第6章 基本信令流程.docx
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1、第6章 基本信令流程WA000010 WCDMA系统基本原理 基本信令流程 第6章 基本信令流程 6.1 概述 6.1.1 流程的分类 在WCDMA系统中具有的各种各样的信令流程中,从协议栈的层面来说,可以分为接入层的信令流程和非接入层的信令流程;从网络构成的层面来说,可以分为电路域的信令流程和分组域的信令流程。 所谓接入层的流程和非接入层的流程,实际是从协议栈的角度出发的。在协议栈中,RRC和RANAP层及其以下的协议层称为接入层,它们之上的MM、SM、CC、SMS等称为非接入层。简单地说,接入层的流程,也就是指无线接入层的设备RNC、NodeB需要参与处理的流程。非接入层的流程,就是指只有
2、UE和CN需要处理的信令流程,无线接入网络RNC、NodeB是不需要处理的。举个形象的比喻,接入层的信令是为非接入层的信令交互铺路搭桥的。通过接入层的信令交互,在UE和CN之间建立起了信令通路,从而便能进行非接入层信令流程了。 接入层的流程主要包括PLMN选择、小区选择和无线资源管理流程。无线资源管理流程就是RRC层面的流程,包括RRC连接建立流程、UE和CN之间的信令建立流程、RAB建立流程、呼叫释放流程、切换流程和SRNS重定位流程。其中切换和SRNS重定位含有跨RNC、跨SGSN/MSC的情况,此时还需要SGSN/MSC协助完成。所以从协议栈的层面上来说,接入层的流程都是一些底层的流程,
3、通过它们,为上层的信令流程搭建底层的承载。 非接入层的流程主要包括电路域的移动性管理,电路域的呼叫控制,分组域的移动性管理、分组域的会话管理。 6.1.2 基本信令流程总体介绍 接下来我们对基本的信令流程进行简单的总体介绍。 我们首先看一下用户在不移动的情况下,从开机、进行业务到关机的整个业务流程。 6-1 WA000010 WCDMA系统基本原理 基本信令流程 MM/SM/CC/SMS:RRCUTRANPLMNRRCIuMMCCSMCCSMMMRRC:RANAPCNIu图6-1 主叫业务流程 (1) 用户UE开机,首先进行接入层的信令交互。此时首先进行PLMN选择,选择某个运营商的网络,接着
4、进行小区选择,驻留一个合适的小区,然后进行RRC连接建立,Iu接口的信令连接建立。至此,通过这些接入层的信令流程,在UE和CN之间搭建起了一条信令通道,为非接入层的信令流程做好了准备。 (2) 接着UE和CN之间便开始进行非接入层的移动性管理流程了。此时用户会进行附着流程,其中包括鉴权、加密等小流程。如果用户在空闲时位置发生了变化,那么还将发生位置更新流程。 (3) 当通过鉴权等流程后,UE便进行非接入层的业务相关流程了。包括电路域的呼叫连接流程,分组域的会话管理流程。通过这些流程为进行业务搭建好了业务承载的链路。随后用户就可以开始打电话,上网了。 (4) 当用户结束业务后,同样会进行电路域的
5、呼叫连接流程,分组域的会话管理流程,拆除业务承载链路。 (5) 此时如果用户关机的话,则UE和CN之间进行非接入层的移动性管理流程,进行电路域、分组域的分离。 (6) 等非接入层的信令交互结束后,系统会进行接入层的信令流程,拆除之前建立的Iu信令连接,以及RRC信令连接。 至此,一个用户在不移动的情况下,从开机,进行业务,到关机的整个流程便结束了。其中可以看到,这个业务过程是需要接入层的信令流程和非接入6-2 WA000010 WCDMA系统基本原理 基本信令流程 层的信令流程互相配合完成的。接入层的流程为非接入层的流程搭建信号承载。 接下来我们再看一下用户进行被叫的一个业务流程。 MM/SM
