间的协议栈
UE的工作模式与状态
SRNC与DRNC
 信令流程


终端开机选网
移动性管理
•
•
•
•

小区重选
位置更新
切换
SRNS重定位
安全性管理
• 鉴权
• 加密和完整性保护

PS域的其他基本流程
•
•
•
•
附着
PDP激活、PDP去激活
QOS协商
分离
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WCDMA协议栈
Non-Access Stratum
Radio
Protocols
Radio
Iu
Protocols Protocols
Iu
Protocols
Access Stratum
UE
Uu
UTRAN
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Iu
Core Network
3
UTRAN接口的一般模型
Radio
Network
Layer
Control Plane
User Plane
Application
Protocol
Data
Stream(s)
Transport Network
User Plane
Transport Network
Control Plane
Transport Network
User Plane
ALCAP(s)
Transport
Network
Layer
Signaling
Bearer(s)
Signaling
Bearer(s)
Data
Bearer(s)
Physical Layer
UMTS Terrestrial Radio Access Network
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4
控制平面/Control Plane
NBAP
NBAP
RNSAP
RANAP
RANAP
SCCP
SCCP
MTP3-B
MTP3-B
Service Specific Layers
Service Specific Layers
Service Specific Layers
AAL5
AAL5
AAL5
ATM
ATM
ATM
PHY
PHY
PHY
Node B
RNC
Core Network (CS Domain)
Iur接口 的引入，
使得跨RNC的
软切换过程可
以不需要核心
网进行资源调
配
NBAP
RNSAP
RANAP
RANAP
SCCP
SCCP
MTP3-B
MTP3-B
Service Specific Layers
Service Specific Layers
AAL5
AAL5
ATM
ATM
PHY
PHY
RNC
Core Network (PS Domain)
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5
用户平面/User Plane
Data Streams Iub
Data
Data
Data
Streams Streams Streams
Iub, Iur
Iu CS
Iu PS
Data Streams Iu CS
GTP-U
UDP
IP
AAL2
AAL2
AAL5
AAL2
ATM
ATM
ATM
PHY
PHY
PHY
Node B
RNC
Core Network (CS Domain)
Data
Streams
Iur
Data Streams Iu PS
用户平面，
GTP Tunnel
延伸到了RNC
与SGSN之间
GTP-U
UDP
IP
AAL2
AAL5
ATM
ATM
PHY
PHY
RNC
Core Network (PS Domain)
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Uu接口协议栈
Control Plane
User Plane
Management functions: MM,GMM CC
Network layer protocol:
Ipv4, Ipv6, ...
AMR
Non Access
Stratum
Layer 3
RRC (Radio Resource Control)
PDCP
Layer 2
RLC (Radio Link Control)
BMC
Access
Stratum
MAC (Medium Access Control)
Layer 1
PHY (PHYsical)
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主要内容
 信令流程的基本概念

WCDMA无线网络和核心网络之间的协议栈

UE的工作模式与状态

SRNC与DRNC
 信令流程

终端开机选网

移动性管理

安全性管理

PS域的其他基本流程
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UE的工作模式
UE有两种基本的运行模式：空闲模式和连接模式
空闲模式

