文章目录

1. 简介
2. EMM，ECM和RRC状态
- 2.1 EMM过程类型
- 2.2 EMM / ECM / RRC状态
3. EMM状态转换
- 3.1 EMM注销状态
- 3.2 EMM注册状态
EMM特点
- 4.1
- 4.2 EPS承载与NAS信令连接
- 4.3 移动性
- 4.4 UE ID

1. 简介

一旦用户连接到LTE网络（或EPS系统）

在网络上对用户进行身份验证和注册
建立EPS会话和承载以使用服务，以及
用来支持用户移动性的移动性管理功能被触发。
并且这时，它是网络中的移动性管理实体（MME），它通过与用户建立信令连接并交换控制消息来完成所有上述三个任务。

用户和网络之间的移动性和会话管理根据位于UE和MME的控制平面中的非访问层（NAS）层中的NAS协议进行控制。这两个实体使用NAS消息相互通信。NAS协议在3GPP TS 24.301 [1]中定义。NAS功能可以大致分为EPS移动管理（EMM）和EPS会话管理（ESM）功能。

2. EMM，ECM和RRC状态

表1列出了NAS协议支持的EMM过程的类型以及属于每种类型的特定过程。详细的EMM程序将稍后进行讨论。将简要介绍每种EMM类型中有哪些特定过程。

2.1 EMM过程类型

表1. EMM过程的类型

Type	EMM Procedures
EMM Common Procedure	GUTI Allocation Authentication Security Mode Control UE Identification EMM Information
EMM Specific Procedure	Attach Detach Tracking Area Update
EMM Connection Management Peocedure	Service Paging Transport of NAS Message

EMM程序分为以下三种类型：

EMM通用过程：指在UE和MME之间存在NAS信令连接时始终可以启动的过程。该过程可以进一步分为五个过程：全局唯一临时标识符（GUTI）分配，身份验证，标识，安全模式控制（SMC）和EMM信息；
EMM特定过程：是指与用户移动性（注册和位置更新）有关的过程。它可以进一步分为三个过程：附加，分离和TA更新（TAU）。在用现有的3GPP网络构建的LTE网络中，附加过程（即，组合的附着，组合的分离和组合的跟踪区域更新）也被包括在该过程中。但是，由于本文档仅讨论LTE网络，因此表1中不包含这些过程（有关该过程的更多信息，请参阅“ LTE互通”技术文档（TBD））；和
EMM连接管理过程：是指与建立NAS信令连接有关的过程。它可以进一步分为三个过程：服务请求，寻呼和NAS消息的传输。

2.2 EMM / ECM / RRC状态

EMM是NAS层的子层。随着EMM过程的进行，UE可以具有七个EMM状态¹之一，并且MME可以具有四个EMM状态²之一。在这些状态中，某些状态（例如“ EMM已注册”和“ EMM已注销”）是两个实体都可以具有的常见状态。在下文中，EMM状态将引用这两个状态（有关其他EMM状态的更多信息，请参见[1]。）。

EMM-Null, EMM-Deregistered, EMM-Deregistered-Initiated, EMM-Registered, EMM-Registered-Initiated, EMM-TAU-Initiated,
and EMM-Service-Request-Initiated

EMM-Deregistered, EMM-Deregistered-Initiated, EMM-Registered, and EMM-Common-Procedure-Initiated

ESM state, one of the NAS states, is out of the scope of this document and will not be covered herein

为了使UE和MME彼此交换NAS消息，必须在它们之间建立用于交换NAS消息的信令连接。此连接称为EPS连接管理（ECM）连接。如图1所示，它是由UE和eNB之间的RRC连接以及eNB和MME之间的S1信令连接组成的逻辑连接。这意味着，当ECM连接建立/终止时，RRC和S1信令连接。都已建立/终止。对于UE，已建立的ECM连接意味着具有与eNB建立的RRC连接，而对于MME，这意味着具有与eNB建立的S1信令连接。

图1示出了与UE和MME 3相关联的EMM，ECM和RRC状态。根据UE是连接到网络还是从网络分离，EMM可以处于“ EMM注册”或“ EMM注销”状态。ECM可以具有“ ECM已连接”或“ ECM空闲”，这取决于是否建立了NAS信令连接（即ECM连接）。同样，根据是否建立RRC连接，RRC可以处于“ RRC已连接”或“ RRC空闲”状态。表2示出了UE在什么条件下停留在特定状态。

