4G EPS 中建立 eNB 与 MME 之间的 S1 连接

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• eNB 的 S1 连接
• UE 的 S1 连接

前文列表

《4G EPS 中的小区搜索》
《4G EPS 中的 PLMN 选择》
《4G EPS 中的小区选择》
《4G EPS 中的随机接入》
《4G EPS 中建立 UE 与 eNB 之间的 RRC 连接》

S1 连接

NOTE：这里的 S1 连接我们特指 S1-C 上的连接。

eNB 和 MME 发送 S1AP 消息之前需建立 eNB 和 MME 之间的 S1 连接。S1 连接分为两个层面：

1. eNB 的 S1 连接（Non-UE-associated S1-connection）：是 eNB 和 MME 的 S1AP 实体之间的连接。eNB 入网时会主动和 MME 建立 S1 连接（eNB 会配置并接入指定 MME S1-C 接口的 IP/Port），这个 S1 连接和 UE 无关，即使 eNB 空载也依然存在。

2. UE 的 S1 连接（UE-associated logical S1-connection）：是和 UE 关联的逻辑连接。由于 eNB 和 MME 不止为一个 UE 服务，eNB 和 MME 通过为每个 UE 建立不同的 S1 连接（逻辑连接）来进行区分，并发送对应的 S1AP 消息，eNB 的 S1 连接是 UE 的 S1 连接的基础。

eNB 的 S1 连接

eNB 的 S1 连接建立是 eNB 入网的一部分。eNB 通过静态配置或查询 Local DNS 方式获得 MME 的 SCTP Endpoint 的 IP/Port，主动向 MME 请求建立 SCTP 偶联（SCTP Association）：eNB 向 MME 发送 S1 SETUP REQUEST，MME 向 eNB 发送 S1 SETUP RESPONSE，双方交换配置（比如 eNB 的 eNB ID 和 TAI、MME 的 GUMMEI 和 RMC），eNB 的 S1 连接建立完成。

在 MME POOL 组网场景中，eNB 会与 POOL 中的各个 MME 分别建立 S1 连接。过程中，MME 会下发各自的 GUMMEI（MME 全局标识）和 RMC（Relative MME Capacity）到 eNB 保存，以确定后续如何选择 MME，继而路由 NAS 消息（NNSF，NAS Node Select Function）。

NOTE：eNB 的 S1 连接仅在 eNB 入网时涉及，所以后文中如无特殊说明，S1 连接均为 UE 的 S1 连接。

UE 的 S1 连接

当 UE 和 MME 之间有 NAS 消息交互时，eNB 和 MME 之间必须首先建立 UE 的 S1 连接。UE 的 S1 连接总是由 eNB 发起创建的：

1. 当某个 UE 入网，eNB 从 RRC 消息的 NAS PDU 中接收到第一条上行 NAS 消息后（e.g. UE ATTACH REQUEST），立即为 UE 分配 eNB UE S1AP ID，并包含在 eNB 发送到 MME 的 S1AP 消息 INITIAL UE MESSAGE 中。
2. 随后 MME 应为 UE 分配 MME UE S1AP ID，并包含在 MME 发送到 eNB 的 S1AP 消息 DOWNLINK NAS TRANSPORT（携带 ESM INFORMATION REQUEST 或 AUTHENTICATE REQUEST 等 NAS 消息）中。

eNB UE S1AP ID 和 MME UE S1AP ID 组成了一对 UE S1AP ID Pair，这些信息会包含在 UE Context 内并保存在 eNB 和 MME 中，用于识别 S1AP 消息关联的 UE。如果 eNB 或 MME 发现 S1AP 消息包含的 UE S1AP ID Pair 和 UE Context 中保存的不同，就会发送 ERROR INDICATION，原因可能为 “ID 无法识别”、“ID 已分配过” 或 “ID 对前后不一致”。

注：以下结果在 UE 入网过程中抓 s1ap 协议可得。

示图中 INITIAL UE MESSAGE 包含 eNB UE S1AP ID: 1546538，随后 DOWNLINK NAS TRANSPORT 包含 MME UE S1AP ID: 160563068，同时还包含之前的 eNB UE S1AP ID: 1546538，这样 eNB 就知道下行 S1AP 消息（携带 NAS 消息）对应的 UE 了；最后 UPLINK NAS TRANSPORT 同时了包含 eNB UE S1AP ID 和 MME UE S1AP ID，这样 MME 就知道上行 S1AP 消息（携带 NAS 消息）对应的 UE 了。