无线资源管理流程
6.4.1 rrc连接建立流程
ue处于空闲模式下,当ue的非接入层请求建立信令连接时,ue将发起rrc连接建立过程。每个ue最多只有一个rrc连接。
当srnc接收到ue的rrc connection request消息,由其无线资源管理模块(rrm)根据特定的算法确定是接受还是拒绝该rrc连接建立请求,如果接受,则再判决是建立在专用信道还是公共信道。对于rrc连接建立使用不同的信道,则rrc连接建立流程也不一样。
1. rrc连接建立在专用信道上
图6-7 rrc连接建立在专用信道上
信令流程说明:
1)ue在上行ccch上发送一个rrc connection request消息,请求建立一条rrc连接;
2)srnc根据rrc连接请求的原因以及系统资源状态,决定ue建立在专用信道上,并分配rnti和l1、l2资源;
3)srnc向node b发送radio link setup request消息,请求node b分配rrc连接所需的特定无线链路资源;
4)node b资源准备成功后,向srnc应答radio link setup response消息;
5)srnc使用alcap协议发起iub接口用户面传输承载的建立,并完成rnc于node b之间的同步过程;
6)srnc在下行ccch向ue发送rrc connection setup消息;
7)ue 在上行dcch向srnc发送rrc connection setup complete消息。
至此,rrc连接建立过程结束。
2. rrc连接建立在公共信道上
当rrc连接建立在公共信道上时,因为用的是已经建立好的小区公共资源,所以这里无需建立无线链路和用户面的数据传输承载,其余过程与rrc连接建立在专用信道相似。
6.4.2 信令建立流程
信令建立流程是在ue与utran之间的rrc连接建立成功后,ue通过rnc建立与cn的信令连接,也叫“nas信令建立流程”,用于ue与cn的信令交互nas信息,如鉴权、业务请求、连接建立等。
ue与cn的交互的信令,对于rnc而言,都是直传消息。rnc在收到第一条直传消息时,即:初始直传消息(initial direct transfer),将建立与cn之间的信令连接,该连接建立sccp之上。流程如下图所示:
图6-8 信令建立过程
具体流程如下:
1)rrc连接建立后,ue通过rrc连接向rnc发送初始直传消息(initial direct transfer),消息中携带ue发送到cn的nas信息内容。
2)rnc接收到ue的初始直传消息,通过iu接口向cn发送sccp连接请求消息(cr),消息数据为rnc向cn发送的初始ue消息(initial ue message),该消息带有ue发送到cn的消息内容。
3)如果cn准备接受连接请求,则向rnc回sccp连接证实消息(cc),sccp连接建立成功。rnc接收到该消息,确认信令连接建立成功。
4)如果cn不能接受连接请求,则向rnc回sccp连接拒绝消息(cj),sccp连接建立失败。rnc接收到该消息,确认信令连接建立失败,则发起rrc释放过程。
信令连接建立成功后,ue发送到cn的消息,通过上行直传消息(uplink direct transfer)发送到rnc,rnc将其转换为直传消息(direct transfer)发送到cn;cn发送到ue的消息,通过直传消息(direct transfer)发送到rnc,rnc将其转换为下行直传消息(downlink direct transfer)发送到ue。
6.4.3 rab建立流程
rab是指用户平面的承载,用于ue和cn之间传送语音、数据及多媒体业务。ue首先要完成rrc连接建立,然后才能建立rab。
rab建立是由cn发起,utran执行的功能,基本流程为:
首先由cn向utran发送rab指配请求消息,请求utran建立rab;
utran中的srnc发起建立iu接口与iub接口(iur接口)的数据传输承载;
srnc向ue发起rb建立请求;
ue完成rb建立,向srnc回应rb建立完成消息;
srnc向cn应答rab指配响应消息,结束rab建立流程。
当rab建立成功以后,一个基本的呼叫即建立,ue进入通话过程。
根据无线资源使用情况(rrc连接建立时的无线资源状态与rab建立时的无线资源状态),可以将rab的建立流程分成以下三种情况:
1)dch-dch:rrc使用dch,rab准备使用dch;
2)rach/fach-rach/fach:rrc使用cch,rab准备使用cch;
