IDLE状态下MS的NAS相关功能(23.122)

1、 IDLE状态下MS的NAS相关功能研读报告1 引言1.1 编写目的本文档是IDLE状态下MS的NAS相关功能（23.122-890）的研读报告，用于指导UE侧非接入层相关人员的相关工作。1.2 使用范围终端研发部-协议软件部人员。1.3 术语定义MSMobile Station，Same as UE in this documentAccess Technology接入技术，与一个PLMN相关联，一个PLMN可以支持多种接入技术Available PLMN/access technology combination一个支持某特定接入的可用的PLMNCamped on a cellMS驻留到一

2、个小区，是指MS已经完成小区选择或者重选过程，选择了一个小区接收服务，该服务可能是受限的，网络可能不知道MS的存在Home PLMNPLMN中的MCC、MNC与IMSI中的MCC和MNC相匹配，一般就是相同Steering of Roaming一种通过HPLMN鼓励MS漫游到特定PLMN的技术Visited PLMNVPLMN，一个不同于HPLMN和EHPLMN List的PLMNRegistered PLMN (RPLMN)MS在其上发起LR的PLMN，有些状态下可能没有RPLMNRegisteration指MS驻留到PLMN内的一个小区，正在进行必要的LR过程Registration Ar

3、ea一个RA是指MS可以在其中任意漫游而不用发起LR（LAU/TAU）的区域。1.4 参考资料1、3GPP协议23.122-890；2 概述MS在IDLE状态下的过程主要有：l PLMN选择，包括自动选择和手动选择；l 小区选择和重选；l 位置注册。这些过程都可以通过一系列状态来描述，因此，MS的状态是这3个状态的一个组合。在某些情况下，触发一个过程状态变化的一个事件，可能同时触发其它过程状态的变化，比如：驻留到一个新的注册区域的小区，会触发位置更新。这些过程之间的关系如下图：CM requestsCell & registration area changesCell selecti

4、onCSG selection / restriction *)Location registrationPLMN selectionCSGIndication to the userPLMNIndication to the userAutomatic/ Manual mode selection User selection of PLMNUserselection of CSGPLMNsavailablePLMNselectedCSGsavailableCSGselectedLR responsesService Indication*) dashed box applies only

5、for UEs supporting CSGs and is executed after PLMN selection MS开机后，会自动或手动选择一个PLMN，在选择的PLMN内搜索一个适合的小区，调频到该小区的控制信道。当MS支持需要注册后才可用的服务时，MS就会向网络发起注册（LR、GPRS attach、IMSI attach），否则，MS进行PLMN选择后，可以不注册。如果MS失去了当前小区的覆盖，或者找到了一个更合适的小区，MS会重选到该PLMN内的最合适小区并驻留。如果新的小区在不同的RA，则MS发起LR过程。如果MS失去了当前PLMN的覆盖，无论是自动选择还是搜索到可用的PL

6、MN指示给用户后由用户选择，一个新的PLMN都会被选择。PLMN选择后就是驻留到选择PLMN内的一个小区。MS在IDLE状态下选择一个小区驻留，有如下作用：l MS可以从该PLMN接收系统信息；l MS可以访问该小区的控制信道，发起一个呼叫；l MS可以被网络寻呼到，接收被叫；l MS可以接收小区广播。如果MS不能找到一个合适的小区，或者没有SIM卡，或者收到特定的LR响应（如“illegal MS”），则MS尝试驻留到任意小区（与PLMN无关），进入“limited service”状态。此时，MS只能发起紧急呼叫。3 NAS相关过程IDLE状态下，MS的NAS相关过程：l PLMN选择；l

7、 位置注册；这些过程的目的：保证注册的PLMN是选择的PLMN。3.1 需求与技术方案1.1.1 PLMN选择和漫游正常情况下，MS在其HPLMN或者EHPLMN上获取服务，但也有可能会选择一个VPLMN，比如丢失覆盖的情况下。有两种PLMN选择方式：l 自动：MS搜索所有可用的PLMN，并将其排序，选择优先级最高的PLMN；l 手动：MS向用户指示哪些PLMN可用，用户选择；为了避免MS重复尝试漫游到不允许的区域，MS维护一系列禁止列表：l Forbidden LAs/TAs for roaming；l Forbidden LAs/TAs for regional provision of

