I.導語
本文介紹了我們的技術文檔《EMM場景中的11個EMM案例》中定義的EMM案例4的服務請求過程。當處於空閑狀態的非活動UE希望在有新的流量時被激活以處理流量時，該過程被執行。新的用戶流量可以是UE的上行流量，也可以是網絡中的下行流量到UE。UE的E-UTRAN資源（eNB分配）已經釋放，UE一直處於ECM/RRC-Idle狀態。因此，UE要想接收或發送用戶流量，無論是DL還是UL，都需要通過服務請求流程轉換到ECM/RRC-Connected狀態，以便重新分配E-UTRAN資源。
本文對LTE網絡中的服務請求流程進行了說明。第II章根據新流量產生的位置，將服務請求的不同情況進行了分類。第III章和第IV章描述了每個服務請求情況下的不同流程。最后，第V章總結了EPS實體中的信息元素在流程前后的變化。
II.Service Request
當UE仍在網絡中注冊，但其S1連接由於不活動而被釋放時，UE沒有可用的無線資源。也就是說，UE處於EMM-Registered，ECM-Idle狀態。如果此時，UE有新的流量，或者從網絡向UE發出新的流量，UE需要向網絡請求服務，轉換到ECM-Connected狀態。然后在控制面和用戶面分別設置一個ECM連接（RRC+S1信令連接）和E-RAB（DRB+S1承載），允許UE接收或發送流量。在網絡向UE發送流量時，首先通知UE有下行數據，以便用戶申請業務。
當UE有新的流量要發送，或者得知網絡有下行數據要發送時，UE向MME發送Service Request 報文，轉換到ECM/RRC-Connected狀態。然后，UE通過使用分配的無線和網絡資源，可以接收或發送流量。服務請求可以由UE觸發，也可以由網絡觸發，根據新流量產生的位置不同，可分為以下幾類：
- Service Request Case 1: UE-triggered New Traffic
當UE有上行數據要發往網絡時
- Service Request Case 2: Network-triggered New Traffic
當網絡有下行數據要發送UE時
圖1顯示了在用戶面和控制面連接的建立，以及UE和MME在業務請求前后的狀態。在業務請求之前，用戶處於EMM-Registered和ECM/RRC-Idle狀態。因此，只有由EPC分配的資源保持不釋放，而由E-UTRAN分配的資源已經釋放。在控制面中，S5 GTP-C和S11 GTP-C隧道保持活動狀態，而ECM連接丟失。在用戶面，S5承載和上行S1承載保持活動，同時下行S1承載和DRB被釋放。
在業務請求后，擁有已分配E-UTRAN資源的UE，處於EMM-Registered和ECM/RRC-Connected狀態。同時，我們可以看到EPS承載中的所有承載和連接（即DRB、S1bearer和S5承載）和信令連接（即ECM連接、S11 GTP-C和S5 GTP-C隧道）都已經建立，支持UE與網絡之間的數據傳輸（UE至PGW）。
III.UE觸發的Service Request
圖2和圖3說明了由UE上行鏈路數據引起的UE觸發服務請求的流程。UE的NAS層通過發送Service Request 消息向MME表示UE有數據要發送出去。因此，數據傳輸所需的資源從網絡中分配。由於UE一直在網絡上注冊，其NAS安全上下文(KNASenc、KNASint等)在UE和MME中保持有效。有了上下文，UE可以將服務請求以加密密鑰(KNASenc)加密的方式發送，並以完整性保護密鑰(KNASint)完整性保護的方式發送。MME收到報文后，通過對報文的完整性檢查和解密，決定是否對用戶進行鑒權流程，然后由eNB建立E-RAB。
❶ ECM Connection Establishment
當UE有新的數據要發送時，它向MME發送Service Request消息來建立ECM連接。Service Request消息通過無線連接的RRC連接和eNB與MME之間建立的S1信令連接發送給MME。本文中，我們假設UE和MME中保存有有效的GUTI和NAS安全上下文。
