10-LTE EMM - EMM Procedure - 1. Initial Attach - Part 1. Cases of Initial Attach（中文翻译）

I.导语

    本文讨论的是初始附着，如我们之前的文档“EMM场景下的11个EMM案例”中定义的EMM案例1的初始附着(initial attach)。在这个阶段，用户在订阅LTE网络/服务后首次打开设备（UE），并尝试附着到网络上，向网络发送一个IMSI（如果用户使用IMSI作为UE ID，即使之前已经附着到网络上，初始过程也是一样的）。
    初始的附着流程可能会根据不同的情况而有所不同。它可以是EMM案例1中的初始附着流程，在下文中解释，也可以如后续文档中介绍的EMM案例11（在另一个城市的初始附着），也可以是其他类型，取决于用户(UE)是否保留了他最后一次附着到网络中使用的信息(以下简称为 "最后一次附着信息 "，或者网络(MME)是否拥有该用户的信息，包括UE ID(以下简称为 "最后一次UE上下文 ")。所以，本文将描述不同的初始附着类型，并找出它们的特点和区别。后面的文档（第2部分）将以EMM案例1为中心，详细介绍相关流程。
    本文件的组织结构如下：第二章确定了不同的初始附着场景，第三章通过列举MME所要执行的功能，简要论述了每个案例的不同初始附着流程。

II.附着场景

    当UE最初附着到网络时，MME会根据这种附着的类型启动不同的流程。该过程在用户向MME发送Attach Request消息时开始，在MME向UE返回Attach Accept消息时结束。当UE向MME发送Attach Request（UE ID）时，它在报文中包含其UE ID（IMSI或旧GUTI3）来标识自己。当MME发送Attach Accept（GUTI和TAI列表）报文时，它包括一个GUTPI---UE可以使用的ID代替IMSI，以及一个TAI列表，该列表包含UE在没有TAU更新的情况下允许进入的区域。

    MME在收到UE发出的Attach Request报文后，在向UE发出Attach Accept报文之前，可以经过以下部分或全部流程：

• UE ID acquisition（获取UE ID）
• Authentication（鉴权）
• NAS security setup（NAS安全设置）
• Location update（位置更新）
• EPS session establishment（EPS会话建立）

根据UE尝试的初始附着类型来决定执行哪个流程。但是，在所有类型的初始附着中，UE ID获取和EPS会话建立流程都需要执行。其他的流程，如鉴权、NAS安全设置和位置更新等，则根据初始附着类型的不同，有选择地执行。流程的选择受以下因素影响：i)UE的UE ID是什么(IMSI或旧GUTI)，ii)最后的附着信息在网络中是否仍然有效(MME)等。在本文中，我们将使用以下标准来区分不同类型的初始附着流程，如图1所示。

• UE使用何种类型的UE ID来进行初始附着（IMSI或者GUTI）？
• UE尝试附着到哪个MME（曾经附着过的还是新的）？
• 网络中是否还保留有效的UE上下文信息？ 

 

 

                         图1 初始附着类型分类

在本文中，如果UE的上下文信息（包括UE IDs）没有在网络（MME）中保留，则这些UE被称为“未知UEs”；其他的则被称为“已知UEs”。2.1章节描述了未知UEs的初始附着流程，而2.2章节描述了已知UEs的初始附着流程。下面本文假设如果UE保留有上次附着的信息，则Attach Request信息默认为完保之后发送的。

2.1 未知UE

图2展示了用户（UE）向网络发送Attach Request报文，而网络（MME）没有任何关于用户（UE）的有效上下文信息的情况下的初始附着。我们将区分初始附着的类型，并说明每种类型的特点，以便比较（EPS会话建立过程是常见的，因此这里不做讨论）。UE现在正在尝试附着的MME将被称为 "新MME"，UE上次附着的MME将被称为 "旧MME"。

 

 

 

 

Attach Case1:UE使用IMSI进行附着

这种情况是当用户（UE）和网络（MME）都没有最近的UE上下文的时候。这种情况下需要的场景如下。

1) UE向MME发送附着请求报文，使用其IMSI作为UE ID。MME从该报文中获得IMSI。

2) MME假设它不认识UE（因为发送了IMSI），启动鉴权和NAS安全设置流程。

3) MME向HSS发送位置更新消息，告知HSS该UE已在其上注册，并从HSS下载用户的订阅信息。

Attach Case2:UE向曾经附着过的MME发起再次附着（但MME没有保留其上下文）

这种情况是指UE在去附着后仍然保存有最近一次附着信息（旧GUTI和NAS安全上下文），试图附着到同一个MME上，但MME没有任何有效的该UE上下文。一个示例性的场景如下：

1）UE向New MME发送一个Attach Request报文，使用其Old GUTI。这时，Attach Request报文是由NAS完整性密钥(KNASint)(即包含NAS-MAC)发送的完整性保护报文。