3)rach/fach-dch:rrc使用cch,而rab准备使用dch。
下面给出以上第一种情况下的rab建立流程的具体过程描述。
1. dch-dch
ue当前的rrc状态为专用传输信道(dch)时,指配的rab只能建立在专用传输信道上。根据无线链路(rl)重配置情况,rab建立流程可分为同步重配置rl(dch-dch)与异步重配置rl(dch-dch)两种情况,二者的区别在于node b与ue接收到srnc下发的配置消息后,能否立即启用新的配置参数:
同步情况下,node b与ue在接收到srnc下发的配置消息后,不能立即启用新的配置参数,而是从消息中获取srnc规定的同步时间,在同步时刻,同时启用新的配置参数;
异步情况下,node b与ue在接收到srnc下发的配置消息后,将立即启用新的配置参数。
(1) 同步重配置rl
在dch-dch同步情况下,需要srnc 、node b与ue之间同步重配置rl:
node b在接收到srnc下发的重配置rl消息后,不能立即启用新的配置参数,而是准备好相应的无线资源,等待接收到srnc下发的重配置执行消息,从消息中获取srnc规定的同步时间;
ue在接收到srnc下发的配置消息后,也不能立即启用新的配置参数,而是从消息中获取srnc规定的同步时间;
在srnc规定的同步时刻,node b与ue同时启用新的配置参数。
下面给出rab建立流程中dch-dch同步重配置rl的过程。
图6-9 rab建立流程(dch-dch,同步)
信令流程说明:
1)cn向utran发送ranap协议的rab指配消息radio access bearer assignment request,发起rab建立请求;
2)srnc接收到rab建立请求后,将rab的qos参数映射为aal2链路特性参数与无线资源特性参数,iu接口的alcap根据其中的aal2链路特性参数发起iu接口的用户面传输承载建立过程(适用于iu-cs接口);
3)srnc向属下的node b发送nbap协议的无线链路重配置准备radio link reconfiguration prepare消息,请求属下的node b准备在已有的无线链路上增加一条(或多条)承载rab的专用传输信道(dch);
4)node b分配相应的资源,然后向所属的srnc发送radio link reconfiguration ready消息,通知srnc无线链路重配置准备完成;
5)srnc中iub接口的alcap发起iub接口的用户面传输承载建立过程, node b与srnc通过交换dch帧协议的上下行同步帧建立同步;
6)srnc向属下的node b发送无线链路重配置执行消息radio link reconfiguration commit;
7)srnc向ue发送rrc协议的rb建立消息radio bearer setup;
8)ue执行rb建立后,向srnc发送无线承载建立完成消息radio bearer setup complete;
9)srnc接收到无线承载建立完成的消息后,向cn回应rab指配响应消息radio access bearer assignment response,结束rab建立流程。
(2) 异步重配置rl
在dch-dch异步情况下,不要求srnc 、node b与ue之间同步重配置rl:node b与ue在接收到srnc下发的配置消息后,将立即起用新的配置参数。
下面给出rab建立流程中dch-dch异步重配置rl的例子。
图6-10 rab建立流程(dch-dch, 异步)
信令流程说明:
1)cn向utran发送ranap协议的rab指配消息radio access bearer assignment request,发起rab建立请求;
2)srnc接收到rab建立请求后,将rab的qos参数映射为aal2链路特性参数与无线资源特性参数,iu接口的alcap根据其中的aal2链路特性参数发起iu接口的用户面传输承载建立过程;
3)在异步情况下,无线重配置无需同步,srnc向属下的node b发送nbap协议的无线链路重配置请求radio link reconfiguration request消息,请求属下的node b在已有的无线链路上建立新的专用传输信道(dch);
4)node b接收到无线链路重配置请求消息后,即分配相应的资源,然后向所属的srnc发送radio link reconfiguration response消息,通知srnc无线链路重配置完成;