UE处于待机状态，没有业务的存在，UE和UTRAN之间没
有连接，UTRAN内没有任何有关此UE的信息；

通过非接入层标识如IMSI、TMSI或P-TMSI等标志来区
分UE；
连接模式

当UE完成RRC连接建立时，UE才从空闲模式转移到连接
模式；

UE有4种状态： Cell-DCH, Cell-FACH, Cell-PCH, URAPCH。通过无线网络临时标识区分UE。
某些信令流程只能发生在特定的工作模式。
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UE在连接模式下的状态
Cell-DCH（Dedicated channel）：
UE处于激活状态，正在利用自己专用的信道进行通
信，上下行都具有专用信道，UTRAN准确的知道UE
所位于的小区中
Cell-FACH（Forward access channel）
UE处于激活状态，但是上下行都只有少量的数据需
要传输，不需要为此UE分配专用的信道，上下行的
数据在公共信道上传输，下行需要随时监听FACH上
是否有自己的信息，UTRAN准确的知道UE所位于的
小区，保留了UE所使用的资源，所处的状态等信息。
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UE在连接模式下的状态
Cell-PCH（ Paging channel ）
UE上下行都没有数据传送，需要监听寻呼信道，以便收听寻呼，
因此UE此时进入非连续接收，可有效的节电。
UTRAN准确的知道UE所位于的小区，这样， UE所位于的小
区变化后，UTRAN需要更新UE的小区信息。
URA-PCH（ Paging channel ）
UE上下行都没有数据传送，需要监听寻呼信道，进入非连续接
收， UTRAN只知道UE所位于的URA（UTRAN Registration
Area，一个URA包含多个小区），也就是说，UTRAN只在UE
位于的URA发生变化后才更新其位置信息，这样更加节约了资
源，减少了信令。
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UE工作模式比较
Uu接口
Iu接口
网络寻呼
信令负荷
终端耗电
Cell_dch
使用专用信道，有 存在连接
RRC连接
低
高
Cell_fach
使用公共信道，有 存在连接
RRC连接
低
高
Cell_pch
不占用公共/专用
信道,有RRC连接
存在连接
低
中
Utra－
Pch
不占用公共/专用
信道,有RRC连接
存在连接
中
低
空闲状态
无RRC连接
不存在连接 高
低
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UE工作模式的转换
RRC connection
URA_PCH
CELL_PCH
CELL_DCH
CELL_FACH
- 专用信道
- Radio bearers传输业务
- 高层信令触发 (CN)
IDLE
这些状态只用于UTRAN
与UE，对CN来说，这
些状态是透明的
DEAD
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- 侦听paging channel
- 小区重选
- 搜索网络(PLMN)
- “驻扎”小区(camp on)
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UE开机后进入IDLE状态
URA_PCH
CELL_PCH
CELL_DCH
CELL_FACH
IDLE
DEAD
UE
UTRAN
SYSTEM_INFO
• 手机开机
• 高层指示RRC搜索网络
• 搜速过程中，RRC控制
L1寻找驻扎小区(频率，
扰码)
• RRC检测BCH上的系统
消息
• 侦听PCH上的寻呼信号
• RRC通知上层已经进入
IDLE 状态
• UE准备做位置更新流程
和IMSI Attach流程
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IDLE状态（1）
URA_PCH
CELL_PCH
CELL_DCH
CELL_FACH
IDLE
DEAD
UE
UTRAN
PAGING TYPE 1
• 手机监听寻呼信道(Paging
Channel)
• RRC检测寻呼信息中的ID
信息
• RRC检测系统消息更新信
息
• RRC控制L1测量检测，进
行小区重选判决
• RRC控制进行小区重选
• 收到寻呼消息、或发起呼
叫、或发起位置更新等，
高层指示RRC与网络侧间
建立RRC连接
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IDLE状态（2）
URA_PCH
CELL_PCH
CELL_DCH
CELL_FACH
IDLE
• RRC建立RAN连接，进
入CELL_FACH或
CELL_DCH 状态
• RRC建立信令承载
• RRC指示RLC启用
UM/AM模式进行信令信
息传送
DEAD
UE
UTRAN
RRC CONNECTION REQUEST
RRC CONNECTION SETUP
RRC CONNECTION SETUP COMPLETE
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UE FACH状态
URA_PCH
CELL_PCH
CELL_DCH
CELL_FACH
IDLE
DEAD
UE
UTRAN
UE
INITIAL DIRECT TRANSFER
DOWNLINK DIRECT TRANSFER
UPLINK DIRECT TRANSFER
RADIO BEARER SETUP
• 核心网的消息通过RRC信令
承载
• UE在FACH上接收下行消息
• UE在RACH信道上发送上行
消息
• 传送高层（MM/GMM)以及
RRC对等实体间的消息
• 网络侧通过RB建立建立用户
面，RRC按照网络侧指示配
置物理层、MAC、RLC各层
的具体参数
UTRAN
• 网络侧可以通过启动安全模
式控制流程进行加密
RADIO BEARER SETUP COMPLETE
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UE DCH状态
URA_PCH
CELL_PCH
CELL_DCH
CELL_FACH
IDLE
DEAD
UE
UTRAN
• UE使用专用信道与网络侧通信
• 传送高层(MM/GMM)以及 RRC
对等实体间的消息
• UE在DCH 上接收下行消息
• UE在DCH 上发送上行消息
• 在进行分组业务(Packet
Switched Data)的情况下，如
果没有流量，网络侧将指示UE
迁移到URA_PCH或
CELL_PCH状态
RADIO BEARER RECONFIGURATION
RADIO BEARER RECONFIGURATION COMPLETE
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UE PCH状态
URA_PCH
CELL_PCH
CELL_DCH
CELL_FACH
IDLE
DEAD
• 活动减少，节省电能
• L1使用DRX侦听寻呼消息
• 寻呼消息将使UE重新进入
CELL_FACH/CELL_DCH状态
• UE通过小区更新过程重新进入
CELL_FACH状态
• URA_PCH状态下，UE通过
URA更新过程以进行URA重选
• L1的测量过程与IDLE状态下的
情况类似
UE
UE
UTRAN
UTRAN
UE
UTRAN
CELL UPDATE
URA UPDATE
CELL UPDATE CONFIRM
URA UPDATE CONFIRM
PAGING TYPE 1
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主要内容
 信令流程的基本概念

WCDMA无线网络和核心网络之间的协议栈

UE的工作模式与状态

SRNC与DRNC
 信令流程

终端开机选网

移动性管理

安全性管理

PS域的其他基本流程
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SRNC（Serving RNC）与DRNC（Drift RNC）
CN
Iu
SRNC
Iur
DRNC
• 在WCDMA系统中，由于Iur接口的引入而产生了SRNC/DRNC的概念。
• SRNC和DRNC都是对于某一个具体的UE来说的,是逻辑上的一个概念。
• 简单的说，对于某一个UE来说，其与CN之间的连接中，直接与CN相连，
并对UE的所有资源进行控制的RNC叫该UE的SRNC。
• UE与CN之间的连接中，与CN没有连接，仅为UE提供资源的RNC叫该UE的
DRNC。
• 处于连接状态的UE必须而且只能有一个SRNC，可以有0个或者多个DRNC
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主要内容
 信令流程的基本概念
 信令流程

终端开机选网
• 概述
• PLMN选择
• 小区选择
移动性管理

安全性管理

PS域的其他基本流程
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开机选网概述
Automatic/Manual
mode selection
User
selection
of PLMN
Indication to
user
PLMN selection
Service
indication
PLMN's
available
PLMN
selected
 当UE开机后或在漫游中，
它的首要任务就是找到
网络并和网络取得联系，
只有这样，才能获得网
络服务，开机选择流程
如左图，一般包括：
Cell selection
Cell &
registration
area
changes
LR responses

PLMN选择和重选

小区的选择和重选

位置登记（终端开始和
网络有信令交互）
CM requests
Location
Registration
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开机选网－PLMN选择
RPLMN （RPLMN为上一次终端登陆的PLMN）
Failed
HPLMN（HPLMN为用户的归属网络）
Failed
UPLMN （UPLMN为用户控制的PLMN列表，方便用户手动选网）
Failed
OPLMN（OPLMN为运营商控制的PLMN列表）
Failed
VPLMN（VPLMN为拜访地网络广播的PLMN列表）
• 对于同一HPLMN，终端根据接入技术（ACT）来优
选3G或2G。开机选网阶段的优选只是短暂时刻的优
选。小区重选阶段的优选才是真正意义上的优选。
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开机选网－小区选择
当PLMN选定之后，就要进行小区选择，目的是选择一
个属于这个PLMN的信号最好的小区。
小区选择的过程大致如下：

1、小区搜索：小区搜索的目的是找到一个小区，尽管它可能
不属于选择的PLMN的。先进行时隙同步(主SCH)，然后进行
帧同步（副SCH），接着进行主扰码同步；

2、读广播信道：通过判读广播信道中的参数，断定当前小区
是否是可用的PLMN和小区。如果可用则驻留下来，如果不可
用，则重选小区，如果没有一个小区符合条件，则进行PLMN
的重选。
小区选择阶段选定的小区可能是暂时的。UE后续将通
过小区重选选择更好的小区
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主要内容
 信令流程的基本概念
 信令流程

