LTE RRC协议介绍连接控制.docx
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1、LTE RRC协议介绍连接控制5.3 5.3.1 5.3.1.1 连接控制 介绍 RRC 连接控制 RRC 连接建立包括SRB1的建立。E-UTRAN在完成S1连接建立过程前,也就是在接收到EPC发出的UE上下文信息之前,先要完成RRC连接的建立。因此,在RRC连接的初始阶段,AS安全没有被激活。在这个初始阶段,E-UTRAN可以配置UE执行测量上报。不过,UE只有在AS安全被激活时才接收切换消息。 一旦接收到EPC发出的UE上下文后,E-UTRAN就使用初始安全激活过程来激活安全。用于激活安全的RRC消息会得到完整性保护,而加密只有当安全激活过程完成后才开始。也就是说,响应激活安全消息的消息
2、没有被加密,而随后的消息则既有完整性保护又有加密。 初始安全激活过程启动之后,E-UTRAN初始化SRB2和DRB的建立,即E-UTRAN可以在收到UE发出的初始安全激活确认之前,就初始化SRB2和DRB的建立。在任何情况下,E-UTRAN都会对用于建立SRB2和DRB的RRC连接重配消息进行加密和完整性保护。如果初始安全激活和/或无线承载建立失败,E-UTRAN应释放RRC连接。 对于SRB2和DRB,安全保护总是在一开始被激活,也就是说,E-UTRAN不会在激活安全之前建立这些承载。 RRC连接的释放由E-UTRAN初始化。这个过程可用于将UE重定向到另一个E-URTA频率或者其它无线接入
3、系统的载波频率。只有在特殊的情况下,UE可中断RRC连接,即不通知E-UTRAN而迁移到 RRC_IDLE状态。 5.3.1.2 的加密。 安全性 AS 安全包括RRC信令的完整性保护,以及RRC信令和用户数据 RRC处理安全参数的配置包括完整性保护算法、加密算法以及两个参数。UE用这两个参数来决定切换和/或连接重建立时的AS安全密钥。 信令无线承载SRB1 和SRB2所使用的完整性保护算法是相同的。所有RB使用的加密算法也是相同的。SRB0既没有完整性保护,也没有加密。 RRC的完整性保护和加密总是被一齐激活,即在一个消息/过程中完成。RRC完整性和加密永远不会被“去激活”,不过,有可能切换
4、到一个空的加密算法。 一个空的完整性保护算法(eia0)只被用于处于受限业务模式的UE。当使用空的完整性保护算法时,也会同时使用空的加密算法。对于完整性检查失败的RRC消息,下层协议将丢弃这些消息,并向RRC指示完整性验证检查失败。 AS使用三种不同的安全密钥:KRRCint用于RRC信令的完整性保护,KRRCenc用于RRC信令的加密,KUPenc用于用户数据的加密。三个AS密钥是从KeNB密钥计算得到的。KeNB 基于由上层处理的KASME 密钥。 连接建立时,计算产生新的AS密钥,不交换AS参数用作新AS密钥产生的输入。 用来执行切换的RRC消息的完整性和加密保护,是根据切换前的安全配置
5、,由源eNB执行。 完整性和加密算法只能在切换时改变。每一次切换和连接重新建立时,四个AS密钥都会改变。keyChangeIndicator用于切换,指示UE是否应使用与最近可用KASME 密钥相关的密钥。UE在切换和连接重建时使用nextHopChainingCount参数,用于计算产生新的KeNB,KeNB将用于产生新的KRRCint, KRRCenc 以及 KUPenc。一个小区内切换过程可用来更改RRC_CONNECTED状态下的密钥。 每个无线承载(RB)在每个方向都会保留一个独立的计数器。对于每个 DRB,该 COUNT被用作加密的输入。对于每个 SRB,该COUNT会被用作加密和
6、完整性保护的输入。对一个给定的安全密钥,相同的 COUNT值不允许使用多过1次。为了限制信令负荷,单个消息/ 数据包包含一个短的序列号。另外,采用了一种溢出计数器机制:超帧号。HFN需要在UE和eNB之间同步,eNB负责避免COUNT和相同的RB标识及相同的KeNB被重复使用; eNB可以对连续的RB建立使用不同的RB 标识,来触发一个小区内切换或者从RRC_CONNECTED到RRC_IDLE再到RRC_CONNECTED的状态转换。 对于每个SRB,RRC提供给下层协议层的用作产生作为加密和完整性保护的输入的5比特 BEARER参数的数值value,就是相应最高位填充为0的srb-Iden
