Tracking Area Update (TAU) в LTE
Вся сеть оператора разбивается на зоны, которые называются зонами отслеживания (Tracking Area). Эти зоны используются для определения местоположения мобильной станции. Например, когда мобильная станция находится в состоянии сбережения энергии - idle mode, сеть знает в какой из зон отслеживания находится эта мобильная станция. И когда есть необходимость в установлении соединения (например, входящий звонок), сеть посылает специальные сообщения (paging) в указанной зоне отслеживания, чтобы сообщить о входящем вызове. Как только мобильная станция (UE) принимает адресованное ей сообщение paging, она начинает процедуру регистрации.
Мобильная станция следит за идентификатором зоны отслеживания, в которой она сейчас находится. Изменение идентификатора означает, что мобильная станция переместилась в другую зону отслеживания. И если мобильная станция не зарегистрирована в новой хоне отслеживания, она начинает процедуру обновления зоны отслеживания (Tracking Area Update - TAU) При этом, в процессе выполнения данной процедуры может произойти смена текущего S-GW (Serving Gateway), так же как и смена MME. Далее процедура обновления зоны отслеживания рассматривается более детально.
Процедура обновления зоны отслеживания выполняется для мобильных станций, которые находятся в состоянии EMM_REGISTERED (то есть в какой-то момент времени была выполнена процедура подключения к сети - UE Attach). Процедура может быть запущена, когда мобильная станция находится в любом RRC состоянии (RRC_CONNECTED или RRC_IDLE), но для выполнения процедуры мобильная станция обязательно должна находиться в состоянии RRC_CONNECTED. Обновление зоны отслеживания может быть запущено в следующих случаях:
- Мобильная станция переместилась в зону отслеживания, в которой она не зарегистрирована.
- Периодическое обновление зоны отслеживания, которое запускается по таймеру T3412. Значение этого таймера выставляется во время подключения к сети (UE Attach). С помощью этой процедуры мобильная станция сообщает сети, что она все еще подключена и подтверждает свое местоположение.
- Повторная регистрация мобильной станции в сети LTE, после CS fallback.
- Балансировка нагрузки на MME. Если базовая станция закрывает RRC соединение с мобильной станцией с причиной "Load Balancing TAU Required", мобильная станция начинает процедуру обновления зоны отслеживания.
- Обновление параметра DRX cycle (по сути, периода прослушивания радиоканала в режиме сбережения энергии), специфического для мобильной станции. Мобильная станция может сама выбирать значение этого периода и сообщать его MME. Это значение передается в сообщении Tracking Area Update Request.
- Процедура обновления зоны отслеживания может использоваться для индикации того, что мобильная станция выбрала сектор для закрытой группы пользователей (CSG Cell), идентификатор которой не включен в список разрешенных для данной мобильной станции.
На рисунке приводится случай, когда мобильная станция, во время начала процедуры, находится в режиме сбережения энергии (idle mode). Поэтому сообщение 'Tracking Area Update Request' отправляется в RRC сообщении 'Connection Setup Complete'. Если мобильная станция находится в активном состоянии, то сообщение 'Tracking Area Update Request' передается в сообщении 'Uplink Information Transfer'. После отправки сообщения 'Tracking Area Update Request' мобильная станция запускает таймер T3430, значение которого равно 15 сек. Если мобильная станция не получит ответа от MME до истечения этого таймера, то она увеличивает счетчик попыток на 1. И, если количество выполненных попыток меньше 5, запускает таймер T3411, значение которого равно 10 сек. По истечении этого таймера мобильная станция повторяет отправку сообщения 'Tracking Area Update Request'. Если количество попыток достигает 5, то мобильная станция запускает таймер T3402 длительностью 12 минут и очищает список PLMN. Стоит отметить, что значение таймера T3402 может быть изменено с помощью сообщений 'Attach Accept' или 'Tracking Area Update Accept'. Процедура обновления зоны отслеживания может быть начата с начала после истечения таймера T3402. В таблице ниже приводится список полей в сообщении 'Tracking Area Update Request'.
Первые три поля являются заголовком сообщения. Поле 'Protocol Discriminator' сообщает о том, что это сообщение относится к управлению мобильностью (EPS mobility management). Значения этого поля заданы в 3GPP TS 24.007. Следующее поле 'Security Header Type' указывает зашифровано или нет сообщение. Поле 'Tracking Area Update Request Message Identity' указывает на то, что это сообщение для обновления зоны отслеживания.
