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文檔簡介
1、1 概述接入層(Access Stratum AS)的控制平面處理與無線相關(guān)的功能。AS與非 接入層(Non-Access Stratum NAS)也被稱作“高層”打交道。在其它功能之中,NAS控制協(xié)議還處理 PLMN( Public Land Mobile Network)選擇、跟蹤 區(qū)更新、尋呼、鑒權(quán)和 EPS承載的建立、修改和釋放。UE 的 RRC(Radio Resource Control)狀態(tài)要么是 RRC_IDLE要么是 RRC_CONNECTED在很大程度上決定了適用的與 AS相關(guān)的過程。處于RRC_IDL狀態(tài)的UE執(zhí)行小區(qū)選擇和小區(qū)重選一一換句話說就是確定駐 留在哪個小區(qū)。小
2、區(qū)(重)選擇過程中考慮每一種適用無線接入技術(shù) RAT的每一個適用頻率、無線鏈路質(zhì)量和小區(qū)狀態(tài)(即一個小區(qū)是否禁入或保留)。處于RRC_IDL狀態(tài)的UE通過監(jiān)測尋呼信道來偵測打進來的電話,并且獲取系統(tǒng)信 息。系統(tǒng)信息主要包括 網(wǎng)絡(luò)(E-UTRAN用來控制小區(qū)(重)選擇的 參數(shù)。在RRC_CONNECTE狀態(tài),E-UTRAN分配無線資源給UE,以方便通過共享數(shù) 據(jù)信道(shared data channels)轉(zhuǎn)發(fā)(單播unicast)數(shù)據(jù)。為了支持這種操作, UE 監(jiān)測一條 用來指示在時域和頻域的共享傳輸資源的動態(tài)分配的 關(guān)聯(lián)控制信 道。UE向網(wǎng)絡(luò)提供自身緩沖區(qū)狀態(tài)報告和下行信道質(zhì)量報告,以及讓
3、E-UTRAN有能力為 UE 選擇最適合的小區(qū)的 鄰小區(qū)測量信息報告。這些測量報告涵蓋了 那些使用其它頻率或其它 RAT的小區(qū)。UE也會收到系統(tǒng)信息,主要由使用傳輸 信道所需要的信息組成。為了延長電池壽命,處于RRC_CONNECTE狀態(tài)的UE可以配置一個非連續(xù)接收(Discontinuous Reception, DRX 周期。RRC是 E-UTRAN用來控制處于 RRC_CONNECTED態(tài)的UE的行為的協(xié)議。 RRC還確定了適用于處于RRC_IDL狀態(tài)的控制信令,即尋呼和系統(tǒng)信息。2無線資源控制(RRC協(xié)議RRC協(xié)議支持“公共common” NAS信息(即適用于所有 UE的NAS信息)
4、和“專用dedicated" NAS信息(只適用于特定UE的信息)的轉(zhuǎn)發(fā)。此外,對處 于RRC_IDL狀態(tài)的UE, RRC還支持來電的通知。RRC協(xié)議涵蓋了一系列功能領(lǐng)域。系統(tǒng)信息處理包括公共NAS信息在內(nèi)的系統(tǒng)信息的廣播。其中一些系統(tǒng)信息只適用于處于RRC_IDL狀態(tài)的UE,而另一些系統(tǒng)信息既適用于 處于RRC_IDL狀態(tài)的UE,又適用于處于 RRC_CONNECTED態(tài)的UE=RRC連接控制涉及RRC連接建立、修改和釋放相關(guān)的所有過程,包括尋呼、安全機制激活的初始化、信令無線承載(SRB和攜帶用戶數(shù)據(jù)的無線承載(Data Radio Bearer, DRB的建立、LTE內(nèi)的切換(
5、UE RRC上 下文信息的轉(zhuǎn)發(fā) 、低層協(xié)議層的配置、 接入等級禁入和無線鏈路失敗。 其中, UE 上下文信息包括無線資源配置(包括沒有通過空口配置的本地設(shè)置)、UE能力和無線資源管理信息。網(wǎng)絡(luò)控制的跨 RAT間移動性 包括安全激活(除了常規(guī)的移動性過程 之外)和UE RRC上下文信息的轉(zhuǎn)發(fā)。同頻、異頻和跨RAT移動性的測量配置和上報,包括測量間隔 的配置和激活。雜項功能包括諸如專用NAS信息的轉(zhuǎn)發(fā)和UE無線接入能力信息的轉(zhuǎn)發(fā)。專用RRQ肖息通過SRB經(jīng)由PDCP層和RLC層映射到邏輯信道(或者是 連接建立時的公共控制信道 CCCH或者是RRC_CONNECTE狀態(tài)下的專用控制9 信道DCCH