1), 2) [UE – eNB] RRC Connection Setup
在NAS層，UE通過S-TMSI提供RRC層。在RRC層，UE使用S-TMSI作為UE ID，向eNB發送RRC Connection Request消息建立RRC連接。eNB返回RRC Connection Setup消息給UE。
3), 4), 5) [UE -> MME] ECM Connection Setup Request
在NAS層，UE向MME發送 Service Request 消息來建立ECM連接。UE和MME中已經存儲有此UE相關的NAS安全上下文。因此，消息中的NAS基礎秘鑰識別器((KSIASME)會經過KNASenc進行加密，並通過完保秘鑰(NASint)進行完保。這個Service Request 消息是夾在UE和eNB間無線鏈路消息RRC Connection Setup Complete中發送給eNB的。接着它會夾在一個S1AP消息(Initial UE Message)中，從eNB再發送到MME。在這期中，eNB分配了eNB UE S1AP ID，並將其包含在發送到MME的Initial UE Message報文中。MME收到報文后，分配MME S1AP UE ID，並在eNB與MME間建立S1信令連接。
❷ UE Authentication and NAS Security Setup (Optional)
6) [UE – MME – HSS] UE Authentication
從UE處接收到 Service Request消息后，MME對NAS-MAC進行完保檢查。如果通過，MME使用當前NAS安全上下文來收發NAS消息，而不用再對UE進行鑒權。如果失敗，MME則需要對UE進行EPS-AKA鑒權流程。
7) [UE – MME] NAS Security Setup
當鑒權完成，UE和MME會通過NAS Security Setup流程生成用來發送NAS消息的NAS安全秘鑰((KNASenc, KNASint)。
❸ E-RAB Establishment
接收到UE的Service Request消息后，MME會與eNB通過E-RAB建立流程，建立DRB和下行S1承載。
8) [eNB -> MME] Requesting E-RAB Establishment
一旦從UE接收到Service Request消息，MME就會執行E-RAB建立。因此，MME向eNB發送Initial Context Setup Request消息，這樣eNB就可以建立與SGW的S1承載，與UE的DRB。消息所含的參數如下：
| Initial Context Setup Request (E-RAB ID, KeNB, S1 S-GW TEID, MME UE S1AP ID)
|
9) [UE - eNB] AS Security Setup
從MME收到Initial Context Setup Request消息后，eNB需要執行DRB和S1承載建立流程以便發送用戶數據。建立DRB之前，eNB會執行AS安全建立流程以便它和UE之間通過SRB和DRB無線連接進行安全通信。在AS安全建立流程中，UE和eNB衍生KRRCint/KRRCenc用來完保/加密，衍生 KUPenc用來對用戶數據加密。 AS安全建立流程成功執行后，RRC消息會進行加密和完保，用戶數據信息會被加密。接下來，eNB會開始建立DRB。
10) [UE <- eNB] DRB Establishment
eNB會分配DRB ID來創建一個DRB(基於無線的EPS承載)，然后在根據MME下發的E-RAB QoS消息對DRB QoS參數配置后，向UE發送RRC Connection Reconfiguration消息。UE在接收到RRC Connection Reconfiguration消息后生成DRB和SRB2.