终端开机选网

移动性管理
• 小区重选
−空闲状态
−Cell-fach状态
−Cell-dch状态
−系统间重选
• 位置更新
• 切换
• SRNS重定位

安全性管理

PS域的其他基本流程
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小区重选－空闲状态
 UE随时监测当前小区和邻区（包括WCDMA邻区、
GSM/GPRS邻区）的信号质量，以选择一个最好的小区提
供服务。信号质量及信号电平满足S（驻留）准则且R（排
名）准则中排名最高的小区将成为最终的重选目标小区。
 UE就选择这个目标小区驻留下来，读该小区的广播消息 。
 如果重选目标小区与当前小区属于不同的位置区，UE将发
起位置更新过程。
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小区重选－cell_fach（公共信道）状态
 重选过程类似空闲状态的
小区重选
UE
UTRAN
CELL UPDATE
 新增过程
CELL UPDATE CONFIRM
 同一RNC内小区重选：
增加了UE与UTRAN之间
的小区更新过程。
 跨RNC小区重选：增加
了DSCR过程。即：在小
区更新过程中直接释放
RRC连接并在DRNC上重
建RRC连接
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小区重选-cell_dch（专用信道）状态
 cell_dch状态下的小区重选过程为一切换过程。
 信令流程参见切换的信令流程。
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系统间重选
S（驻留）准则、R（排名）准则同样适于空闲状态
/cell-fach状态下的WCDMA与GPRS/GSM之间的小区
重选
在系统运行中，网络侧可以通过系统消息调整小区重选
的参数（小区重选偏置参数和小区重选迟滞参数），从
而引导双模终端优选WCDMA的小区。
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主要内容
 信令流程的基本概念
 信令流程

终端开机选网

移动性管理
• 小区重选
• 位置更新
−概述
−正常流程
−有漫游限制的流程
• 切换
• SRNS重定位

安全性管理

PS域的其他基本流程
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位置更新
 目的：更新用户的位置数据信息。由移动台触发。
 主要触发时机

开机

周期性位置更新

移动台发现广播信息的位置区与当前的位置区不同时。如系统间小
区重选等
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位置更新－成功的位置更新流程
UE
RNS
MSS
HLR x
Location update request
MAP update location
MAP authentification request
Auth. request
MAP authentification response
Auth. response
MAP insert sub. data request
Security mode command
MAP insert sub. data response
Security mode complete
Location update accept
MAP update location response
Iu release commande
Iu release complete
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位置更新－有漫游限制（HLR判决）
RNS
UE
MSS
HLR x
Location update request
MAP update location(VLR number)
the VLR number not in
subscription data
目前，在2代
中，主要采
用这种方式
限制本地通
的漫游
MAP update location response(error code)
Location update
reject(reject cause)
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位置更新－有漫游限制（MSS判决）
 特点：采用Zone code方式。Zone code的定义方式灵活。
一般情况下，Zone code 所包含的小区的个数比MSS 少。
 应用场景：3代中，MSS管辖的范围有可能超过本地的范
围，此时，可以通过Zone code方式实现本地通的漫游限
制。需在MSS配置LAI与Zone code的对应关系。
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位置更新－有漫游限制（MSS判决）
UE
RNS
HLR x
MSS
Location update request(LAI)
MAP update location
MAP authentification request
MAP authentification response
Auth. request
Auth. response
MAP insert sub. data request(zone
code list)
the LAI not included
in zone code list
MAP insert sub. data response
MAP update location response
Location update
reject(reject cause)
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主要内容
 信令流程的基本概念
 信令流程

终端开机选网

移动性管理
• 小区重选
• 位置更新
• 切换
−概述
−软切换
−硬切换
−系统间切换
• SRNS重定位

安全性管理

PS域的其他基本流程
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切换
 目的：维持移动台从一个小区移动到另一个小区时通话或
数据传输可以继续进行。
 主要触发条件

处于cell-dch状态的用户从一个小区移向另一个小区时

由于本小区或邻区的信号的变化，cell-dch状态的用户即使静止不动
时，也可能触发切换
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切换

软切换：
同一个NodeB不同扇区间的更软
切换
 同一个RNC不同NodeB间的软切换
√
 有Iur接口的跨RNC间的的软切换
√


硬切换：

UMTS
Carrier x
InterFrequency
HHO
UMTS
Carrier 1 SRNC
DRNC
NodeB 2 NodeB 1
同频硬切换
无Iur接口的跨RNC间的硬切换 √
 无Iur接口的跨MSS间的硬切换
√
GSM/
GPRS
NodeB 3
2G to
3G HHO
BTS 1



Cell 2 Cell 3 Cell 1
Cell 4
异频硬切换：手机在不同频率间
的切换
Cell 1
系统间切换：




BSC
WCDMA到GSM的话音切换
WCDMA到GPRS间的切换
GPRS到WCDMA间的切换
√
√
√
Softe
r HO
Soft
HO
Soft HO
inter -RNC
3G to 2G
HHO
图例
GSM/GPRS只有硬切换，没有软切换。
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更软切换
RNC内的软切换
2G到3G的系统间切
换
RNC间的软切换
3G到2G的系统间切换
异频硬切换
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切换三步曲
 1、测量（主要由UE完成）



1测量
2判决
测量控制
测量的执行与结果的处理
测量报告
 2、判决（主要由RNC 完成）


以测量为基础
资源申请与分配
 3、执行（RNC/NodeB/UE共同完成）


信令过程
测量控制更新
3执行
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40
软切换
Data UE
received/
sent
Source BS
N o “GAP” of communication
Target BS
UE move
time
 软切换特点

CDMA系统所特有，只能发生在同频小区间

先建立目标小区的链路，后中断源小区的链路

可以避免通话的“缝隙”