图1. EMM/ECM和RRC状态表2. EMM/ECM和RRC状态说明

EMM-Registered：UE在LTE上注册，分配有IP地址。一个EPS承载被建立。MME知道UE准确的位置信息（小区，至少是跟踪区）
ECM-Connected：NAS信令连接（UE和eNB之间的RRC连接+eNB和MME之间的S1信令连接）

3. EMM状态转换

EMM、ECM 和 RRC 的状态随着 EMM 进程的进行而改变。这种状态变化称为“状态转换”。由于 RRC 连接是 ECM 连接的一部分，因此从 UE 的角度来看，ECM 和 RRC 始终具有相同的状态。图 2 显示了 UE 中 EMM 和 ECM/RRC 之间的状态转换，以及触发这种转换的事件。在图2中，一个用户的EMM和ECM / RRC状态的组合被示为 A、B、C和D。表 3 中提供了可能导致此类组合之一的用户体验示例。

图2. EMM状态转换表3. EMM、ECM和RRC状态下的用户体验

Case	State	Example
A	EMM-Deregistered +ECM-Idle + RRC-Idle	 当UE在订阅之后第一次打开时  当UE在长时间关闭后打开时  LTE网络中没有UE上下文
B	EMM-Deregistered +ECM-Idle + RRC-Idle	 当UE在被关闭后的一定时间段内被打开时  在通信过程中由于无线电链路故障而导致ECM连接中断时  来自上一次连接的一些UE上下文仍然可以存储在网络中（例如，为了避免在每个连接过程期间运行AKA过程）
C	EMM-Registered +ECM-Connected + RRC-Connected	 当UE连接到网络（MME）并且正在使用服务时（如互联网、视频点播、电视直播等）  UE的移动性由切换过程处理。
D	EMM-Registered +ECM-Idle + RRC-Idle	 当UE连接到网络（MME），但不使用任何服务  UE的移动性由小区重新选择过程来处理。

ps：AKA过程：Authentication and Key agreement (AKA)过程，鉴权和秘钥协商过程

3.1 EMM注销状态

在 A 和 B 中，状态都是 EMM-Deregistered、ECM-Idle 和 RRC-Idle，并且 UE 与网络分离。但是，由于网络在两种情况下所拥有的UE信息是不同的，所以这两种情况分开讨论。在状态A 的情况下，网络除了提供信息之外没有其他 UE 信息。而如果它们在状态 B 的情况，网络保留上次 UE 连接到它时获得的 GUTI 和 NAS 安全上下文。因此，取决于 UE 是在状态A 还是状态 B 中连接到网络，初始连接程序可能会有所不同。

在状态 B 中，网络保留身份验证和安全设置所需的用户信息（GUTI，NAS 安全上下文），以防 UE 再次连接到它。然后它在一段时间后删除它们，并转换到状态 A 4。

当处于 EMM-Deregistered 状态（A 或 B）时，UE 在选择PLMN和小区的同时，计算出它可以与哪个网络中的哪个小区通信。当 UE 请求允许附着到网络以使用服务时，初始附着过程开始，使 UE 转换到状态 C （EMM-Registered、ECM-Connected 和 RRC-Connected）。

3.2 EMM注册状态

在 C 和 D 中，状态都是 EMM-Registered，并且 UE 连接到（或注册到）网络。然而，ECM 和 RRC 可以处于 ECM-Connected/RRC-Connected ( C ) 或 ECM-Idle/RRC-Idle ( D ) 状态，具体取决于 UE 的活动状态。一旦 UE 通过将其状态从 EMM-Deregistered 状态（状态A 或 B）转换到状态C成功连接到网络，它在使用服务时保持在状态 C，但在不使用服务时转换到状态 D。