6、/CC/SMS:RRCUTRANRRCIu:RANAPCNMMCCSMCCSMRRCIu图6-2 被叫业务流程 (1) 用户UE处在待机状态。此时从网络侧对其进行寻呼; (2) 如果没有现存的UE与CN之间的信令连接,则UE、RNC、CN之间会进行接入层的信令流程,建立RRC连接和Iu接口信令连接; (3) 接下来可能会进行移动性管理的鉴权加密流程; (4) 随后通过电路域的呼叫连接流程、分组域的会话管理流程,建立其业务的承载链路,从而就可以进行业务了。 (5) 结束业务后,再拆除相关的业务承载链路。 (6) 接着释放接入层的信令连接,包括Iu接口的信令连接和RRC连接。 上面的两个流程主要从
7、总体上介绍了用户在不产生位置变化的情况下进行业务的情况。这只是一个总体上的简单描述。详细的各种流程将在后续章节中进行描述。 由于移动通信具有移动性的特点,所以由此就产生了很多处理移动性相关的流程。比如,当用户不进行业务的时候产生了位置改变,由此便产生了位置更新等移动性管理的流程;当用户进行业务的时候发生了位置变化,由此便产生了切换、SRNS重定位等流程。 6-3 WA000010 WCDMA系统基本原理 基本信令流程 6.2 UE的状态与寻呼流程 6.2.1 UE状态 UE有两种基本的运行模式:空闲模式和连接模式。上电开始,UE就停留在空闲模式下,通过非接入层标识如IMSI、TMSI或P-TM
8、SI等标志来区分。UTRAN不保存空闲模式UE的信息,仅能够寻呼一个小区中的所有UE或同一个寻呼时刻的所有UE。 当UE完成RRC连接建立时,UE才从空闲模式转移到连接模式:CELL_FACH或CELL_DCH状态。UE的连接模式,也叫UE的RRC状态,反映了UE连接的级别以及UE可以使用哪一种传输信道。当RRC连接释放时,UE从连接模式转移到空闲模式。 图6-3 UE运行模式 UE在连接模式下,一共有如下4种状态: 1. CELL_DCH状态 CELL_DCH状态有如下特征: 6-4 WA000010 WCDMA系统基本原理 l l l 基本信令流程 在上行和下行给UE分配了一个专用物理信道
9、 根据UE当前的活动集可以知道UE所在的小区 UE可以使用专用传输信道、下行/上行共享传输信道或这些传输信道的组合 UE进入CELL_DCH状态有如下2种方法: 1) UE在空闲模式下,RRC连接建立在专用行道上,因此UE从空闲模式进入CELL_DCH状态; 2) UE处于CELL_FACH状态下使用公共传输信道,通过信道切换后使用专用传输信道,UE从CELL_FACH状态进入到CELL_DCH状态。 2. CELL_FACH状态 CELL_FACH状态具有如下特征: l l l 没有给UE分配专用传输信道 UE连续监听一个下行FACH信道 为UE分配了一个默认的上行公共信道或上行共享传输信道
10、,使之能够在接入过程中的任何时间内使用 UE的位置在小区级为UTRAN所知,具体为UE最近一次发起小区更新时报告的小区 l 在CELL_FACH子状态,UE执行下面的动作: l l l l 监听一个FACH 监听当前服务小区的BCH传输信道,解码系统信息消息 在小区变为另一个UTRA小区时,发起一个小区更新过程 除非选择了一个新小区,否则使用在当前小区中分配的C-RNTI作为公共传输信道上的UE标识 在RACH上传送上行控制信令和小数据包 l 在CELL_FACH状态下,如果数据业务在一段时间里未被激活,UE将进入CELL_PCH状态,以减少功率的损耗。并且,当UE暂时脱离CELL_PCH状态
11、执行小区更新,更新完成后,如果UE和网络侧均无数据传输需求,它将返回CELL_PCH。 3. CELL_PCH 状态 CELL_PCH状态具有如下特征: l l 没有为UE分配专用信道 UE使用非连续接收技术,在某个特定的寻呼时刻监听PCH传输信道上的信息 不能有任何上行的活动 6-5 l WA000010 WCDMA系统基本原理 基本信令流程 UE的位置在小区级为UTRAN所知,具体为UE在CELL_FACH状态时最近一次发起小区更新时所报告的小区 在CELL_PCH状态,UE进行以下活动: 根据DRX 周期监听寻呼时刻,并接收PCH上的寻呼消息 监听当前服务小区的BCH传输信道,以解码系统