8、service；l Forbidden PLMNs；l Forbidden PLMNs for GPRS service；下面分别加以说明。1.1.1.1 漫游禁止列表当MS收到如下Cause的响应消息时，将当前的LAI/TAI保存到禁止漫游列表中l #13(Roaming not allowed in this tracking area)；l #15(No suitable cells in tracking area)；该列表在MS关机或者SIM卡被拔出或者周期性（1224hours）删除。1.1.1.2 服务区域禁止列表部分MS只能在特定区域内获取服务，如果其在允许的范围外发起LR，则

9、会收到失败响应。如果MS驻留到了改列表区域中的小区，则MS：l 不能发起CM连接建立，除非为了紧急呼叫；l 不能请求GPRS服务/EPS服务；当MS收到如下Cause的响应消息时，将当前的LAI/TAI保存到服务区域禁止列表中l #12(Tracking area not allowed)；该列表在MS关机或SIM卡被拔出时删除。1.1.1.3 PLMN禁止列表当MS收到如下Cause的响应消息时，将当前的PLMN保存到禁止列表中l #11(PLMN not allowed)；对于添加到禁止列表的PLMN，只有手动选择了一个且成功完成了LR，才能从禁止列表中删除，即使MS关机或者SIM被拔出，

10、该禁止列表也被维护。注：HPLMN和EHPLMN不应该保存在禁止列表。1.1.1.4 GPRS服务PLMN禁止列表当MS收到如下过程的响应消息中Cause = #14 EPS services not allowed in this PLMNl GPRS attach；l GPRS detach；l RAU；l EPS attach；l TAU；这个列表保存在MS中，自动选择模式不会选择该列表中的PLMN，直到一次手动选择其中的一个PLMN，且GPRS attach或EPS attach成功后，才从该列表中删除。注：PS域使用一个禁止列表，即：GPRS service和EPS service都

11、使用该列表。1.1.2 限制服务状态（Limited Service Status）在某些情况下，MS可能无法从PLMN网络获取正常服务，只能发起紧急呼叫：1) 在选择的PLMN中没有搜索到合适的小区；2) MS中没有SIM卡；3) LR注册响应为#11(PLMN not allowed)；4) LR注册响应为“illegal MS”、“illegal ME”、“IMSI unknown in HLR”,如果此时MS中有SIM卡，则认为此SIM卡无效；5) MS attached for GPRS services only，但其LR响应为：“GPRS not allowed”；在情况1）、3

12、）、5）中，MS会发起PLMN选择过程，但即使这样，也可能没有可用的PLMN，MS只能处于限制服务状态。如果没有PLMN可用，则MS尝试驻留到任何可接受小区，而不管PLMN标识，以便能够发起紧急呼叫。此后，MS的动作如下：l 如果SIM卡有效，则Limited Service状态下的MS搜索可用的PLMN；l MS不能发起LR，直到SIM卡有效（可能SIM卡一直有效），并且：要么搜索到了一个合适小区，要么执行了手动网络选择3.2 PLMN选择1.1.3 概述MS注册到一个PLMN的含义如下：l MS已经在PLMN内搜索到了一个合适小区并驻留，并且：l MS在驻留小区发起的LR已经被接受。MS在

13、进行PLMN选择时，可以利用保存在SIM卡中的与PLMN选择相关的一些信息，比如：（HPLMN，user,operator, FPLMN,EHPLMN）l HPLMN Selector with Access Technology;l Operator controlled PLMN Selector with Access Technology;l User Controlled PLMN Selector with Access Technology;l Forbidden PLMNs;l Equivalent HPLMN。但需要注意的是，只有UE支持的接入技术才会用于PLMN选择。ME会

14、保存一个EPLMN列表，该列表在如下过程完成后被替换或者删除：l LAU；Location Area Update, 位置区更新l RAU；Routing Area Update - 路由区更新l GPRS attach；l TAU；Tracking Area Update - 跟踪区更新l EPS attach。Evolved Packet System - E-UTRAN + EPC 合称 EPS这个保存的列表由当前的PLMN及从网络获取的列表一起组合而成。在这些PLMN支持的接入技术中，它们在下面的过程中是等价的：l PLMN选择；l 小区选择和重选；l 切换。在MS开机或者从丢失信号覆

15、盖区域恢复后，MS选择注册PLMN或EPLMN（如果存在），如果有必要，MS尝试进行位置注册。l 如果注册成功，MS指示选择的PLMN；l 如果发生下面的情况之一：n 没有注册的PLMN；n PLMN不可用导致不能注册；n 注册失败。则MS应该根据当前设定的PLMN选择模式进行PLMN选择。1.1.4 自动网络选择1.1.4.1 状态描述及状态转换在自动PLMN选择模式下，PLMN选择过程存在如下状态：l A1、Trying RPLMN：MS正尝试在注册PLMN上执行位置注册；l A2、On PLMN：MS已经成功注册到了一个PLMN；l A3、Trying PLMN：MS正在按序尝试注册到P