软切换会比硬切换占用更多的系统资源
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41
软切换示意图(RNC内)
CN
RNC
Node B
AirBridge
AirBridge
AirBridge
同频 – 不同码
RNC分集合并
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42
软切换示意图(跨RNC，有Iur接口)
SRNC
CN
DRNC
Node B
AirBridge
AirBridge
AirBridge
同频 – 不同码
SRNC分集合并，
DRNC透传
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43
软切换示意图(跨RNC，有Iur接口)
Data DL1
Data DL2
Data DL
Data UL1
Data UL2
Data UL
SRNC
Data DL1
Data UL
Data UL1
Node B
(BTS)
Data UL
Data DL1
Data UL
Data DL
Data DL2
Data UL
Core
Network
Data UL2
UE
Data DL2
Data DL2
Data UL2
Node B
(BTS)
DRNC
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44
软切换流程（RNC内－增加新链路）
Node B(new)
UE
当新小区的信号
质量好于一个门
限时，增加这个
小区的链路
SRNC
Decision to setup
new RL
NBAP
1. Radio Link Setup Request
NBAP
Start RX description
NBAP
2. Radio Link Setup Response
NBAP
3 ALCAP Iub Data Transport Bearer Setup
DCH-FP
4. Downlink Synchronisation
DCH-FP
DCH-FP
5.Uplink Synchronisation
DCH-FP
Start TX description
RRC
RRC
6.DCCH: Active Set Update Command
7.
DCCH : Active Set Update Complete
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RRC
RRC
45
软切换流程（RNC内－删除旧链路）
UE
Node B(old)
当原小区的信号
质量弱于一个门
限时，删除这个
小区的链路
SRNC
Decision to delete
a RL
RRC
RRC
1.DCCH: Active Set Update Command
2.
DCCH : Active Set Update Complete
NBAP
3. Radio Link Deletion Request
RRC
RRC
NBAP
Stop RX and Tx
NBAP 4. Radio Link Deletion Response
NBAP
5 ALCAP Iub Transport Bearer release
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46
软切换流程（跨RNC，有Iur接口）
UE
Node B
Node B
Drift RNS
Serving RNS
Drift
RNC
Serving
RNC
Measurement Report
RRC
RRC
Decision to execute
Soft Handover
Radio Link
Setup Request
RNSAP
RNSAP
Radio Link Setup Request
NBAP
NBAP
Radio Link Setup Response
NBAP
NBAP
Radio Link
Setup Response
RNSAP
RNSAP
ALCAP Iub Data Transport Bearer Setup
ALCAP Iur Bearer Setup
Radio Link Restore Indication
NBAP
NBAP
Radio Link
Restore Indication
RNSAP
RNSAP
Downlink Synchronization
DCH-FP
DCH-FP
Uplink Synchronization
DCH-FP
DCH-FP
与RNC内
软切换相
比，增加
了Iur接口
上对Drift
RNC下的
Node B的
资源分配
过程
Active Set Update
RRC
RRC
[Radio link addition & Deletion]
RRC
Active Set Update response
RRC
Radio Link Deletion Request
NBAP
NBAP
NBAP
Radio Link Deletion Response
NBAP
ALCAP Iub Data Transport Bearer Release
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硬切换
Data UE
received/
sent
Source BS
“GAP” of communication
Target BS
UE move
time
 硬切换的特点