2) 由于GUTI包含一个GUMMEI，即MME ID，新MME从旧GUTI中知道旧GUTI是由自己分配的。新的MME查找最后的UE上下文，但是没有找到（例如，由于完整性验证失败或没有Old GUTI）。

3) MME向UE发送一个身份请求消息，请求一个IMSI。

4) UE向MME发送一个身份响应消息，提供请求的IMSI。

5) 现在，MME使用所获得的IMSI执行认证和NAS安全设置的程序，如Attach Case 1中的情况，然后将UE的位置更新报文发送给HSS。

Attach Case3:UE向新MME发起初始附着（MME没有其上下文）

这种情况是指UE在上一次去附着后还保留着最近的附着信息，随后附着到新的MME（New MME），而不是旧的MME，但旧的MME也没有与UE相关的有效UE上下文。一个示例性的场景如下：

1) UE用其旧GUTI作为UE ID向New MME发送Attach Request报文。这时，Attach Request报文是以完整性保护的方式发送的。

2) 当New MME收到该报文时，它从Old GUTI中知道该报文是由其他MME（旧MME）分配的。

3) 然后，新MME向老MME发送一个Identification Request（Old GUTI，完成Attach Request报文），转发从UE收到的Old GUTI和附件请求报文。通过这样做，新MME请求与旧GUTI相关的最新UE上下文。

4) 旧MME收到消息后，旧MME查找UE上下文，但没有找到任何上下文（例如，由于完整性验证失败或没有旧GUTI）。

5) 然后，旧MME向新MME发送一个Identification Response（错误发生）消息，告知没有找到UE上下文。

从这里开始，流程与Attach Case2中的情况相同，因此执行Attach Case2中的步骤3）、4）和5）。新的MME向UE发送一个Identity Request消息，请求一个IMSI。然后，UE通过身份Identity Response向MME发送其IMSI。利用收到的IMSI，MME执行鉴权和NAS安全设置程序，并更新UE的位置。

2.2 已知UE

图3显示了一个Initial attach 的情况，即用户(UE)通过发送 Attach Request 报文将用户(UE)附着到网络上，而网络(MME)拥有该用户的有效 UE 上下文。与未知的UE不同，所有已知的UE都被假设为使用GUTI，而不是IMSI，用于初始附着。在图3中，UE和MME都拥有与该用户相关的最新UE上下文，UE发送的Attach Request报文的完整性受到保护。

 

 

 

Attach Case4:UE向老MME发起初始附着（MME有其上下文）

这就是当UE仍然拥有上次附着信息（旧GUTI、NAS安全上下文）的情况下，附着到它上次附着的MME上，MME拥有该UE的有效UE上下文。一个示例性的场景可以是如下所示。

1）UE用其旧GUTI作为UE ID向New MME发送Attach Request报文。这时，该Attach Request报文是用NAS完整性保护的密钥（KNASint）发送的（即包含NAS-MAC）。

2) New MME从收到的旧GUTI中知道它是由自己分配的。然后，它查询旧GUTI，并找到UE的有效UE上下文（IMSI、MM上下文（NAS安全上下文，UE-AMBR））。

3）MME对Attach Request报文进行完整性检查。

i) 如果NAS-MAC上的完整性检查失败，MME必须使用IMSI来验证用户，并对用户进行NAS安全设置程序。

ii) 如果通过，MME可以跳过认证和NAS安全设置程序。

Attach Case5:UE向新MME发起初始附着（而老MME有其上下文）

这就是当一个拥有上一次 Attach Information的UE，附着到新MME（New MME），而旧MME拥有UE的有效UE上下文。一个示例性的场景可以是如下。

1) UE用其旧GUTI作为UE ID向New MME发送Attach Request报文。这时，Attach Request报文是以完整性保护的方式发送的。

2) New MME从收到的Old GUTI中知道它被分配给了其他MME（旧MME）。

3) 然后，新MME向老MME发送一个Identification Request（包含Old GUTI，完整的Attach Request报文），转发从UE收到的Old GUTI和Attach Request报文。通过这样做，新MME请求与旧GUTI相关的最后UE上下文。

4) 旧MME收到报文后，旧MME查询UE上下文，找到与UE相关的IMSI和MM上下文（NAS安全上下文，UE-AMBR）。

5) Old MME对Attach Request报文进行完整性检查。

6) 然后，它将检查结果通过Identification Response报文传递给新MME。

i) 如果完整性检查失败，旧的MME将发送带有错误原因的报文。

ii) 如果通过，则交付UE上下文（IMSI、旧GUTI和MM上下文）。

如果完整性检查失败，则与Attach Case3中的情况相同。因此，IMSI采集、认证和NAS安全设置的程序与Attach Case3相同。如果检查通过，新的MME从旧的MME接收到IMSI和MM上下文，认证和NAS安全设置的程序可以跳过，就像Attach Case4一样。与Attach Case4唯一的区别是，由于UE被连接到新的MME上，新MME与HSS通信以更新UE的位置。