[注]DRB--數據無線承載；SRB--信令無線承載。
其中SRB分為SRB0,SRB1,SRB2。
11) UL Traffic Path Available
步驟10)建立DRB后，一個上行EPS承載就建立了。可以從UE到PGW發送UE產生的上行數據。
12) 13) & 16) [eNB -> S-GW] Setting up Downlink S1 Bearer
步驟12)中，eNB為S1承載分配了下行S1TEID(S1 eNB TEID)，封裝進Initial Context Setup Response消息中，然后作為步驟8)收到的Initial Context Setup Request消息的應答答復給MME。步驟13)中，MME向SGW發送Modify Bearer Request消息，其中含有S1 eNB TEID，這樣就建立了S1下行承載。接着步驟16)中，SGW通過Modify Bearer Response消息通知MME S1下行承載建立。
14) DL Traffic Path Available
步驟13)完成后，SGW到eNB的下行GTPU隧道就創建了，從PGW到UE的下行EPS承載就建立好餓了。所有下行到UE的數據就可以發送了。
15) Modifying EPS Session (UE Location Registration)
如果在Service Request時UE當前小區(ECGI)/TA發生變化，則SGW需要向PGW通報變化。然后PGW向PCRF上報。
IV.網絡觸發的Service Request
圖4和圖5顯示了網絡觸發的服務請求過程。這種類型的請求是在網絡有下行流量要傳送給處於空閑狀態的UE時提出的。MME不知道處於Idle狀態的UE的位置。因此，它必須通過尋呼流程告知它有流量要送達給UE，以便重新建立已經釋放的承載（E-RAB）資源。
❶ Service Request Triggering
如果SGW通過S5承載收到PGW的下行數據，但是無法發送給eNB，因為S1下行承載已經釋放了，這時候SGW會緩存數據包，然后確認下UE注冊到了哪個MME。然后SGW向這個MME發送Downlink Data Notification消息告知MME需要建立信令連接和承載。
❷ Paging
MME知道UE在它的某個TA下，但是不知道具體的小區。因此，MME向這個TA下的所有eNB發送Paging消息。這些eNB通過PCH廣播Paging消息，以便UE能夠接收到。
❸ ECM Connection Establishment
為了接受下行數據，UE發送Service Request消息建立ECM連接。ECM連接建立流程是從UE通過無線通道接入一個小區，並發送RRC Connection Request消息來建立RRC連接開始的。如圖2所示。
❹ UE Authentication and NAS Security Setup (Optional)
MME接收到UE的Service Request消息后，如果對NAS-MAC的完保校驗失敗，則會通過NAS安全建立流程生成NAS安全秘鑰(NASint, NASenc)，通過EPS-AKA對UE執行鑒權流程。
❺ E-RAB Establishment
從UE接收到Service Request消息后，MME建立DRB和S1下行承載。做好了從SGW接收下行數據的准備。詳細流程可以參考圖3.
V.EPS實體信息：Service Request前/后
本章研究了EPS實體中的信息元素在服務請求前后是如何改變的。所有的信息元素分為UE ID、UE位置、安全性、EPS會話/承載器信息。
5.1 Service Request前
在服務請求被觸發之前，UE通過S1釋放從Active狀態過渡到EMM-Registered和ECM/RRC-Idle狀態。因此，S1釋放后的EPS實體中的所有信息在執行服務請求流程之前都保持不變。也就是說，與E-UTRAN分配的無線資源(eNB)相關的信息元素，以及與E-UTRAN中建立的EPS承載和信令連接相關的信息元素(即下行鏈路S1承載和S1信令信息)，現在從EPS實體中刪除。在圖6中，每個EPS實體中存儲在業務請求觸發前的信息元素以黑色標記。
5.1 Service Request后
業務請求完成后，UE轉到ECM/RRC-Connected狀態，由E-UTRAN建立RRC連接/S1信令和E-RAB承載（DRB+下行S1承載）。因此，UE和P-GW之間用戶數據傳遞所需的所有信息都存儲在EPS實體中。圖7列出了業務請求完成后，每個EPS實體中存儲的信息元素。這些元素與初始附着后存儲的信息元素相同。
VI.結語
在本文中，我們了解了當新的數據到達接入的網絡中一直處於空閑狀態的UE時，重新分配E-UTRAN(eNB)資源所需的服務請求過程。我們還總結了通過服務請求過程建立端到端EPS承載時，存儲在EPS實體中的用戶信息元素。當UE在網絡中仍處於注冊狀態時轉換到Idle狀態，其EPC資源被保留，但E-UTRAN資源被釋放。因此，必須像附着請求那樣重新建立一個DRB。但是，在S1承載的情況下，與附着請求不同，只需要重新建立下行S1承載，這樣可以更快地傳送數據。接下來的文檔將討論當UE在空閑狀態下定期執行跟蹤區域更新(TAU)時的流程。