先中断UE和系统源小区的链路，然后建立目标小区的链路
通话会产生“缝隙”
节省资源
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48
硬切换流程（跨RNC－无Iur接口）
UE
Node B
Node B
Drift RNS
Serving RNS
Drift RNC Serving RNC MSC/SGSN
Decision to execute
Hard Handover
Relocation
Required
RANAP
RANAP
RANAP
Relocation Request
RANAP
Radio Link Setup
NBAP
NBAP
NBAP
Radio Link Setup Response
NBAP
RANAP
NBAP
Radio Link Restore Indication
Physical Channel Reconfiguration Complete
RRC
Relocation Detect
RANAP
RRC
RANAP
UE Mobility Information
RRC
NBAP
RANAP
RRC
RANAP
Relocation
Command
RANAP
RANAP
Physical Channel Reconfiguration
RRC
RRC
Relocation Request Ack.
终端收到此条消息
后，先中断原小区
的通信，再连接到
新的小区上。与软
切换的主要差别。
Relocation Complete
RANAP
RRC
UE Mobility Information CONFIRM
Iu Release
Command
RANAP
Iu Release
Complete
RANAP
RANAP
RRC
RANAP
NBAP
Radio Link Deletion Request
NBAP
Radio Link Deletion Response
NBAP
NBAP
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硬切换流程（跨3G MSC－无Iur接口 1）
UE
RNS-A
MGW A
MSS A
MSS A'
MGW A'
RNS-A'
通话中
Relocation required
MAP prepare handover request
MGW
selection
ADD request
ADD response
Relocation request
ERQ(Q2630 for AAL2)
ERF(Q2630 for AAL2)
IuUP Init
IuUP Init ACK
与跨RNC的硬切换相比，主要是增加了MSS、MGW之间的切换消息。
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50
硬切换流程（跨3G MSS－无Iur接口 2）
UE
RNS-A
MSS A
MGW A
MGW A'
MSS A'
RNS-A'
NOTIFY(bearerestablish)
Relocation request ACK
allocate
handover number
MAP prepare handover response
handover number
analyze
ADD request
ADD response
IAM
APM
ADD request
ADD response
与跨RNC的硬切换相比，主要是增加了MSS、MGW之间的切换消息。
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51
硬切换流程（跨3G MSS－无Iur接口 3）
UE
RNS-A
MSS A
MGW A
MSS A'
MGW A'
RNS-A'
ERQ(Q2630 for AAL2)
ECF(Q2630 for AAL2)
NbUP Init
NbUP Init ACK
ACM
NOTIFY(bearerestablish)
Relocation command
Physical channel reconfiguration
Physical channel reconfiguration complete
Relocation request detect
MAP process access signalling
与跨RNC的硬切换相比，主要是增加了MSS、MGW之间的切换消息。
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52
硬切换流程（跨3G MSS－无Iur接口 4）
UE
RNS-A
MSS A
MGW A
MSS A'
MGW A'
RNS-A'
MOD. request
MOD. response
MAP send end signal request
Relocation complete
ANM
Iu release command
REL(Q2630 for AAL2)
RLC(Q2630 for AAL2)
Iu release complete
SUB. request
SUB. response
与跨RNC的硬切换相比，主要是增加了MSS、MGW之间的切换消息。
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53
3G到2G话音切换模型
C1
T1
MGW A
T2
T3
RNS-A
MSS A
UE
BSS A'
MSC A'
呼叫控制信令
承载和承载控制信令
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54
3G到2G话音切换信令流程1
UE
RNS-A
MGW A
MSS A
MSC A'
BSS A'
通话中
Relocation required
MAP prepareHandoverReq.
Handover request
Handover request ACK
allocate
handover number
MAP prepareHandoverResp.
handover number
analyze
ADD request($)
ADD reply(C1,T3)
3代到2代语音切换，BSS与MSC接口的消息名为handover－；跨3代MSC切
换RNC与MSC接口的消息名称为relocation中国移动3G技术培训
55
3G到2G话音切换信令流程2
UE
RNS-A
MSS A
MGW A
MSC A'
BSS A'
MOD request(T2,T3,oneway)
MOD reply(T2,T3)
MOD request(T1,T3,isolate)
MOD reply(T1,T3)
IAM
ACM
Relocation command
HandoverFromUTRANCommand
Handover detection
MAP processAccessSignalling
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56
3G到2G话音切换信令流程3
UE
RNS-A
MSS A
MGW A
MSC A'
BSS A'
MOD. request(T2,T3,bothway)
MOD. reply(T2,T3)
MOD. request(T1,T2,oneway)
MOD. reply(T1,T2)
HandoverComplete
MAP sendEndSignalReq.
ANM
Iu release command
Iu release complete
SUB. request(T1)
Handover complete
SUB. reply(T1)
3代到2代语音切换，UE给BSS与消息名为handovercomplete－；跨3代MSC
切换UE与RNC接口的消息名称为physical channel reconfiguration
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57
系统间切换流程：PS域DCH状态下（WCDMA到GPRS）
MS
BSS
SRNS
2G -
1.
new
SGSN
3G -
old
SGSN
GGSN
HLR
网络发起切换，与GPRS内部切换
不同之处是GPRS是UE发起的切换
Cell Change order from UTRAN
2. Routing Area Update Request
3. SGSN Co
ntext Request
4. SRNS Context Request
4. SRNS Context Response
5. SGSN Context Response
6. Security Functions
7. SGSN Context Acknowledge
C1
8. SRNS Conte
xt Acknowledge
8a. Forward Packets
9. Forward Packets
10. Update PDP Context Request
10. Update PDP Context Response
11. Update GPRS Location
路由更新
12. Cancel Location
13. Iu Release
Comm
13. Iu Release Complete
and
12. Cancel Location Ack
14. Insert Subscriber Data
14. Insert Subscriber Data Ack
15. Update GPRS Location Ack
16. Routing Area Update Accept
WCDMA
到GPRS
和到
GSM切
换的区别
主要在于
PS域需
要有一组
信令来处
理缓存的
分组数组
的转发
C2
17. Routing Area Update Complete
18. BSS Packet Flow Context Procedure
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58
系统间切换流程：PS域（ GPRS到WCDMA）
MS
BSS
SRNS
new
3G-SGSN
old
2G-SGSN
GGSN
HLR
1. Intersystem
change decision
2. Routeing Area Update Request
3. SGSN Context Request
4. SGSN Context Response
5. Security Functions
Set up Radio
Resources
6. RAB Assignment Request
6. RAB Assignment Response
7. SGSN Context Acknowledge
C1
8. Forward Packets
路由更新过程
9. Update PDP Context Request
9. Update PDP Context Response
10. Update GPRS Location
RAN侧在此之前
完成RRC连接建
立。GPRS到
WCDMA的切
换，对GRPS来
说，和一次正常
的跨SGSN的小
区重选没有太大
的差别，只是切
换的目标小区是
WCDMA而已。
11. Cancel Location
11. Cancel Location Ack
12. Insert Subscriber Data
12. Insert Subscriber Data Ack
13. Update GPRS Location Ack
14. Routeing Area Update Accept
C2
15. Routeing Area Update Complete
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59
主要内容
 信令流程的基本概念
 信令流程

终端开机选网

移动性管理
• 小区重选
• 位置更新
• 切换
• SRNS重定位
−概述
−触发时机
−流程

安全性管理

PS域的其他基本流程
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60
SRNS重定位
 SRNS重定位（ Relocation）就是将某个UE的SRNC的角色由一个
RNC转到另外一个 RNC的过程
CN
CN
SRNC
NODEB
CELL
NODEB
CELL
CELL
SRNC
Ô -À µ́ Ä
SRNC
DRNC
CELL
NODEB
CELL
NODEB
CELL
CELL
CELL
UE
UE
重定位后
重定位前
中国移动3G技术培训
61
SRNS重定位的可能触发时机
 小区重选时

Cell_FACH、Cell_PCH、URA_PCH状态下的UE发生跨RNC的
小区重选时
 切换时

软切换：Iur接口可用，软切换之后SRNC的NodeB下没有无线链
路，而仅在DRNC下存在无线链路

同频硬切换： Iur接口不可用，Cell_DCH状态下的UE发生跨RNC
的同频硬切换时

Cell_DCH状态下的UE跨RNC的异频硬切换
中国移动3G技术培训
62
SRNS重定位的设备规范要求
 发生跨Iur接口软切换

如果是CS域业务或PS域流媒体业务，即使SRNC下的小区没有无线
链路，也不作SRNC重定位，CS域业务结束之后释放Iur接口资源；

如果是PS域业务UE处于Cell_DCH状态，当SRNC下的小区所有无
线链路被删除或UE状态从CELL_DCH转换为非DCH状态的其他连接
状态时，触发SRNS重定位 ；
 发生跨RNC的同频硬切换、Iur接口不可用时