 

III.简化的呼叫流程

第II章已经介绍了初始化附着过程的不同情况。现在，第III章介绍了每种情况下初始化附着过程中的简化调用流程，主要介绍了每种情况下涉及的功能模块。图4展示了每个初始化附着过程中不同的调用流程，这取决于UE尝试附着时使用的是哪个UE ID。在已知UE进行初始附着的情况下，我们讨论仅通过NAS-MAC完整性检查的情况。初始附着过程中可以执行的功能模块如下。

• UE ID acquisition（获取UE ID）

网络（MME）获取一个UE ID，用于用户识别和鉴权。这里，UE ID可以是IMSI或旧GUTI。IMSI可以通过Attach Request或Identity Response报文从UE获取，而旧GUTI可以通过Attach Request报文从UE获取。

• 鉴权

如果网络(MME)通过Attach Request报文获得了i)IMSI或ii)旧GUTI作为UE的ID，但对该报文的完整性检查失败，网络通过执行EPS-AKA程序检查用户是否允许附着。HSS通过生成认证向量并发送给MME，然后由MME代表HSS与UE进行相互认证，HSS通过生成认证向量来推导出KASME，也就是MME的基础密钥。

• NAS安全设置

一旦用户认证完成，就会生成用于在UE和MME之间安全传送NAS信息的NAS安全密钥。

• 位置更新

MME从HSS下载用户信息，HSS更新UE的当前位置信息（MME）。

只有在以下情况下，MME才会执行位置更新：i)UE发送的IMEI作为UE ID；ii)MME没有有效的UE最后的UE上下文；iii)MME没有有效的用户订阅信息；iv)UE上次从其他MME中脱离了其他MME。

• EPS会话建立

一个EPS会话或者EPS默认承载建立。

 

 

 

 

3.1 使用IMSI进行初始附着

Attach Case 1：未知UE

UE使用IMSI进行附着请求，MME通过Attach Request消息获得UE的IMSI信息。

 [UE->MME] Attach Request (IMSI)

此种场景下，MME会执行鉴权流程、NAS安全设置流程、位置更新流程，然后建立EPS会话/承载。

3.2 使用GUTI进行初始附着

Attach Case 2：未知UE，MME不变

UE使用老GUTI进行附着请求，但是MME中没有此GUTI信息。因此MME向UE请求UE ID信息，获得UE的IMSI。

[UE -> MME] Attach Request (Old GUTI)

[MME] No IMSI

[UE <- MME] Identity Request (UE ID = IMSI)

[UE -> MME] Identity Response (IMSI)

剩余的流程和Attach Case 1相同。

Attach Case 3：未知UE，MME改变

UE使用老GUTI进行附着请求，但是新MME中没有此GUTI信息。因此新MME向老MME请求此UE的最近上下文信息，但是返回失败了。新MME向UE请求UE ID信息，获得UE的IMSI。

[UE -> New MME] Attach Request (Old GUTI)

[New MME -> Old MME] Identification Request (Old GUTI)

[Old MME] No IMSI

[New MME <- Old MME] Identification Response (error cause)

[UE <- New MME] Identity Request (UE ID = IMSI)

[UE -> New MME] Identity Response (IMSI)

剩余的流程和Attach Case 1相同。

Attach Case 4：已知UE，MME不变

UE使用老GUTI进行附着请求，MME中有此GUTI信息。因此MME不再请求IMSI信息。

[UE -> MME] Attach Request (Old GUTI)

[MME] IMSI, Old GUTI, MM Context

如果完保检查通过，MME会跳过鉴权、NAS安全设置和位置更新流程，而直接创建EPS会话/承载。

Attach Case 5：已知UE，MME改变

UE使用老GUTI进行附着请求，新MME中无此GUTI信息。因此新MME向老MME请求此UE的IMSI信息和MM上下文信息。

[UE -> New MME] Attach Request (Old GUTI)

[New MME -> Old MME] Identification Request (Old GUTI)

[Old MME] IMSI, Old GUTI, MM Context

[New MME <- Old MME] Identification Response (IMSI, Old GUTI, MM Context)

如果旧MME对NAS-MAC的完整性检查通过，新MME收到IMSI和MM上下文，因此不执行鉴权和NAS安全设置流程。但是，由于MME发生了变化，新MME与HSS通信，更新UE的位置，然后建立EPS会话/默认EPS承载，HSS将UE的位置从旧MME更新到新MME，并向旧MME发送Cancel Location消息，使UE的MM上下文从旧MME中删除。

IV.结语

到目前为止，我们已经讨论了不同的初始附着场景，以及每个场景所需要的不同的初始附着流程。在接下来的文档中，我们将重点介绍附着案例1中详细的初始附着流程，并了解流程后的EPS实体中设置了哪些信息。