7、tity值。 5.3.1.3 连接模式移动性 在RRC_CONNECTED状态,网络控制UE的移动性,即网络决定UE应在何时移动到哪个小区。网络根据无线条件和负载触发切换过程。为了提高切换效率,网络可能配置UE执行测量上报。网络也可以在没有接收到UE测量报告的情况下,发起盲切换。 在向UE发送切换消息之前,源eNB 准备好一个或多个目标小区。目标eNB产生用于执行切换的消息,包括目标小区中将使用的AS配置信息。源eNB透明地转发来自目的eNB的切换消息/信息给UE,不做任何内容和数值的修改。适当的时候,源eNB为全部DRB初始化数据转发。 收到切换消息之后,UE尝试在第一个可用RACH occ
8、asion根据TS 36.321随机接入资源选择的定义接入目标小区,即切换是异步的。因此,在为目标小区随机接入分配一个专用的preamble时,E-UTRA 应当确保这个preamble从UE的第一个RACH occasion开始就可用。成功完成切换之后,UE发送一条消息来确认切换。 如果目标eNB不支持使用源eNB分配给UE的配置来释放RRC协议,目标eNB可能不能理解源eNB给UE提供的配置。在这种情况下,在切换和重建立时,目标eNB应使用全配置操作去重新配置这个UE。全配置操作包括初始化无线配置,但不包括未来RRC重建的安全算法。 在切换成功后,PDCP SDU 可以在目标小区中被重发。
9、这只适用于使用RLC-AM 模式的DRB和没有使用全配置操作的切换。在没有使用全配置操作的切换成功后,除使用RLC-AM模式的DRB外,其它的radio bearer的SN和HFN将被重置。对包含全配置操作的重配,不管RLC模式,所有的DRBs的PDCP实体都被重新建立。 不管网络内切换时X2切换还是S1切换,切换时UE的行为是没有区别的。 源eNB应该在一段时间内保持上下文的内容,以便让UE在切换失败后能够回到源小区。在已经检测到切换失败后,UE应尝试在源小区或另一个目标小区中使用RRC重建立过程,重新开始RRC连接。只有接入小区时准备好的小区时,重新连接才能成功。 切换到广播CSG标识的小
10、区时使用正常的测量和移动流程。 5.3.2 寻呼 5.3.2.1 概述 UE Paging 图 5 寻呼流程 该流程的目的是将寻呼消息发送给RRC_IDLE状态下的UE,和/或发送系统消息改变通知给处于RRC_IDLE和RRC_CONNECTED状态下的UE,和/或发送ETWS主要通知和或辅助通知给UE,和/或发送CMAS通知给UE。寻呼信息被提供给上层协议,上层协议收到寻呼消息后,初始化RRC连接建立。收到寻呼消息的常见的场景是接到来电呼入。 EUTRAN 5.3.2.2 初始化 E-UTRAN在UE的寻呼occasion发送Paging 消息,以初始化寻呼过程。E-UTRAN可以在一条Pa
11、ging消息标识多个UE,每个PagingRecord标识一个UE。E-UTRAN也可通过Paging消息通知系统信息变化,和/或提供ETWS的通知或CMAS通知。 寻呼消息的主要内容有: 寻呼消息列表:UE的标识、CN域。 系统信息改变指示:如果出现此IE,则指示BCCH修改。 ETWS基本通知指示:如果出现此IE,则指示存在ETWS相关通知。 CMAS基本通知指示:如果出现此IE,则指示存在CMAS相关通知。 5.3.2.3 UE接收Paging 消息 RRC_IDLE状态下的UE监控寻呼信道,检测是否由呼叫进入。 收到寻呼消息,且UE处在 RRC_IDLE状态下,对Paging消息中存在