16、LMN列表中的一个；l A4、Wait for PLMNs to appear：当前没有PLMN可用，MS正在等待一个可用的PLMN；l A5、HPLMN search in progress：MS正在尝试HPLMN，看其是否可用；l A6、NO-SIM：MS中没有SIM卡，或者特定的LR响应被收到。这些状态间的转换如下图所示：1.1.4.2 选择过程当需要进行自动PLMN选择时，MS按如下顺序，选择并尝试注册到这些用的“PLMN Access Technology”组合之一上：1) 如果没有EHPLMN列表或者列表为空，则选择HPLMN（先选择等价HPLMN），否则选择列表中最高优先级的“P

17、LMN Access Technology”组合；2) 按优先级顺序选择保存在SIM卡中的“User Controlled PLMN Selector with Access Technology”列表中的每个“PLMN Access Technology”组合；3) 按优先级顺序选择保存在SIM卡中的“Operator Controlled PLMN Selector with Access Technology”列表中的每个“PLMN Access Technology”组合；4) 信号良好的非上面的“PLMN Access Technology”组合，顺序随机；5) 其它“PLMN Ac

18、cess Technology”组合，按信号质量递减顺序。注册成功后，MS指示选择的PLMN给用户。如果因为没有允许的PLMN可用导致注册失败，MS指示“no service”给用户，等到允许的可用PLMN后再执行该过程。如果有一个或多个PLMN可用，但l LR失败使得在这些PLMN上注册失败，或者l 如下列表中的一个入口，阻止了在该PLMN上的注册尝试：n "forbidden LAs for roaming"n "forbidden TAs for roaming"n "forbidden LAs for regional provisio

19、n of service"n "forbidden TAs for regional provision of service"则MS应该重新选择第一个PLMN，并进入Limited Service状态。1.1.5 手动网络选择1.1.5.1 状态描述及状态转换在手动PLMN选择模式下，PLMN选择过程存在如下状态：l M1、Trying registered PLMN：MS正在注册PLMN上执行位置注册；l M2、ON PLMN ：MS成功注册到了一个PLMN上；l M3、Not on PLMN ：MS在选择的PLMN上注册失败；l M4、Trying PLMN

20、 ：MS正在尝试注册到选择的PLMN上；l M5、No SIM ：MS没有SIM卡，或者收到了特定的位置注册响应。这些状态间的转换如下图所示：1.1.5.2 选择过程在手动PLMN选择模式下，MS指示任何可用的（MS支持其上的接入技术）PLMN给用户，这些PLMN可能会有如下情况：l 在“forbidden PLMNs”列表中；l 提供MS不支持的服务。满足上面条件的PLMN，按如下顺序呈现给用户选择：1) EHPLMN列表中的一个或按照优先级顺序呈现所有的；2) HPLMN，仅当EHPLMN列表不存在或者为空时；3) SIM卡中的“User Controlled PLMN Selector

21、with Access Technology”列表；4) SIM卡中的“Operator Controlled PLMN Selector with Access Technology”列表；5) 信号质量好的PLMN/Access Technology组合，顺序随机；6) 其它PLMN/Access Technology组合，按信号质量排序。SIM卡上的HPLMN可能会提供可用PLMN相关的额外信息，此时MS应该将其提示给用户，这些自由文本信息可能包括：l 偏好的运营商；l 漫游协议状态；l 支持的服务。另外，MS可能会向用户指示：这些可用的PLMN，是否在下面的列表中：l EHPLMN L

22、ist；l Forbidden List；l User Controlled PLMN List；l Operator Controlled PLMN List。MS也可能指示PLMN不在任何一个列表中。用户可能选择其偏好的PLMN，然后MS使用用户选择的接入技术或者优先级最高的接入技术（如果该PLMN关联的接入技术有优先级顺序），向该PLMN注册。在这种注册情况下，MS应该忽略如下内容：l forbidden Las for roaming；l forbidden TAs for roaming；l forbidden Las for regional provision of servic