需要触发SRNS重定位
 对处于Cell_FACH、Cell_PCH、URA_PCH状态下的UE
发生跨RNC的小区重选时，不执行SRNS重定位
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63
SRNS重定位流程
UE
Node B
RNC Source
RNC Target
MSC / SGSN
1. Relocation Required
RANAP
RANAP
2. Relocation Request
RANAP
RANAP
3. ALCAP Iu Data Transport Bearer
Setup
RANAP
5. Relocation Command
RANAP
RNSAP
4. Relocation Request Ack.
6. Relocation
Commit
RANAP
RNSAP
RANAP
7. Relocation Complete
8. Iu Release Command
RANAP
RANAP
RANAP
RANAP
9. ALCAP Iu Data Transport Bearer Relelase
RANAP
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10. Iu Release Complete
RANAP
64
主要内容
 信令流程的基本概念
 信令流程

终端开机选网

移动性管理

安全性管理
• 鉴权与密钥协商
• 加密和完整性保护

PS域的其他基本流程
中国移动3G技术培训
65
鉴权与密钥协商
3代鉴权与密钥协商
2代
 5元组{RAND,
XRES,CK,IK,AUTN}
 3元组{SRES、RAND、Kc}
 单向鉴权
 双向鉴权


首先，终端对网络侧进行鉴权；

然后，网络侧对终端进行鉴权。
 密钥协商过程增加了完整性保护
密钥(IK)，不仅可提供对信令、
话音和数据的机密性保护（以
CK做加密），而且可提供对信
令的完整性保护。
仅有网络对终端的鉴权。
 密钥协商过程仅协商加密密钥
(Kc)，用于话音和数据的机密性
保护。
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66
鉴权与密钥协商时机
 用户在服务网做第一次注册；
 在RRC连接建立后，VLR对USIM上报的Initial L3
message中的KSI值做判断，如果KSI为“111”，在下列
情况下启动鉴权：





service request之后；
location update request之后；
attach request 之后；
detach request之后；
connection re-establishment request之后
中国移动3G技术培训
67
鉴权和密钥协商流程
MS
V L R /S G S N
H E /H L R
A u th e n tic a tio n d a ta re q u e st
G e n e ra te a u th e n tic a tio n
v e c to rs A V (1 ..n )
D istrib u tio n o f
a u th e n tic a tio n
v e c to rs fro m H E
to S N
A u th e n tic a tio n d a ta re sp o n se
A V (1 ..n )
S to re a u th e n tic a tio n v e c to rs
S e le c t a u th e n tic a tio n v e c to r A V (i)
U se r a u th e n tic a tio n re q u e st
R A N D (i) || A U T N (i)
V e rify A U T N (i)
C o m p u te R E S (i)
U se r a u th e n tic a tio n re sp o n se
R E S (i)
A u th e n tic a tio n a n d
k e y e sta b lis h m e n t
C o m p a re R E S (i) a n d X R E S (i)
C o m p u te C K (i) a n d IK (i)
S e le c t C K (i) a n d IK (i)
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68
鉴权和密钥协商流程










1）MS携带TMSI/P-TMSI上报业务请求后，VLR/SGSN检查VLR中是否存有相应的
鉴权向量；若无，则携带IMSI以Authentication Data Request消息向HLR请求N
组鉴权向量，即五元组：随机数RAND、期望应答值XRES、机密性保护密钥CK、完
整性保护密钥IK、鉴权令牌AUTN。
2）HE/HLR根据IMSI计算生成N组鉴权向量。
3）HE/HLR将生成的N组鉴权向量发送给VLR/SGSN。这里的鉴权向量按照序列号
顺序排列。
4）VLR/SGSN存储N组鉴权向量。
5）VLR/SGSN选择一个向量五元组，将其中的RAND和AUTN发送给用户端。
6）USIM接到RAND后，通过计算获得SQNHE，判断SQNHE是否在允许的范围内。
7）利用AUTN，USIM计算获得消息验证码XMAC，比较XMAC和AUTN中包含的
MAC是否相等。（终端鉴权网络）
8）USIM运算得出鉴权应答值RES、CK和IK。
9）USIM把RES发送给VLR/SGSN。
10）VLR/SGSN比较收到的RES和XRES是否相等。（网络鉴权终端）
中国移动3G技术培训
69
加密和完整性保护
 完整性保护和加密的目的
 避免无线通信系统受到潜在攻击，防止攻击者获得、窜改和修改用
户身份相关信息（如IMSI、TMSI等）
 完整性保护的目的：使用规律变化的参数和发出的数据经过一定规
则的运算得到一个MAC-I，接收端维护一套相同的参数在收到数据
时使用相同规则得到一个XMAC-I，如果MAC-I和XMAC-I相同说
明双方参数和数据都是相同的，收发过程是完整的。否则接收端必
须丢弃收到的数据，信令连接可能会释放。
 加密的主要目的：采用规律变化的参数对发送的数据进行转换，接
收时使用相同的参数对收到的数据进行逆转换还原数据。如果双方
维护的参数不同则数据不可能被正确还原。用户数据在无线接口被
截获的可能性大大降低。
 加密和完整性保护的对象
 加密：用户数据信息、NAS信令、RRC信令
 完整性保护： NAS信令、RRC信令。
 与2代的类比
 加密：
• GSM：MS－BTS 空中接口；
• GPRS：MS－SGSN（LLC层）；
• UTRAN：MS－RNC（RLC/MAC层）
 完整性保护：GSM/GPRS中没有完整性保护的过程。
中国移动3G技术培训
70
加密和完整性保护时机
 鉴权和密钥协商过程之后，由VLR/SGSN选择加密算法和
完整性保护算法，然后发起加密和完整性保护命令。
中国移动3G技术培训
71
加密和完整性保护流程
MS
SRNC
VLR/SGSN
1. RRC connection establishment including
transfer of the HFNs START values and the
UE security capability from MS to SRNC
1. Storage of HFNs START values and UE security capability
2. “Initial L3 message” with user identity, KSI etc.
3. Authentication and key generation
4 Decide allowed UIAs and UEAs
5. Security mode command (UIAs, IK, UEAs, CK, etc.)
6. Select UIA and UEA, generate FRESH
Start integrity
UIA为完整
性保护算
法；UEA
为加密算
法
7. Security mode command (CN domain, UIA, FRESH,
UE security capability, UEA, MAC-I, etc.)
8. Control of UE security capability, Verify
message, Start of integrity
9. Security mode complete (MAC-I, etc.)
10. Verify received message
11. Security mode complete (selected UEA and UIA)
Start ciphering/deciphering
Start ciphering/deciphering
“UE security capability” indicates UIAs and UEAs supported by MS
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72
主要内容
 信令流程的基本概念
 信令流程