12、在每条PagingRecord,如果PagingRecord中的 ue-Identity与任一个上层分配的UE identitiy相匹配,则UE将ue-Identity和 cn-Domain转发至上层; 如果寻呼消息包含了systemInfoModification,则UE通过系统消息获取流程重新获取必需的系统信息。 5.3.2.4 IDLE模式下寻呼的非连续接收 UE在IDLE模式下可以采用非连续接收来降低功率消耗。一个寻呼时刻是一个子帧,在这个子帧,PDCCH上可能有P-RNTI发送,寻址寻呼消息。一个寻呼帧是一个无线帧,包含一个或者多个PO。当采用了DRX,UE在每个DRX周期只需监控一
13、个P-RNTI。 如果许多UE被频繁地寻呼,那么最好将UE分成多个寻呼组,这样可以避免寻呼消息过多。 由于eNB存储UE的永久NAS标识不够安全,因此在计算中,采用UE_ID=IMSI mod 1024 。 5.3.3 RRC 连接建立 5.3.3.1 概述 UE RRCConnectionRequest EUTRAN RRCConnectionSetup RRCConnectionSetupComplete 图 6 RRC 连接建立,成功流程 UE EUTRAN RRCConnectionRequest RRCConnectionReject 图 7 RRC 连接建立,网络拒绝流程 该过程旨
14、在建立一个RRC连接,包括建立SRB1。该过程也可用于发送从UE到E-UTRAN的初始NAS专用信息/消息。当UE在RRC_IDLE状态下,上层要求建立RRC连接时,UE初始化此流程。E-UTRAN在这个过程中只建立SRB1。 5.3.3.2 初始化 RRC_IDLE状态下的UE在发起某个原因的RRC连接建立时,首先要判断小区对这个原因是否允许接入,并结合SIB2中的信息和定时器的状态。 如果UE建立RRC连接的原因是mobile terminating calls,且T302计时器正在运行,则认为该小区禁止接入;否则认为该小区没有禁止接入。 如果UE建立RRC连接的原因是紧急呼叫,且 如果S
15、ystemInformationBlockType2 不包含ac-BarringInfo,则认为小区允许接入。 如果UE建立RRC连接的原因是mobile originating calls,且定时器 T302或T303 正在运行,则认为该小区禁止接入;如果定时器 T302和T303 都没有运行,且如果SystemInformationBlockType2 包含ac-BarringInfo-,且ac-BarringForMo-Data存在,则, 如果UE的USIM中存储了一个或更多个接入级别,范围为1115,且至少一个接入等级在ac-BarringForMo-Data中包括的ac-Barrin
16、gForSpecialAC中对应的比特被设置为0,则认为该小区允许接入; 否则在 0 rand 1范围内均匀地随机抽取 rand 值,如果rand 低于ac-BarringForMo-Data中包含ac-BarringFactor所指示的值,认为该小区可以接入; 其它情况: 如果定时器T302或T305正在运行,认为小区接入被禁止; 否则,如果SystemInformationBlockType2包含ac-BarringInfo,且存在 ac-BarringForMo-Signalling,则 如果UE有一个或多个接入级别,存储在USIM中,范围为1115,且其中至少一种接入级别中,包含在ac
17、-BarringForMo-Signalling中ac-BarringForSpecialAC的相应比特位值为0,那么认为该小区可以接入;否则在 0 rand 1范围内均匀地随机抽取 rand 值,如果rand 低于ac-BarringForMo-Signalling中包含的 ac-BarringFactor指示的值,则认为该小区可以接入; 5.3.3.3 RRCConnectionRequest消息传输 UE设置RRCConnectionRequest 消息的内容如下: 设置ue-Identity:如果上层提供S-TMSI,则将ue-Identity设置为从上层接收的值;如果上层没有提供S-