在状态 C 中，无线电和网络资源被分配给控制平面中的信令连接和用户平面中的 EPS 承载。并且，即使在与其服务小区通信时，UE也可以切换到具有比其当前小区更好的无线电信号质量的相邻小区。然而，在状态 D 中，UE 被去激活，因此 ECM/RRC 连接被释放。资源既不分配给控制平面中的 ECM 连接，也不分配给除 S5 承载之外的 EPS 承载（DRB 和 S1 承载）。在此状态下，UE 或网络无法传送任何用户流量（UL/DL）。为了在状态D下传递用户流量，应再次建立 ECM 连接，使状态转换到状态 C，然后应该建立一个新的DRB和S1承载来激活EPS承载。在状态 D 下，UE 通过测量来自其服务小区和相邻小区的无线电信号强度，根据小区重选标准选择要驻留的小区（详见“LTE EMM Procedure: 7. Cell Reselection without TAU”技术文档）信息）。

从D 到 C 的状态转换发生在

有新流量（UL 或 DL）
处于空闲状态的 UE 在其 TA 更改或 TAU 定时器到期时发出 TAU 请求。

另一方面，从C 到 D 的状态转换发生在

检测到 UE 不活动（在特定时间段内没有 UE 流量（UL 或 DL））
UE 返回状态 D 并释放资源在状态D 中的 UE 发出 TAU 请求后，因为其 TAU 定时器到期（状态 C）。

当处于 EMM-Registered 状态（C 或 D）时，如果UE被关机或如果发送无线电链路失败（RLF如果分组错误率），则将状态转换到状态 B（即 EMM-Deregistered 状态）无线链路上超过阈值。此外，当处于状态C 的 UE执行切换到非 LTE 网络时，当其请求附着到网络时，会发生从 EMM-Registered 到 EMM-Deregistered（状态B）的状态转换被拒绝（Attach Reject），或者它的TA更新请求被拒绝（TAU Reject）。也会转换为状态B

EMM特点

4.1

表4显示了每个EPS实体识别的UE位置信息的粒度。EMM-Registered 状态（C 和 D）表示 UE 连接到网络并且网络知道 UE 的当前位置。在该状态下，如果UE处于活动状态（C），网络以小区粒度知道UE的位置，如果处于空闲状态（D），则以TA粒度知道UE的位置。到HSS，不像其他的EPS实体，UE的位置信息也被在MME水平，除了在UE处于状态 A。

表 4. 每个 EPS 实体中设置的 UE 位置信息

Case	State	UE	eNB	S-GW	P-GW	MME	HSS	PCRF	SPR
A	EMM-Deregistered + ECM-Idle + RRC-Idle
B	EMM-Deregistered + ECM-Idle + RRC-Idle	–	–	–	–	TAI of last TAU	MME	–	–
C	EMM-Registered + ECM-Connected + RRC-Connected	–	Cell/eNB	Cell/eNB	Cell/eNB	Cell/eNB	MME	Cell/eNB
D	EMM-Registered + ECM-Idle + RRC-Idle	–	–	TAI of last TAU	TAI of last TAU	TAI of last TAU	MME	TAI of last TAU	–

4.2 EPS承载与NAS信令连接

表5显示了在哪种状态下建立和维护用于传递用户业务的EPS承载和用于传递NAS信令消息的NAS信令连接。一旦 UE 成功连接到网络并成为 EMM 注册状态，它就会使用通过 EPS 承载提供的服务。EPS承载由三个承载组成：数据无线电承载（DRB）、S1承载和S5承载。如图 3 所示，在 ECM-Connected/RRC-Connected 状态（状态C）下，所有这三个承载都已建立并保持激活状态（因此分配了无线电和网络资源），其中正在传送用户流量另一方面，只有在 ECM-Idle/RRC-Idle 状态（状态D）下，S5 承载建立并保持激活状态，其他承载被去激活（释放任何分配的资源） ) 没有用户流量的地方。

NAS 信令连接（即ECM 连接），由RRC 连接和S1 信令连接组成，仅在用户流量被传送时建立，即处于ECM-Connected/RRC-Connected 状态（状态 C）。当用户从网络分离（状态 A 或 B），或连接到网络但处于空闲状态（状态 D）时，ECM 连接被释放。

表 5 EPS 承载和 NAS 信令连接信息

图 3. EMM 注册状态下的 EPS 承载和信令连接

4.3 移动性

表 6 列出了与 UE 在每个状态下的移动性相关的特征。

移动性：处于 EMM-Deregistered 状态（状态A 或 B）的开启 UE 通过选择 PLMN 和小区来确定它位于哪个小区和哪个网络中。使用处于 EMM 注册状态（状态C）的服务的 UE 执行从其当前小区到另一个相邻小区的切换，该相邻小区结果证明具有比其当前小区更好的无线电信号质量。当前未使用服务但处于EMM-Registered状态（状态 D）的UE执行小区重选搜索具有比其当前小区更好的无线电信号质量的另一个相邻小区，并且驻留在具有最佳质量的一个相邻小区中。