终端开机选网

移动性管理

安全性管理

PS域的其他基本流程
• 附着
• PDP激活、PDP去激活
• QOS协商
• 分离
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73
附着流程(1)
1.Attach Request (IMSI or old P-TMSI, etc. )
2. Identity Request
3.Authentication
4.Update Location
5.Cancel Location
6. Insert Subscription data (QoS Profile etc.)
7.Attach Accept (P-TMSI etc.)
UE
New SGSN
Old SGSN
HLR
与GPRS流程相同
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74
附着流程(2)
 1）如果用户没有合法的P-TMSI，用户会带上IMSI；如果用户有合法的PTMSI，用户应该使用P-TMSI和配对的路由区标识，同时如果具有P-TMSI签
名的话，也应该带上。
 2）如果用户使用P-TMSI附着，并且自上次附着改变了SGSN，新SGSN应该
发送身份识别请求给老的SGSN，带上用户的P-TMSI和相应的路由区标识以
及老的P-TMSI签名。老SGSN回应身份识别响应消息，包含用户的IMSI和鉴
权集。
 如果用户在老SGSN为未知，新SGSN应该发起身份识别请求给用户，身份类
型指示IMSI。用户应该报告自己的IMSI给SGSN。
 3）SGSN对用户发起鉴权过程。
 4）SGSN通知HLR（位置更新），消息中包括SGSN号码、 SGSN地址、用
户IMSI等。
 5）HLR发送Cancel Location（带有IMSI、取消类型）消息给老的SGSN同
时置取消类型为Update Procedure；
 6）HLR发送插入用户签约数据消息（带有IMSI、签约数据）给新SGSN；
 7）SGSN回应用户附着接受消息。
中国移动3G技术培训
75
PDP激活
 触发条件：UE附着到GPRS网络后，要想和外部数据网络
通信（如：电子邮件等）时，将触发PDP激活。
 特点：PDP激活后，网络为移动台分配IP地址，使UE成为
IP网络的一部分。
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76
UE发起的PDP激活请求
MS
UTRAN
3G-SGSN
3G-GGSN
1. Activate PDP Context Request
2. Create PDP Context Request
2. Create PDP Context Response
3. Radio Access Bearer Setup
4. Update PDP Context Request
4. Update PDP Context Response
5. Activate PDP Context Accept
与GPRS流程类似。只是消息中携带的QOS字段的长度不同，3代的QOS参数
比2代丰富！
中国移动3G技术培训
77
UE发起的PDP激活请求
 1） UE 主动发起 PDP 激活流程
 2）SGSN收到激活请求后向GGSN发起建立PDP上下文请
求消息，GGSN回应响应。
 3） SGSN发起RAB建立过程。
 4） 如果RAB建立过程的QOS发生改变，SGSN发送PDP
更新请求给GGSN，GGSN收到后响应。
 5） SGSN发送PDP激活接受给UE。
中国移动3G技术培训
78
UE发起的PDP去激活请求
MS
UTRAN
3G-SGSN
3G-GGSN
1. Deactivate PDP Context Request
C1
2. Delete PDP Context Request
2. Delete PDP Context Response
3. Deactivate PDP Context Accept
4. Radio Access Bearer Release
中国移动3G技术培训
79
UE发起的PDP去激活请求
 1） UE 主动发起PDP去激活请求。
 2） SGSN收到后发起删除PDP 上下文请求给GGSN，
GGSN回应。
 3） SGSN发送PDP去激活接受消息给用户。
 4） 如果该 Iu 信令连接上只有一个 RAB ID ， 则释放
Iu 连接；否则，只需要通过RAB指配流程释放与该 PDP
相关的 RAB ID 即可。
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80
3GPP定义的业务类别
SDU
error
ratio
会话类
Conversational
数据流类
Streaming
交互类
后台类
Interactive
Background
10-1
•Video Stream
10-2
10-3
10-4
•Video
Conference
• Audio Stream
• E-Mail
•Basic Browsing
•speech
•Mobile Office
Internet
•CS data
•Info Service and
E-commerce
10-5
Delay
10-6
100msec
1sec
10sec
100 sec
a target value: cannot be guaranteed
QoS - 可用性(接通率&掉话等)、时延、抖动、流量、丢包率等
中国移动3G技术培训
81
WCDMA网络QOS保障机制
无线接入承载
无线承载
不再局限于2G的 “best-of-effort” 低速数据业务
中国移动3G技术培训
82
Qos协商机制--关键节点
GGSN
终端
Qos(N)1
（核心网Qos协商）
Qos(R)
（业务Qos请求）
SGSN
Qos(N)
（业务建立）
比较Qos(S)与Qos(R)
Qos(S)
（签约数据插入）
协商Qos的中枢
HLR
Qos(N)2
（无线网Qos协商）
RNC
签约的QoS－QoS（S）：用户在HLR配置的QoS签约信息，在用户附着网络后，
HLR就把用户签约QoS信息下发SGSN；
请求的QoS－QoS（R）：终端请求PDP上下文建立时的QoS需求；
协商的QoS－QoS（N）：（1）SGSN比较用户签约和请求QoS；
（2）SGSN同GGSN进行Qos协商；
（3）SGSN同RNC进行Qos协商；
（4）SGSN同终端进行Qos协商；
中国移动3G技术培训
83
Qos协商机制—信令流程
MS
RNC
SGSN
附着请求
HLR
GGSN
更新位置
插入用户数据 [QoS(S) [ 1-N]
附着接受
激活PDP上下文请求 QoS(R)
比较Qos(S)与Qos(R)
建立PDP上下文请求 QoS(N)-1
建立PDP上下文响应 QoS(N)-2
RAB
分 配
过程
无线接入承载分配请求 QoS(N)
无线接入承载分配响应
[是/否]
插入
签约
Qos
业务
Qos
请求
核心
网Qos
协商
无线
网Qos
协商
激活PDP上下文接受 QoS(N)
中国移动3G技术培训
84
终端
与网
络的
Qos
协商
过程
Qos协商的关键参数
典型业务
ARP
关键指标
适用于所有类别业务，表征用户等级。
Max bit rate 适用于所有类别业务，表征该类业务使用所
需的最大带宽。
Guaranteed 适用用于Streaming和Conversational类业务，
bit rate
是该类业务能够使用的保证带宽。
Delay
适用用于Streaming和Conversational类业务，
使该类业务需求的最小时延。
Traffic
适用用于Interactive类型，用于区分各种
handling
Interactive业务的优先级。
priority
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85
分离流程
 UE发起的分离：如终端关机
 SGSN发起的分离： 如 与 PURGE MS 流程配套使用 ，
删除“不活动用户”
 HLR发起的分离：如用户销户。HLR 发起分离流程与
SGSN 发起分离流程 在 IU 接口是基本一致的。
中国移动3G技术培训
86
UE发起的分离流程（1）
MS
BSS/UTRAN
SGSN
GGSN
MSC/VLR
1. Detach Request
2. Delete PDP Context Request
2. Delete PDP Context Response
3. IMSI Detach Indication
4. GPRS Detach Indication
C1
5. Detach Accept
6. PS Signalling Connection Release
与GPRS流程相同
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87
UE发起的分离流程（2）
 1）用户发送分离请求消息（带有Detach Type，P-TMSI，P-TMSI
Signature， Switch Off）给SGSN，从而发起分离流程。Detach Type指
示将要进行何种类型的分离流程，即GPRS分离、IMSI分离、联合分离。
Switch Off指示用户的分离是否是因为关机。分离请求消息带有用户的PTMSI和P-TMSI签名，签名是用来检查用户分离消息的合法性的。如果用户
的签名不合法或者没有带，SGSN应该发起鉴权。
 2）如果是GPRS分离，存在于GGSN中属于该用户的激活的PDP上下文的去
活，是通过SGSN向GGSN发送删除PDP上下文请求消息（带有TEID，
Tunnel Endpoint Identifier，标识PDP上下文）来实现的。GGSN以删除
PDP上下文响应消息予以确认。
 3）如果存在Gs接口，且如果是IMSI分离，SGSN应该发送IMSI分离指示消
息给VLR。
 4）如果用户需要在GPRS分离同时保留IMSI附着，SGSN应该发送GPRS分
离指示消息给VLR。VLR删除和SGSN的关联，并且不再通过SGSN发起寻呼
和Location Update。
 5）如用户不是因为关机发起分离，SGSN应该回应分离接受消息给用户。
 6）如果用户发起GPRS分离，SGSN释放PS域信令连接。
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88
SGSN发起的分离流程（1）
MS
BSS/UTRAN
SGSN
GGSN
MSC/VLR
C1
1. Detach Request
2. Delete PDP Context Request
2. Delete PDP Context Response
3. GPRS Detach Indication
4. Detach Accept
5. PS Signalling Connection Release
与GPRS流程相同
中国移动3G技术培训
89
SGSN发起的分离流程（2）
 1）SGSN以分离请求消息（带有分离类型）通知用户已经被分离。分
离类型指示用户是否被要求重新附着和重新激活原先分离前激活的
PDP上下文。如果是，在分离完成后，附着流程将会发起。
 2）SGSN通知GGSN删除PDP上下文请求消息（带有TEID），以通知
GGSN去活该用户激活的PDP上下文。GGSN以删除PDP上下文响应
消息确认SGSN的删除请求。
 3）如果用户是联合附着，SGSN应该发送GPRS分离指示消息（带有
用户IMSI）通知VLR。VLR去除和SGSN的关联，不再通过SGSN进
行寻呼和位置区更新。
 4）用户可能在收到SGSN的分离请求后的任何时候发送分离接受消息
给SGSN。
 5）在收到用户的分离接受消息后，如果分离类型不要求用户重新附着，
那么SGSN将释放分组域的信令连接。
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90
HLR发起的分离流程（1）
MS
BSS/UTRAN
2. Detach Request
SGSN
GGSN
HLR
MSC/VLR
1. Cancel Location
3. Delete PDP Context Request
3. Delete PDP Context Response
C1
5. Detach Accept
4. GPRS Detach Indication
C2
6. Cancel Location Ack
7. PS Signalling Connection Release
与GPRS流程相同
中国移动3G技术培训
91
HLR发起的分离流程（2）