18、TMSI,则在0 . 240-1中抽取一个随机值,设置ue-Identity为该随机值; 根据从上层接收到的信息设置establishmentCause的值。 UE之后应将RRCConnectionRequest消息提交给下层传输。UE将继续进行与小区重选相关的测量和小区重选评估,如果满足小区重选的条件,UE将进行小区重选。 5.3.3.4 UE接收RRCConnectionSetup 注:在此之前,下层信令用来分配C-RNTI。 收到RRCConnectionRequest消息时,UE按照收到的radioResourceConfigDedicated进行无线资源配置过程;如果之前存储了idl
19、eModeMobilityControlInfo提供的,或从异系统遗留的小区重选优先级信息,则删除这些信息;停止定时器 T300;如果定时器 T302、T305、T320正在运行,则停止,并执行相关的操作; 进入 RRC_CONNECTED状态;停止小区重选过程; UE设置 RRCConnectionSetupComplete消息内容如下: 将selectedPLMN-Identity设置为上层从SystemInformationBlockType1中plmn-IdentityList中选择的PLMN; 如果上层提供Registered MME,如下包括和设置registeredMME:如果R
20、egistered MME的PLMN标识与上层选择的PLMN 不同,设置为从上层收到的registeredMME中的plmnIdentity 。 将mmegi 和 mmec设置为上层提供的值; 设置 dedicatedInfoNAS包含NAS层发送的信息; 将RRCConnectionSetupComplete消息提供给下层协议进行传输,在此基础上结束该过程。 5.3.3.5 UE接收RRCConnectionReject UE应停止定时器T300; 重置 MAC 和释放 MAC 配置;启动定时器 T302,设置其值为 waitTime;通知上层RRC连接建立失败,禁止移动始发呼叫、移动始发信
21、令以及移动终端的接,此过程结束。 5.3.3.6 RRC连接建立失败 如果上层中止RRC连接建立过程,而UE还没有进入RRC_CONNECTED状态,UE应停止定时器 T300,如果其在运行;重置MAC,释放MAC配置,以及为所有建立的RB重建RLC; 5.3.4 5.3.4.1 初始安全激活 概述 UE EUTRAN SecurityModeCommand SecurityModeComplete 图 8 安全模式命令,成功流程 UE SecurityModeCommand EUTRAN SecurityModeFailure 图 9 安全模式命令,失败流程 此过程用于在RRC连接建立时激活
22、AS的安全。E-UTRAN对一个处于RRC连接状态的UE初始化安全命令模式流程,而且E-UTRAN在只有SRB1建立的时候使用这个过程。 5.3.4.2 初始化 E-UTRAN 向处在RRC_CONNECTED状态的UE初始化安全模式命令过程。此外,E-UTRAN在仅仅建立SRB1时,即优先建立SRB2和/或DRB时,使用这个安全激活过程。 5.3.4.3 UE接收SecurityModeCommand UE收到SecurityModeCommand时:计算得到KeNB密钥;计算得到与SecurityModeCommand消息中的 integrityProtAlgorithm相关的KRRCin
23、t密钥;使用SecurityModeCommand 消息中包括的integrityProtAlgorithm指示的算法和KRRCin密钥,要求下层验证SecurityModeCommand 消息的完整性保护。 如果SecurityModeCommand消息通过了完整性保护验证,则, 计算得到与 SecurityModeCommand 消息中描述的cipheringAlgorithm相关的 KRRCenc 和 KUPenc 密钥; 立即配置下层使用指定的算法和KRRCint 密钥进行完整性保护,即完整性保护将被用于UE之后接收和发送的所有消息,包括SecurityModeComplete消息;
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