12、信息 当小区改变时发起小区更新过程 在该状态下不能使用DCCH逻辑信道。如果网络试图发起任何活动,它需要在UE所在小区的PCCH逻辑信道上发送一个寻呼请求。 UE转换到CELL_FACH状态的方式有两个,一是通过UTRAN寻呼,二是通过任何上行接入。 4. URA_PCH状态 URA_PCH状态具有如下特征: l l l l 没有为UE分配专用信道 UE使用DRX技术,在某个特定的寻呼时刻监听PCH传输信道上的信息 不能有任何上行的活动 UE的位置在URA级为UTRAN所知,具体为UE在CELL_FACH状态时最近一次发起URA更新时所报告的URA 在URA_PCH状态,UE进行以下活动: l
13、 l l 根据DRX周期监听寻呼时刻,并接收PCH上的寻呼消息 监听当前服务小区的BCH传输信道,以解码系统信息 当URA改变时发起URA更新过程 在该状态下不能使用DCCH逻辑信道。如果网络试图发起任何活动,它需要在UE所在URA的PCCH逻辑信道上发送寻呼请求。 在URA_PCH状态, 没有资源分配给数据传输用。因此,如果UE有数据要传送,需要首先转换到CELL_FACH状态。 6.2.2 寻呼流程 与固定通信不同,移动通信中的通信终端的位置不是固定的,为了建立一次呼叫,核心网通过Iu接口向UTRAN发送寻呼消息,UTRAN则将CN寻呼消息通过Uu接口上的寻呼过程发送给UE,使得被寻呼的U
14、E发起与CN的信令连接建立过程。 6-6 WA000010 WCDMA系统基本原理 基本信令流程 当UTRAN收到某个CN域的寻呼消息时,首先需要判断UE是否已经与另一个CN域建立了信令连接。如果没有建立信令连接,那么UTRAN只能知道UE当前所在的服务区,并通过寻呼控制信道将寻呼消息发送给UE,这就是PAGING TYPE 1消息;如果已经建立信令连接,在CELL_DCH或CELL_FACH状态下,UTRAN就可以知道UE当前活动于哪种信道上,并通过专用控制信道将寻呼消息发送给UE,这就是PAGING TYPE 2消息。因此针对UE所处的模式和状态,寻呼可以分为以下两种类型: (1) 寻呼空
15、闲模式或PCH状态下的UE 这一类型的寻呼过程使用PCCH寻呼处于空闲模式、CELL_PCH或URA_PCH状态的UE,用于向被选择的UE发送寻呼信息,其作用有如下三点: l l 为了建立一次呼叫或一条信令连接,网络侧的高层发起寻呼过程; 为了将UE的状态从CELL_PCH或URA_PCH状态迁移到CELL_FACH状态,UTRAN发起寻呼以触发UE状态的迁移; 当系统消息发生改变时,UTRAN发起空闲模式、CELL_PCH和URA_PCH状态下的寻呼,以触发UE读取更新后的系统信息。 l UEPAGING TYPE 1UTRAN图6-4 寻呼空闲模式和PCH状态下的UE UTRAN通过在PC
16、CH上一个适当的寻呼时刻发送一条PAGING TYPE 1消息来启动寻呼过程,该寻呼时刻和UE的IMSI有关。UTRAN可以选择在几个寻呼时机重复寻呼一个UE,以增加UE正确接收寻呼消息的可能。 (2) 寻呼CELL_DCH或CELL_FACH状态下的UE 这一类型的寻呼过程用于向处于连接模式CELL_DCH或CELL_FACH状态的某个UE发送专用寻呼信息。 6-7 WA000010 WCDMA系统基本原理 基本信令流程 UEPAGING TYPE 2UTRAN图6-5 寻呼CELL_DCH或CELL_FACH状态下的UE 对于处于连接模式CELL_DCH或CELL_FACH状态的UE,UT
17、RAN通过在DCCH上发送一条PAGING TYPE 2消息来发起寻呼过程。这种寻呼也叫做专用寻呼过程。 6.3 空闲模式下的UE 6.3.1 概述 当UE开机后或在漫游中,它的首要任务就是找到网络并和网络取得联系。只有这样,才能获得网络的服务。因此,空闲模式下UE的行为对于UE是至关重要的。那么,UE是如何完成这个功能的呢?本节就来讲解这个过程。 UE在空闲模式下的行为可以细分为PLMN选择和重选,小区的选择和重选和位置登记。这三个过程之间的关系如下图所示。 User selectionof PLMNAutomatic/Manual selectionIndicationto userPLM