1)如果HLR请求SGSN立即删除用户的MM和PDP上下文，HLR发送Cancel
Location (IMSI, Cancellation Type)消息给SGSN，Cancellation Type
字段设为 Subscription Withdrawn.
2) SGSN通过向MS发送Detach Request (Detach Type) 消息给MS，通
知MS被分离。Detach Type 应该指示 MS不需要做新的Attach和PDP 上
下文的激活.
3) SGSN向GGSN发送Delete PDP Context Request (TEID) 消息给
GGSN，GGSN认为此MS已经被去活。GGSN向SGSN发送一个确认消息
Delete PDP Context Response (TEID).
4) 如果MS同时 处于IMSI-attached and GPRS-attached状态, SGSN向
VLR发送一个GPRS Detach Indication (IMSI)消息. VLR 去除掉和SGSN
之间的连接，VLR不再通过SGSN处理寻呼和位置更新消息.
5) 步骤2后，MS可以在任何时间向SGSN 发送Detach Accept message
消息.
6) SGSN 向HLR发送Cancel Location Ack (IMSI) 消息，确认MM和
PDP的上下文已经删除掉。
7) 在收到用户的分离接受消息后，如果分离类型不要求用户重新附着，那
么SGSN将释放分组域的信令连接。
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92
欢迎大家提问讨论！
谢谢！
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