5)srnc中iub接口的alcap发起iub接口的用户面传输承载建立过程, node b与srnc通过交换dch帧协议的上下行同步帧建立同步;
6)srnc向ue发送rrc协议的无线承载建立消息radio bearer setup;
7)ue执行rb建立后,向srnc发送无线承载建立完成消息radio bearer setup complete;
8)srnc接收到无线承载建立完成的消息后,向cn回应rab指配响应消息radio access bearer assignment response,结束rab建立流程。
6.4.4 呼叫释放流程
呼叫释放流程也就是rrc连接释放流程。rrc连接释放流程分为两种类型:ue发起的释放和cn发起的释放。两种释放类型的区别主要在于高层的呼叫释放请求消息由谁先发出,但最终的资源释放都是由cn发起的。
当cn决定释放呼叫后,将向srnc发送iu release command消息。srnc收到该释放命令后,有如下操作步骤:
1 )向cn返回iu release complete消息;
2 )发起iu接口用户面传输承载的释放;
3 )释放rrc连接。
rrc释放就是释放ue和utran之间的信令链路以及全部无线承载。根据rrc连接所占用的资源情况,可进一步划分为两类:释放建立在专用信道上的rrc连接和释放建立在公共信道上的rrc连接。
1. 释放建立在专用信道上的rrc连接
图6-11 释放建立在专用信道上的rrc连接
流程描述:
1)rnc向ue发送rrc连接释放消息rrc connection release;
2)ue向rnc返回释放完成消息rrc connection release complete;
3)rnc向node b发送无线链路删除消息radio link deletion,删除node b中的无线链路资源;
4)node b资源释放完成后,向rnc返回释放完成消息radio link deletion response;
5)rnc使用alcap协议发起iub接口用户面传输承载的释放。
最后rnc再发起本端l2资源的释放。至此,rrc释放过程结束。
2. 释放建立在公共信道上的rrc连接
释放建立在公共信道上的rrc连接时,因为此时用的是小区公共资源,所以直接释放ue就可以了,无需释放node b的资源,当然也没有数据传输承载的释放过程。
6.4.5 切换流程
切换过程是移动通信区别于固定通信的一个显著特征之一, 当ue使用的小区或制式(fdd ,tdd)发生变化时,我们就说ue发生了切换。 wcdma支持的切换包括软切换,硬切换,前向切换和系统间切换。软切换和硬切换主要是由网络侧发起,前向切换主要是ue发起,而系统间切换既有网络侧发起的情况,又有ue发起的情况。发生切换的原因包括ue的移动,资源的优化配置,人为干预等。
1. 软切换
在wcdma中,由于相邻小区存在同频的情况,ue 可以通过多条无线链路与网络进行通信,在多条无线链路进行合并的时候,通过比较,选取信号较好的一条,从而达到优化通信质量的目的,只有fdd制式才能进行软切换。根据小区之间位置的不同,软切换可以分为几种情况。第一种情况, node b内不同小区之间。这种情况,无线链路可以在node b内,也可以到srnc再进行合并,如果在node b内部就完成了合并,我们称之为更软切换;第二种情况,同一rnc内不同node b之间;还有不同rnc之间。
软切换中一个重要问题就是多条无线链路的合并,wcdma中使用宏分集(macro diversity)技术对无线链路进行合并,就是根据一定的标准(如误码率)对来自不同无线链路的数据进行比较,选取质量较好的数据发给上层。
在软切换中,关于邻近小区有几个重要的概念:
1 )活动集,指的是ue当前正在使用的小区的集合,软切换的执行结果就表现在活动集中小区增加或减少。
2 )观察集,ue根据utran给的邻近小区信息,正在观察但不在活动集中的小区,ue对观察集中的小区进行测量,当测量结果符合一定的条件时,这些小区可能被加入活动集,所以有时也称为候选集;
3 )已检测集,ue已检测到,但既不属于活动集也不属于观察集的小区,utran可以要求ue报告已检测集的测量结果;由于它们不属于邻近小区列表,所以有时也称之为未列出集。
软切换的过程可以分为以下几个步骤:
1 )ue根据rnc给的测量控制信息, 对同频的邻近小区进行测量,测量结果经过处理后,上报给rnc;
2 )rnc对上报的测量结果和设定的阈值进行比较,确定哪些小区应该增加,哪些应该删除;