18、N Selectionand ReselectionLocationRegistrationresponsePLMNsavailablePLMNselectedNAS ControlCell Selectionand ReselectionRadio measurementsRegistrationAreachangesCM requestsLocationRegistration图6-6 空闲模式下的UE 6-8 WA000010 WCDMA系统基本原理 基本信令流程 当UE开机后,首先应该选择一个PLMN。当选中了一个PLMN后,就开始选择属于这个PLMN的小区。当找到这样的一个小区后,从
19、系统信息中就可以知道临近小区的信息,这样,UE就可以在所有这些小区中选择一个信号最好的小区,驻留下来。紧接着,UE就会发起位置登记过程。成功后,UE就驻留在这个小区中了。驻留的作用有4个: l l l l 使UE可以接收PLMN广播的系统信息。 可以在小区内发起随机接入过程。 可以接收网络的寻呼。 可以接收小区广播业务。 当UE驻留在小区中,并登记成功后,随着UE的移动,当前小区和临近小区的信号强度都在不断变化。UE就要选择一个最合适的小区,这就是小区重选过程。这个最合适的小区不一定是当前信号最好的小区,为什么呢?因为,比如UE处在一个小区的边缘,又在这两个小区之间来回走,恰好这两个小区又是属
20、于不同的LA或者RA。这样,UE就要不停的发起位置更新,即浪费了网络资源,又浪费的UE的能量。因此,在所有小区中重选哪个小区是有一定规则的,这个规则会在后面详细描述。 当UE重选小区,选择了另外一个小区后,发现这个小区属于另外一个LA 或者RA,UE就要发起位置更新过程,使网络获得最新的UE的位置信息。UE通过系统广播信息中的SIB1发现 LA或者RA的变化。 如果位置登记或者更新不成功,比如当网络拒绝UE时。或者当前的PLMN出了覆盖区,UE可以进行PLMN重选,以选择另外一个可用的PLMN。 6.3.2 PLMN选择和重选 PLMN选择和重选的目的是选择一个可用的,最好的PLMN。UE通过
21、什么来达到这一目的呢?UE会维护一个PLMN列表,这些列表将PLMN按照优先级排列,然后从高优先级向下搜索,找到的自然是最高优先级的PLMN。另外,PLMN选择和重选的模式有两种,自动和手动。简而言之,自动选网就是UE按照PLMN的优先级顺序自动的选择一个PLMN,手动选网呢,将当前的所有可用网络呈现给用户,将权利给用户, 由用户选择一个PLMN。 6.3.3 小区选择和重选 当PLMN选定之后,就要进行小区选择,目的是选择一个属于这个PLMN的信号最好的小区。 6-9 WA000010 WCDMA系统基本原理 基本信令流程 首先,如果UE存有这个PLMN的一些相关信息,比如频率,扰码等。UE
22、就会首先使用这些信息进行小区搜索。这样就可以较快的找到网络。因为,大多数情况,UE都是在同一个地点关机和开机,比如晚上关机,早晨开机等等。这些信息保存在SIM卡中或者在手机的non-volatile memory中。 1. 小区选择 小区选择的过程大致如下: 1) 小区搜索 小区搜索的目的是找到一个小区,尽管它可能不属于选择的PLMN的。小区搜索的步骤如下: 通过primary SCH,UE获得时隙同步。时隙同步后,就要进行帧同步。帧同步是使用secondary SCH的同步码实现的。这一过程同时也确定了这个小区的扰码组。然后, UE通过对扰码组中的每一个扰码在CPICH上相关,直到找到相关结
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