跟踪区域更新：处于 EMM 注册状态（状态C 或 D）的 UE ，无论是否使用服务，只要其 TA 发生变化就更新其 TA。然而，当处于 ECM-Idle/RRC-Idle 状态（状态 D）时，即使其 TA 没有改变，每次 TAU 定时器到期时，UE 也会定期更新其 TA。TA更新由UE发送的TAU请求消息发起。

当 UE 处于 ECM-Idle/RRC-Idle 状态（状态 D）时，首先应建立 ECM/RRC 连接，并且状态必须转换到 ECM-Connected/RRC-Connected 状态（状态 C），以便UE 更新其 TA。一旦状态C的UE 发送 TAU请求消息并收到来自MME的TAU接受消息，TAU过程就完成了。然后，ECM/RRC连接被释放，UE返回到ECM-Idle/RRC-Idle状态（状态 D）。

寻呼：当UE附连到网络，但在空闲状态（状态 D），如果有用户流量传递，网络发起寻呼唤醒UE，因此过渡UE的状态到状态 Ç。寻呼是基于 UE 在其最后一次 TA 更新期间提供的跟踪区域标识符 (TAI) 信息进行的。

表 6. 与用户移动性相关的特性

Case	State	Mobility	Tracking Area Update	Paging
A	EMM-Deregistered + ECM-Idle + RRC-Idle	PLMN/Cell Selection	–	–
B	EMM-Deregistered + ECM-Idle + RRC-Idle	PLMN/Cell Selection	–	–
C	EMM-Registered + ECM-Connected + RRC-Connected	Handover - Intra eNB HAndover - X2 Handover - S1 Handover	TAU when TA change	–
D	EMM-Registered + ECM-Idle + RRC-Idle	Cell Reselection	TAU when TA change Periodic TAU	Paging Control

4.4 UE ID

表 7 是每个 EPS 实体在四种状态中的每一种都可以拥有的 UE ID 列表。UE IP 地址在 UE 初始附着到网络时由 P-GW 分配，导致建立默认承载，并在去激活默认承载时释放。当 UE 与网络的初始连接成功完成时，由 MME 分配 GUTI，并使用 GUTI 代替永久 ID 国际移动用户标识 (IMSI)。如果UE成功从网络分离，则UE和MME保留UE的最后一个GUTI，并将其用作UE下次附着到网络时的UE ID，即使在分离之后也是如此。C-RNTI 由 eNB 分配，用于区分处于 RRC-Connected 状态（状态 C)，并且仅在与分配的 C-RNTI 相关联的小区中有效。eNB UE S1AP ID和MME UE S1AP ID被eNB和MME用来区分S1-MME接口上的UE。并且，当UE执行从源eNB到目标eNB的切换时，旧eNB UE X2AP ID和新eNB UE X2AP ID被服务eNB和目标eNB用于通过X2接口区分UE。

表 7. 每个 EPS 实体中设置的 UE ID

Case	State	UE	eNB	S-GW	P-GW	MME	HSS	PCRF	SPR
A	EMM-Deregistered + ECM-Idle + RRC-Idle	IMSI–	–	–	–	–	IMSI	–	IMSI
B	EMM-Deregistered + ECM-Idle + RRC-Idle	IMSI, GUTI	–	–	–	IMSI, GUTI	IMSI	–	IMSI
C	EMM-Registered + ECM-Connected + RRC-Connected	IMSI, GUTI, UE IP addr, C-RNTI	C-RNTI, eNB/MME UE S1AP ID, Old/New eNB UE X2AP ID	IMSI	IMSI, UE IP addr	IMSI, GUTI, UE IP addr, eNB/MME UE S1AP ID	IMSI	IMSI, UE IP addr	IMSI
D	EMM-Registered + ECM-Idle + RRC-Idle	IMSI, GUTI, UE IP addr	–	IMSI	IMSI, UE IP addr	IMSI, GUTI, UE IP addr	IMSI	IMSI, UE IP addr	IMSI

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