23、e；l forbidden TAs for regional provision of service；l forbidden PLMNs for GPRS service；l forbidden PLMNs。一旦UE注册到了用户选择的PLMN上，UE不应该自动注册到不同的PLMN上，除非：l 当前PLMN的等价PLMN；l 用户选择了自动PLMN选择模式。如果用户没有选择一个PLMN，那么MS应该选择PLMN选择过程之前的PLMN。如果没有这样的PLMN被选择，或者那个PLMN不再可用，那么MS应该尝试驻留到任何可接受小区，并进入Limited Service状态。1.1.6 VPLMN中的

24、情况当MS在访问PLMN（VPLMN）中获取服务时，它应该周期性地尝试从如下PLMN获取服务：l HPLMN；l EHPLMN List中的一个；l 用户或操作员控制的PLMN列表中一个。如果MS中保存有EPLMN列表，那么MS只能选择优先级比在EPLMN列表中与VPLMN等价的PLMN的优先级高的PLMN。为了这个目的，SIM卡中可能保存一个T min值，范围从6min 8hours，步长是6min，或者指示不应该做周期性尝试。如果没有保存该值，则默认值60min。周期性尝试，应该满足下面条件要求：l 当MS漫游时，周期性尝试只应该在自动网络选择模式下发起；l 开机后，第一次尝试之前，需要经

25、过至少2min，至多Tminl 如果MS在VPLMN中，且距第一次最后一次尝试已经过了Tminl 只有IDLE模式下的MS才会进行周期性尝试；l 如果EHPLMN、HPLMN、更高优先级的PLMN没有找到，则MS仍驻留在VPLMN中；l In steps i), ii) and iii) of subclause 4.4.3.1.1 the MS shall limit its attempts to access higher priority PLMN/access technology combinations to PLMN/access technology combina

26、tions of the same country as the current serving VPLMN, as defined in Annex B.l 只有与当前服务VPLMN相同国家的等价PLMN的优先级被用来与选择的PLMN比较；l 如果可用的最高优先级的PLMN是当前的VPLMN，或者是当前EPLMN列表中的一个，那么MS仍驻留在当前的PLMN中1.1.7 异常情况出现下列情况时，没有PLMN被选择：l MS中没有SIM卡；l 鉴权失败；l MS收到如下原因值的LR响应：“IMSI unknown in HLR”、“illegal ME”、“illegal MS”。在这种情况下，

27、对于小区选择过程，没有PLMN选择信息可用，那么MS不再尝试注册到任何PLMN，知道MS关机或再次开机，或者插入SIM卡。3.3 位置注册1.1.8 概述MS开机后，如果具备要求注册后才能获取的服务，那么MS按如下过程执行位置注册：l 如果SIM卡存在且不需要LR（由于保存的注册区域标识的状态和“attach”标识），MS处于UPDATED状态；l SIM卡存在，且需要发起LR，则发起LR过程，并根据LR结果进入相应的状态；l 没有SIM卡，MS进入（update State）IDLE状态，NO-IMSI。任何时候，MS进入连接状态，然后又返回IDLE状态时，MS选择合适的状态。如果LR响应为

28、：“No Suitable Cells In LA/TA”，则MS应该尝试找到相同PLMN内的另一个LA/TA，如果找到的话，MS应该尝试注册，否则应该进行PLMN选择过程。在自动PLMN选择模式下，如下原因值导致其重新选择网络PLMN：l PLMN not allowed；l Roaming not allowed in this LA；l Roaming not allowed in this TA。在手动PLMN选择模式下，如下原因值导致其重新选择网络PLMN：l PLMN not allowed；l Roaming not allowed。1.1.9 状态描述及状态转换图MS位置注册存

29、在如下状态：l L1：Updated：MS的位置注册成功；l L2：IDLE NO-IMSI：如果LR Request被拒绝，且原因值如下：n IMSI在HLR中未知；n ME非法；n MS非法；n GPRS和Non-GPRS服务不允许；n 没有SIM卡。l L3：Roaming Not allowed：LU被拒，原因值如下：n PLMN不允许；n LA不允许；n TA不允许；n 该LA内不允许漫游；n 该TA内不允许漫游；n 该PLMN内GPRS服务不允许；n 该LA内没有合适的小区；n 该TA内没有合适的小区；n CSG小区没有授权。l L4：Not Updated：LR失败，但原因值不是

30、上面L2、L3中所列出的。在这种情况下，MS不确定网络是否收到或者接受了LR尝试。1.1.10 正常LR的发起IDLE状态的MS，在如下情况下发起正常LR过程：l MS处于not updated状态，改变了小区；l MS的update Status为updated、not updated、Roaming not allowed之一时，检测到它进入了一个新的注册区域（LA、TA），且该区域不在下面的列表中：n “forbidden Las for roaming”；n “forbidden TAs for roaming”；n “forbidden Las for regional provis

