LTE-RRC協(xié)議分層及狀態(tài)轉(zhuǎn)換詳解

1、RRC協(xié)議分層解析 協(xié)議結(jié)構的整體介紹RRC子層協(xié)議簡介RRC子層功能介紹RRC 狀態(tài)-空閑模式和連接模式RRC子層的幾個重點過程（小區(qū)選擇，小區(qū)重選，RRC連接建立，重配過程，切換） 協(xié)議結(jié)構整體介紹控制平面協(xié)議棧如上圖所示，主要包括NAS，RRC,PDCP,RLC,MAC層，其中PDCP,RLC和MAC的功能和用戶平面的一樣。 RRC協(xié)議終止于eNodeB 。RRC子層協(xié)議簡介 RRC位于LTE協(xié)議棧L3，處于非常重要的地位，是接入層和非接入層的主要控制中心，控制著層間主要的接口，不僅要為上層提供來自網(wǎng)絡系統(tǒng)的無線資源參數(shù)，同時還要控制下層的主要參數(shù)和行為?？偟膩碚fRRC是整個控制平面的核

2、心、是終端協(xié)議的無線總管、接入平面和非接入平面進行對話的橋梁、是協(xié)議信令與用戶數(shù)據(jù)通道的調(diào)度員。無線資源控制層完善與否、可靠與否，很大程度上影響整個LTE協(xié)議棧軟件的性能。RRC子層功能介紹提供系統(tǒng)信息廣播：包括NAS層和接入層（）的系統(tǒng)消息。為空閑模式的提供小區(qū)選擇和小區(qū)重選參數(shù)，鄰小區(qū)參數(shù)，為連接模式的提供公共信道重配置消息等。尋呼：RRC子層負責實現(xiàn)把尋呼消息廣播給特定的UE功能，網(wǎng)絡側(cè)的高層可以請求尋呼和通知。在一個RRC連接建立過程中，RRC子層也可以發(fā)起尋呼。RRC連接建立、保持和釋放，包括臨時標識（C_RNTI）的分配和修改、信令RB（SRB）的配置（低優(yōu)先級和高優(yōu)先級SRB）安

3、全功能。RRC消息的完整性保護。點對點的無線存載的建立、修改和釋放。移動性管理功能。UE測量報告以及為了小區(qū)間和RAT間移動性進行的報告控制、小區(qū)間切換、UE小區(qū)選擇和重選以及小區(qū)選擇和重選控制、eNODE B間的通信上下文的傳輸。 QoS管理。包括分配和修改上下行調(diào)度信息，UE上行速率控制參數(shù)。UE測量上報及測量控制。包括同頻、異頻和系統(tǒng)間測量。NAS消息的傳輸，PLMN消息等。RRC狀態(tài)LTE中仍然保留了RRC的兩種狀態(tài)：空閑狀態(tài)和連接狀態(tài)。RRC狀態(tài)-空閑模式（一） LTE空閑模式和UTRAN系統(tǒng)類似，終端開機后，將會從選定的PLMN中選擇一個合適的小區(qū)進行駐留。當UE駐留在某個小區(qū)后，

4、就可以接收系統(tǒng)消息和小區(qū)廣播信息。通常UE第一次開機時需要執(zhí)行注冊過程，一方面可以互相認證鑒權，另一方面可以讓網(wǎng)絡獲得此UE的一些基本信息。之后UE可以一直處于空閑模式下，直到需要建立RRC連接?？臻e模式下駐留一個小區(qū)的目的：UE可接收網(wǎng)絡的系統(tǒng)消息UE可以發(fā)起接入UE可接收尋呼（當UE處于IDLE，網(wǎng)絡發(fā)送尋呼的范圍是：此時網(wǎng)絡只知道該UE所駐留的跟蹤區(qū)，所以網(wǎng)絡會在該跟蹤區(qū)的所有小區(qū)的控制信道上都發(fā)送尋呼消息。)小區(qū)分類需滿足條件是否可駐留提供的服務類型Acceptable小區(qū)沒有被BARS0否受限服務Suitable cell1.該小區(qū)屬于CPLMN或RPLMN或EPLMN（系統(tǒng)消息提供