6、轉(zhuǎn)發(fā)。系統(tǒng)信息和尋呼消息分別被直接映射到邏輯信道一一廣 播控制信道BCCH和尋呼控制信道PCCHSRB0被用于使用CCCHW道的RRC消肖息,SRB1被用于使用DCCH信道的RRC 消息,而SRB2被用于使用DCCH言道的低優(yōu)先級的只包括 NAS專用信息的RRC 消息。所有使用DCCH言道的RRC消息都被PDCP層進行完整性保護和加密(在 安全功能激活之后),并且用ARQ協(xié)議實現(xiàn)在RLC層的可靠傳輸。使用CCCHB 道的RRC消息沒有完整性保護,也不在RLC層使用ARQ協(xié)議。SRB2建立前,SRB1 也被用于只包含NAS專用信息的RRC消息。此外,SRB1也被用于只包含專用NAS 信息的高優(yōu)先
7、級RRC消息。需要注意的是,NAS單獨實施完整性保護和加密。圖1描述了整個無線協(xié)議架構(gòu),以及無線承載、邏輯信道、傳輸信道和物理 信道的使用。Drew工PHT丁1P3CPiNotilicqljcii! 口Dirunon一卜>1iziphm 叩liTl«|nt>- and rirri mn gAim 匸 ffimgUuiik味niq -jriu ham-u thwiidirrrlrrnini iin-帕曲er沖陽| y j-HlROHCr 'I- !nremaSa-i圖1無線架構(gòu)對于某些 低傳輸時延比可靠傳輸更加重要的 參數(shù)(即對某些參數(shù)使用ARQ 并不合適,因為會引
8、入額外的時延),將使用MAC信令,前提是不存在安全問題(MAC信令不適用完整性保護和加密)。3 系統(tǒng)信息 System Information系統(tǒng)信息通過系統(tǒng)信息塊(System In formation Blocks, SIE)的方式來組織, 每一個SIB包含了一組與功能相關(guān)的參數(shù)。已經(jīng)被定義的SIB類型包括:主信息塊(Master In formation Block, MIB),包括數(shù)量有限的/*對UE初 始接入網(wǎng)絡(luò)來說是基本的*/最頻繁傳輸?shù)膮?shù)。1類系統(tǒng)信息塊(System In formation Block Type,SIB1),包括判斷某小 區(qū)是否適合于小區(qū)接入時所需要的參數(shù),
9、以及關(guān)于其它 SIB的時域調(diào)度 的信息。2類系統(tǒng)信息塊(System In formation Block Type 2 SIB2),包括公共和共 享信道信息。3類系統(tǒng)信息塊8類系統(tǒng)信息塊(SIB3SIB8,包括用來控制同頻、異 頻和跨RAT的小區(qū)重選的參數(shù)。三類RRC消息被用來傳輸系統(tǒng)信息:MIB消息、SIB1消息和SI (SystemIn formation)消息。一個SI消息包含了一個或多個具有相同調(diào)度需求(如相同的傳輸間隔)的SIB表1提供了可能的系統(tǒng)信息調(diào)度配置的一個實例,同時列出 了在空閑態(tài)和連接態(tài)UE必須獲取什么SIB表1系統(tǒng)信息調(diào)度配置實例消息內(nèi)容間隔(ms)適用性MIB最基本
10、的參數(shù)40空閑態(tài)和連接態(tài)SIB1小區(qū)接入相關(guān)參數(shù);調(diào)度信息80空閑態(tài)和連接態(tài)1st SISIB2公共和共享信道配置160空閑態(tài)和連接態(tài)2nd SISIB3公共的小區(qū)重選信息、除鄰小區(qū)信 息之外的同頻小區(qū)重選信息320僅空閑態(tài)SIB4同頻鄰小區(qū)信息3rd SISIB5異頻小區(qū)重選信息640僅空閑態(tài)4th SISIB6 UTRA小區(qū)重選信息640僅空閑態(tài),取決于UE是否支持UMTS 或 GERANSIB7 GERABd、區(qū)重選信息4 LTE網(wǎng)內(nèi)的連接控制連接控制包括:安全激活連接建立、修改和釋放DRB建立、修改和釋放LTE網(wǎng)內(nèi)移動性4.1 安全密鑰管理3GPP無線接入技術(shù)的一個重要特征就是安全性。