31、ion of service”；n “forbidden TAs for regional provision of service”；n “forbidden PLMNs for GPRS service”；n “forbidden PLMNs”。l MS在roaming not allowed状态下检测到它已经进入一个与其保存的一个具有相同标识的注册区域，并且，LAI、TAI和PLMN标识不在下面的列表中：n “forbidden Las for roaming”n “forbidden Las for regional provision of service”n “forbidden

32、PLMNs for GPRS service”n “forbidden PLMNs”l MS处于non-GPRS update status为NOT UPDATED状态时，周期性更新定时器超时，发起位置更新；l MS处于GPRS update state为NOT UPDATED状态时，周期性路由区更新定时器超时，发起路由区更新；l MS处于EPS Update State为NOT UPDATED状态时，周期性跟踪区更新定时器超时，发起TAU过程；l 执行了手动网络选择，选择了一个该PLMN内的一个可接受小区，且MS在该PLMN上的状态不是UPDATED。满足下列条件时，MS执行RAU或者TAU

33、：l 进入一个新的PLMN；l 不在禁止列表中；l 当前的update status不是“IDLE-NO IMSI”。满足如下条件时，发起一个周期性的LAU：l MS处于IDLE状态；l 周期性LAU定时器超时；l Non-GPRS update state：UPDATED。RAU和TAU类似。满足下面条件时，IMSI Attach的LR被执行：l MS处于non-GPRS update state：UPDATED；l MS在其被去激活的LA中被激活（去激活，激活 - 是什么意思？）；l 系统信息指示应该使用IMSI attach/detach。满足如下条件时，执行GPRS attach：l

34、MS被激活；l MS支持需要注册的服务；l PLMN不在禁止列表中。在MS收到一个“MS is unknown in the VLR or SGSN”的响应时，MS也应该发起正常的LR。满足如下条件时，MS执行RAU：l IMSI attach for GPRS and non-GPRS；l 支持GPRS 和 non-GPRS 服务；l 在连接状态下；l 进入一个新的RA；且不是禁止LA的一部分。协议中的表-2总结了每种状态下触发新的LR的事件，表-2 中也总结了各种状态下的动作。1.1.11 周期性位置更新几种操作模式下，应该各自实现自己的周期性更新定时器：l non-GPRS - 周期性

35、LAU 定时器；l GPRS - RAU；l EPS - TAU。周期性定时器具有如下特性：l 满足如下条件时，周期性定时器启动，时间值为0N之间的一个随机值，N为系统信息指示的值：n MS开机后，或者；n 系统信息指示其应该执行周期性位置注册；n 周期性定时器没有运行。l 周期性位置注册的定时器值的范围是：【1.255】，单位是6分钟，即：十分之一小时；l 在连接模式下，MS不进行周期性的位置更新，但要执行正常的位置更新；l 在Ready状态下，MS不进行周期性的RAU，GPRS中的Ready = EPS中的CONNECTED；l 如果MS执行了成功的组合RAU，那么MS应该停止周期性的LA

36、U，直到MS开始使用LAU过程，比如，网络操作模式改变或者MS只使用non-GPRS服务；l 当超时值改变时，定时器被重启，新的超时值为：Old % New。4 附录Table 2: LR Process States and Allowed ActionsLocation registrationNew LR request whenNormal CallsPaging respondedtask stateChanging CellChanging registration areaChanging PLMNOtherSupported (1)toNull (4)NoYesYes

37、NoNoNoUpdated, (5)NoYesYes(2)YesYesIdle, No IMSI (7)NoNoNoNoNoNoRoaming not allowed:a) Idle, PLMN not allowedNoNoYesNoNoOptional if with IMSIb) Idle, LA not allowed or TA not allowedNoYes(6)YesNoNoOptional if with IMSIc) Idle, Roaming not allowed in this LA orRoaming not allowed in this TANoYes(6,8)

38、YesNoNoOptional if with IMSId) No Suitable Cells In Location Area orNo Suitable Cells In Tracking AreaNoYes(6,8)YesNoNoOptional if with IMSIe) Not authorized for this CSGNoYes (6,8)YesNoNoOptional if with IMSINot updatedYesYesYes(2)&(3)(3)Yes if with IMSI1):Emergency calls may always be made, subject to access control permitting it.2):A new LR is made when the periodic registration timer expires.3):If a normal call req