5、）2.該小區(qū)沒有被BAR（系統(tǒng)消息提供）3.該小區(qū)所屬的TA不在禁止列表中4.S0是正常服務Barred cell由系統(tǒng)消息廣播否無Reserved cell由系統(tǒng)消息廣播滿足有些條件可以駐留運營商服務RRC狀態(tài)-空閑模式（二）RRC空閑模式下狀態(tài)劃分狀態(tài)名 主要功能說明主要功能說明 NULL 空狀態(tài)，剛開機時處于該狀態(tài)；或者找不到任何小區(qū)時，進入該狀態(tài)；根據(jù)定時器周期性搜索可以駐留的小區(qū) SEL 小區(qū)選擇狀態(tài)，為了找到一個合適的小區(qū)進行駐留，需要對指定小區(qū)（帶BA表時）或頻段內(nèi)所有小區(qū)進行測量，解碼BCH，接收系統(tǒng)消息等，找到一個可以正常駐留的小區(qū)時，進入IDL狀態(tài)。 IDLE 空閑狀態(tài)，此

6、時屬于正常駐留小區(qū)，需要完成尋呼和系統(tǒng)消息的接收及服務小區(qū)和鄰近小區(qū)的測量，根據(jù)重選準則檢查是否觸發(fā)小區(qū)重選，根據(jù)測量值和其它參數(shù)從候選小區(qū)列表中選擇一個最好小區(qū)駐留，并隨時執(zhí)行上層觸發(fā)的接入過程 RRC狀態(tài)-空閑模式（三）空閑模式下主要過程： 小區(qū)選擇過程 小區(qū)重選 尋呼監(jiān)控 系統(tǒng)消息接收 測量 DRX控制小區(qū)選擇過程小區(qū)選擇過程類型：初始小區(qū)選擇和帶存儲信息的小區(qū)選擇。1：初始小區(qū)選擇： 在初始小區(qū)選擇過程中，UE不考慮哪個無線頻率信道 是-UTRA載波，它將根據(jù)自身能力在E-UTRA的頻帶上掃描所有無線頻率信道，來尋找一個適合的小區(qū)。在每一個載頻上UE僅需要搜索最強小區(qū)。然后UE調(diào)諧到信

7、號強度最高的頻點上，讀取BCH上的系統(tǒng)信息。然后根據(jù)讀取的系統(tǒng)信息來判斷該小區(qū)是否屬于所選擇的網(wǎng)絡、小區(qū)是否被禁止以及小區(qū)的S值是否大于0等信息。如果都滿足那么UE將駐留在該小區(qū)，否則將從次強的頻點上再次進行選擇。如果沒有搜索到合適的小區(qū)，UE將繼續(xù)監(jiān)測所有的頻道，選擇S大于0并且未被禁止的小區(qū)，這時不考慮小區(qū)所屬的網(wǎng)絡，找到合適的小區(qū)并駐留，這時UE就只能進行緊急呼叫。UE完成小區(qū)選擇后將接收到系統(tǒng)廣播中的BA列表，BA列表將被重置和更新。2：帶BA表的小區(qū)選擇： 帶存儲列表小區(qū)選擇過程。UE上次正常關機時，將當時UE所在小區(qū)信息，如PLMN、位置區(qū)標識LAI（或RAI）、服務小區(qū)和鄰近小區(qū)

8、信息以及一些與此相關的無線參數(shù)等信息存儲在USIM中。當UE再次開機時，將根據(jù)存儲的廣播信道、同步碼等信息進行搜索，UE測量存儲列表中各小區(qū)的RSRP值，然后按測量值的大小排序（降序）進行小區(qū)搜索。這種優(yōu)先使用上次關機時的網(wǎng)絡信息和小區(qū)的無線參數(shù)信息，可以加速小區(qū)的查找速度，這種方式的小區(qū)選擇過程稱為帶BA表的小區(qū)選擇過程。如果有可駐留的小區(qū)，UE則選擇該小區(qū)作為服務小區(qū)。如果沒有，UE將進行正常小區(qū)選擇。小區(qū)選擇標準： Srxlev 0 Srxlev = Qrxlevmeas (Qrxlevmin + Qrxlevminoffset) Pcompensation Pcompensation=