3 )如果有小区需要增加,先通知node b准备好;
4 )rnc通过活动集更新消息,通知ue增加和/或删除小区;
5 )在ue成功进行了活动集更新后,如果删除了小区,则通知node b释放相应的资源。
在进行软切换的过程中,原来的通信不受影响,所以能够完成从一个小区到另一个小区的平滑切换。
2. 硬切换
当邻近小区属于异频小区时,不能进行软切换,这时可以进行硬切换,硬切换过程就是先中断跟原来小区的通信,然后再从新的小区接进来,因此它的性能不如软切换,所以一般在不能进行软切换的时候,才会考虑硬切换。
硬切换的目标小区可以没有经过测量,适合于紧急情况下的硬切换,失败率较高;更常见的硬切换同样也要对目标小区先进行测量,但一般ue只配一个解码器,不能同时对两个频点的信号进行解码,所以为了ue能进行异频测量,在wcdma中引入了压缩模式技术。
图6-12 压缩模式原理图
压缩模式技术的基本原理就是,node b在发送某些帧(每10ms 发送的数据为一帧)的时候,加大发送速率,用少于10ms的时间发送完原来需要10ms的数据,那么空出来的时间,就让ue进行异频测量。具体采用什么方式和什么时间来加大发送速率,由rnc进行控制。
跟软切换类似,硬切换根据原小区和目标小区的位置关系,分为以下几种:
1)同一个小区内,fdd和tdd方式之间的硬切换;
2 ) node b内的小区之间;
3 )同一rnc内不同node b的小区之间;
4 )不同rnc的小区之间。
通常不同rnc之间发生硬切换时,两个rnc之间都存在iur接口,否则就需要通过伴随迁移(relocation)来完成硬切换。
uu接口有5个信令过程都能够完成硬切换:
1 )物理信道重配置(physical channel reconfiguration );
2 )传输信道重配置(transport channel reconfiguration);
3 )rb建立过程(radio bear setup );
4 )rb释放过程(radio bear release);
5 )rb重配置过程(radio bear reconfiguration)。
下图以物理信道重配置为例给出不同node b之间小区硬切换的信令过程:
硬切换流程图
信令流程描述:
1)srnc向目标小区所在的node b发送消息radio link setup request,要求其建立一条无线链路;
2)目标小区所在的node b向srnc应答消息radio link setup response,表明无线链路建立成功;
3)srnc采用alcap协议建立srnc和目标node b的iub接口传输承载,并且进行fp同步;
4)srnc通过下行dcch信道向ue发送消息physical channel reconfiguration,消息中给出目标小区的信息;
5)在ue从原小区切换到目标小区后,原小区node b会检测到无线链路失去联系,于是向srnc发消息radio link failure indication,指示无线链路失败;
6)ue在成功切换到目标小区后,通过dcch向srnc发送消息physical channel reconfiguration complete,通知srnc物理信道重配置完成;
7)srnc向原小区所在的node b发送消息radio link deletion request,删除原小区的无线链路;
8)原小区所在的node b完成无线链路资源删除后,向srnc应答消息radio link deletion response;
9)srnc采用alcap协议释放srnc和原小区所在node b的iub接口的传输承载。
3. 前向切换
rrc连接移动性管理中,前向切换是其中的一部分。前向切换分为小区更新和ura更新,主要用于当ue位置发生改变时及时更新utran侧关于ue的信息,还可以监视rrc的连接、切换rrc的连接状态,另外还有错误通报和传递信息的作用。不管是小区更新还是ura更新,更新过程均是由ue主动发起的。
(1) 小区更新
处于cell_fach、cell_pch或ura_pch状态的ue都可能发起小区更新过程,对不同的连接状态,会有不同的小区更新原因,小区更新流程也不同。
如果小区更新原因是周期性小区更新,且utran侧不给ue分配新的crnti或urnti,其流程如图所示:
更详细请查看:wcdma基本信令流程
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