11、LTE提供了與UMTS和GSM 類似的安全方法。LTE提供兩種維持安全性的功能:加密功能既適用于控制平面(RRC數(shù)據(jù)(如SRB1 SRB2,又適用于用戶平面數(shù)據(jù)(如所有 DRB ;完整性保護功能只 適用于控制平面(RRC數(shù)據(jù)。加密的目的是保護數(shù)據(jù)流不被第三方接收到,而 完整性保護讓接收方能檢測出數(shù)據(jù)包的插入和替代。RRC 總是同時激活這兩種功 能:或是在連接建立之后,或是作為切換到LTE的一部分。圖2顯示了用來生成AS安全密鑰的鑰匙等級體系。整個過程是基于一個共 同的密鑰 Kasme (ASME是Access Security Management Entity的縮寫),后者只有在 歸屬用戶服
12、務(wù)器HSS的鑒權(quán)中心和UE的USIM (通用用戶身份識別模塊)的安 全部分才可以使用。使用共同密鑰 Kasme和一個隨機數(shù),一組鑰匙和校驗值在鑒 權(quán)中心生成。生成的鑰匙、校驗值,以及隨機數(shù)被轉(zhuǎn)發(fā)到MME,而MME將其中一個校驗值和隨機數(shù)轉(zhuǎn)發(fā)給 UE= UE的USIM用這個隨機數(shù)和共同密鑰 Kasme 計算出同樣的一組鑰匙。雙向鑒權(quán)是通過用NAS協(xié)議核對UE和網(wǎng)絡(luò)計算出的校 驗值來實現(xiàn)的。Access Security Maracrimenl Emily Kev-MME/HSSkeys圖2安全密鑰生成一旦連接建立,AS從Kasme導(dǎo)出與特定eNodeB有關(guān)的AS基礎(chǔ)鑰匙KeNBoKeNB 用來進
13、一步生成三個密鑰(所謂的 AS導(dǎo)出鑰匙):一個用于RRC信令(SRB的 完整性保護,一個用于 RRC信令的加密,一個用于用戶數(shù)據(jù)(DRB的加密。4.2 連接建立與釋放有兩個層次的NAS狀態(tài)反映了連接建立時的 UE狀態(tài):EMM (EPS Mobility Management)狀態(tài)EMM-DEREGISTERE或者 EMMREGISTERE反映了 UE 是否已在 MME 注冊;ECM( EPS Conn ection Ma nagemer)狀態(tài)ECM-IDLE或 者ECM-CONNECTED反映了 UE和EPC之間的連接性。圖3顯示了 NAS狀態(tài),以及它們和AS RRC犬態(tài)之間的關(guān)系。DEREG
14、ISTEREDREGISTEREDIDLECONNECTEDIDLECONNECTEDIDLECONNECTEDEMMECMRRC1; OffAttaching2: Idle / Con nectir»g toRegistered I EPC3: Active圖3 NAS和AS狀態(tài)的可能組合ECM-IDLE到ECM-CONNECTE狀態(tài)的轉(zhuǎn)換不僅僅包括 RRC®接的建立,而 且包括S1連接的建立。RRC連接建立由NAS發(fā)起,且先于S1連接建立完成,這 意味著RRC_CONNECTE犬態(tài)下的連接性一開始就僅限于在 UE和E-UTRAN之間 交換控制信息。UE激活后通常進入 E
15、CM-CONNECTE狀態(tài)。然而,需要指出的是,LTE中 ECM-IDLE到ECM-CONNECTE的狀態(tài)轉(zhuǎn)換在100ms內(nèi)完成。因此,如果當(dāng)前的 業(yè)務(wù)能夠容忍這樣的轉(zhuǎn)移時延,進行時斷時續(xù)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)腢E不需要一直保持在ECM-CONNECTE狀態(tài)。在任何情況下,LTE的設(shè)計目標(biāo)是處于 ECM-CONNECTED 狀態(tài)下的UE要象處于ECM-IDLE犬態(tài)的UE一樣支持相似的電池消耗水平。eNodeB和核心網(wǎng)絡(luò)和核心網(wǎng)絡(luò)(CN)之間的S1連接釋放之后,eNodeB發(fā) 起釋放RRC連接。RRC連接建立包括SRB1的建立和初始上行NAS消息的轉(zhuǎn)發(fā)。初始上行NAS 消息觸發(fā)S1連接的建立,后者通常會發(fā)