Обязательное поле 'EPS Update Type' может принимать следующие значения: 'TA Updating', 'Combined TA/LA Updating', 'Combined TA/LA Updating with IMSI Attach', 'Periodic Updating'. Значение 'TA Updating' используется, если мобильная станция зарегистрирована только для EPS сервисов. Значение 'Combined TA/LA Updating' используется, если мобильная станция зарегистрирована и для EPS сервисов, и для не EPS сервисов (то есть сервисов Packet Switching и Circuit Switching). Значение 'Combined TA/LA Updating with IMSI Attach' используется, если мобильная станция зарегистрирована для EPS сервисов, но так же собирается зарегистрироваться и для не EPS сервисов. Значение 'Periodic Updating' используется в случае истечения таймера T3412.
Поле 'NAS Key Set Identifier' используется для того, чтобы определить параметры для аутентификации, защиты целостности и шифрования. Если сообщение 'Tracking Area Update Request' отправляется через сообщение 'RRC Connection Setup Complete', то в этот момент времени защита данных еще не активирована, поэтому в этом случае поле 'NAS Key Set Identifier' не имеет значение.
Поле 'Old GUTI' содержит идентификатор мобильной станции.
Как только базовая станция (eNodeB) получает сообщение 'RRC Connection Setup Complete', достает из него сообщение 'Tracking Area Update Request' и передает его на интерфейсе S1. В это сообщение базовая станция добавляет информацию о новой зоне отслеживания (Tracking Area Identity), секторе ( CGI - Cell Global Identity), а также S-TMSI. В нашем примере это сообщение отправляется новому MME. Новый MME, используя значение 'Old GUTI', вычисляет адрес старого MME и отправляет ему сообщение 'Context Request' (подробнее см. 3GPP TS 29.274), чтобы запросить информацию о мобильной станции. Старый MME отвечает сообщением 'Context Response', которое содержит в себе запрашиваемую информацию о мобильной станции. После чего, новый MME подтверждает получение информации сообщением 'Context Acknowledge'. Получив это сообщение, старый MME помечает у себя информацию о шлюзе мобильной станции и HSS (Home Subscriber Server) информацию как не актуальную.
Новый MME отправляет сообщение 'Modify Bearer Request' S-GW (Serving Gateway), чтобы сообщить S-GW, что для текущего PDN соединения поменялся MME. Может быть отправлено несколько сообщений 'Modify Bearer Request', если мобильная станция имеет несколько PDN соединений. S-GW подтверждает получение сообщения 'Modify Bearer Request' сообщением 'Modify Bearer Response'. После чего, MME отправляет сообщение 'Update Location Request' в HSS (это сообщение отправляется по протоколу DIAMETER, подробнее см. 3GPP TS 29.272). В рамках этого сообщения идентификатором мобильной станции выступает IMSI, таким образом HSS понимает, что мобильная станция переместилась на новый MME. HSS отправляет старому MME по протоколу DIAMETER сообщение 'Cancel Location'. Получив это сообщение, старый MME удаляет контекст мобильной станции и отправляет ответ 'Cancel Location Acknowledge'. После всего это HSS подтверждает обновление информации о мобильной станции отправкой MME сообщения 'Update Location Acknowledge'. А MME отправляет сообщение 'Tracking Area Update Accept' мобильной станции. Ниже в таблице приводится список полей этого сообщения.
Первые три поля представляют заголовок сообщения и были описаны выше. Поле 'EPS Update Result' может принимать следующие значения: 'TA Updated', 'Combined TA/LA Updated', 'TA Updated and ISR Activated', 'Combined TA/LA Updated and ISR Activated'. Где ISR - Idle mode Signalling Reduction. Этот режим применим для мобильных станций, которые поддерживают и LTE и GERAN и/или UTRAN. Использование этого режима позволяет снизить количество передаваемой сигнальной информации между мобильной станцией и сетью, а также снизить количество сигнального трафика внутри сети.
После отправки сообщения 'Tracking Area Update Accept' MME запускает таймер T3450. Значение этого таймера равно 6 секундам. Если данный таймер истечет раньше, чем MME получит ответ от мобильной станции, то сообщение 'Tracking Area Update Accept' будет отправлено повторно. Всего может быть четыре повторные передачи. Процедура обновления зоны отслеживания отменяется, если таймер T3450 истекает пять раз.
Мобильная станция завершает процедуру обновления зоны отслеживания отправкой сообщения 'Tracking Area Update Complete'. Данное сообщения состоит только их трех полей, которые представляют собой заголовок.
Если вы не нашли интересующую вас информацию по LTE/LTE-A в этой статье, напишите мне об этом письмо на alexey.anisimov86@gmail.com. Я постараюсь ее добавить в кратчайшие сроки.