16、起一個后續(xù)的步驟,在這個步驟中 R-UTRAN激活 AS安全功能并且建立SRB2和個或多個DR(對應(yīng)于缺省承載和 可選的專用承載)。圖4顯示了 RRC連接建立過程和相應(yīng)的消息序列,包括后續(xù)的初始化安全 功能激活和無線承載建立的步驟。圖4連接建立4.3 DRB建立E-UTRAN用RRC連接重配置過程來建立、修改和釋放 DRB當(dāng)建立一個DRB時,E-UTRAN定怎樣通過空中接口來轉(zhuǎn)發(fā) EPS承載的數(shù)據(jù) 包。一個EPS承載被映射到一個 DRB( 對一映射),一個 DRB被映射到一個 DTCH邏輯信道(一對一映射),所有的邏輯信道被映射到下行或上行共享傳輸 信道(多對一映射),而下行或上行共享傳輸信道
17、被映射到相應(yīng)的物理下行或物 理上行共享信道(一對一映射)。圖1顯示了無線承載的映射關(guān)系。4.4 RRC_IDLE和RRC_CONNECTED狀態(tài)下的移動性控制RRC_IDL狀態(tài)下的移動性控制,即小區(qū)重選,由UE控制;RRC_ CONNECTED 狀態(tài)下的移動性控制,即切換,由 E-UTRA N控制。然而,這兩種狀態(tài)下的移動 性控制機制必須保持一致,以避免狀態(tài)遷移時的小區(qū)間乒乓效應(yīng)。 移動性控制機 制必須設(shè)計成支持多種不同的應(yīng)用場景,包括網(wǎng)絡(luò)共享、國家邊界、家庭部署、 不同的小區(qū)范圍和用戶密度;例如一個運營商在人口密集區(qū)域部署自己的無線接 入網(wǎng)絡(luò),而在鄉(xiāng)村地區(qū)使用另一個運營商的網(wǎng)絡(luò)(1)空閑模式
18、下的移動性在RRC_IDLE犬態(tài),異頻之間的小區(qū)重選基于絕對優(yōu)先級,其中每個頻率都 有相應(yīng)的優(yōu)先級。小區(qū)特定的優(yōu)先級缺省值由系統(tǒng)信息提供。另外,E-UTRAN在考慮到諸如UE能力或用戶類型等因素的基礎(chǔ)上,可能會在連接釋放時分配UE特定的優(yōu)先級值。如果多個小區(qū)被分配的優(yōu)先級相同,則根據(jù)無線鏈路的質(zhì)量來 排名。相同的優(yōu)先級不適用于不同 RAT之間的不同頻率。UE不會考慮沒有優(yōu)先 級的頻率;這在鄰頻僅適用于屬于共享網(wǎng)絡(luò)的其中之一的 UE的情形下很有用。表2可能被用于控制小區(qū)重選的系統(tǒng)參數(shù)列表同頻異頻UMTSGERANCDMA2000頻率列表白名單n/a+頻率特定 的重選信 息優(yōu)先級優(yōu)先級Qoffse
19、t ThresX-High, ThresX-Low優(yōu)先級ThresX-High, ThresX-Low優(yōu)先級ThresX-High, ThresX-Low優(yōu)先級ThresX-High, ThresX-Low頻率特定 的適宜性 信息Q-RxLevMi n, MaxTxPower, Q-QualMinQ-RxLevMin小區(qū)列表白名單小 區(qū)列表-允許的NCC-黑名單小 區(qū)列表+-具有特定 信息的小 區(qū)列表QoffsetQoffset表2概述了 E-UTRAN可以用來控制小區(qū)重選的系統(tǒng)信息參數(shù)(不包括服務(wù) 小區(qū)特定的參數(shù)和RAT特定的參數(shù))??臻e模式下的相關(guān)移動性參數(shù)通過頻率 優(yōu)先級來配置,而不是通過專用的信令。(2)連接模式下的移動性在RRC_CONNECTE狀態(tài)下,E-UTRAN決定UE應(yīng)該切換到哪一個小區(qū)以維 持無線鏈路。與RRC_IDL類似,E-UTRAN可能不僅考慮無線鏈路質(zhì)量,還要考 慮UE能力、用戶類型和接入限制等因素。盡管 E-UTRAN也可以在沒有測量信息 的情況下觸發(fā)切換(盲切換),但通常情況下它會對UE進行配置,要求UE上報候選目標(biāo)小區(qū)的測量信息。表 3提供了 E-UTRAN可配置的頻率和小區(qū)特定信 息。表3連接模式下可配置的頻率和小區(qū)特定信息同頻異頻UMTSGERANCDMA2000頻率列表白名單
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