9、max(PEMAX-PUMAX;0)Qrxlevmeas:物理層測得的RSRP值Qrxlevmin:在SIB1廣播Qrxlevminoffeset: 在SIB1中廣播，該參數(shù)僅只有在當UE駐留在一個VPLMN中周期性地搜索更高的優(yōu)先級的PLMN的過程中進行小區(qū)選擇時評估一個小區(qū)所用。PEMAX：在SIB1中廣播。PUMAX：物理層計算。小區(qū)選擇異常情況：1：小區(qū)被BAR或S0(SIB1)2:廣播的PLMN和NAS下發(fā)的不一樣（SIB1）3：BCH檢驗失?。↙1讀MIB失?。?：DL-SCH檢驗失敗（L1解讀SIB1或SI失?。?：找不到可駐留小區(qū)：適合小區(qū)找不到，可接受小區(qū)也找不到，RRC進入

10、NULL狀態(tài)。6：受限駐留：協(xié)議上駐留任何小區(qū)的狀態(tài)。UE搜索不到適合小區(qū)，只能找到可接受小區(qū)，RRC進入LIM。注：對于RRC而言，要進入受限狀態(tài)，有兩種情況：一種是RRC無法找到一個適合小區(qū)駐留，而只能找到一個可接受小區(qū)駐留，而進入受限狀態(tài)，這種情況，可以看成是RRC的主動受限(PLMN不匹配或者LAI禁止)；另外一種受限，是由上層通知RRC，要求RRC進入受限狀態(tài)，這種對于RRC可以看成是被動受限(例如:開機沒有SIM卡;指定的PLMN無效）小區(qū)重選過程UE不管是在空閑模式還是在連接模式下，都需要隨時監(jiān)視服務小區(qū)和鄰近小區(qū)的信號質(zhì)量，以選擇一個最合適的小區(qū)駐留。這個過程就是小區(qū)重選。小區(qū)

11、重選是與移動性相關的一個過程。在此只介紹空閑模式下小區(qū)重選過程。觸發(fā)小區(qū)重選過程的原因：1：UE通過周期性的IDLE測量發(fā)現(xiàn)有鄰近小區(qū)滿足重選條件2：通過測量發(fā)現(xiàn)服務小區(qū)S值小于0，此時重選列表不包括服務小區(qū)3：服務小區(qū)系統(tǒng)消息發(fā)生變化，指服務小區(qū)被BAR。此時重選列表也不包括服務小區(qū)。在IDLE狀態(tài)下UE測量列表的構成1：對同頻小區(qū)測量（同頻小區(qū)列表在SIB4中廣播） 如果Sintrasearch在服務小區(qū)中發(fā)送（SIB3中廣播），并且Sservingcell Sintrasearch，UE就可以不執(zhí)行同頻測量；如果SservingcellSnonintrasearch,UE則不會對E-UT

12、RAN異頻測量；如果Sservingcell0重選列表中小區(qū)排列的順序表示了該小區(qū)優(yōu)先級，越前面的小區(qū)優(yōu)先級越高，重選列表中小區(qū)排列順序的準則：1：僅只有高優(yōu)先級和服務小區(qū) 找出S0的小區(qū)，找出SThreshx,high的小區(qū)，把SThreshx,high的小區(qū)按照S的大小排列在重選列表中的最前面。然后依次把服務小區(qū)（可用的服務小區(qū)）和S0，但是S0的小區(qū)，計算出R值，按照R值的大小把這些小區(qū)放入重選列表（包括服務小區(qū)）。3：僅只有低優(yōu)先級小區(qū)和服務小區(qū) 需滿足：在定時器TreselectionRAT這段時間內(nèi)，SservingcellThreshx,low 先找出S0的小區(qū)，再找出Snons

13、ervingcell,XThreshx,low的小區(qū)，然后把這些小區(qū)按照S值的大小順序放在重選列表的最前面，然后放入服務小區(qū)。最后把那些S0，且S0)，重選列表的排列順序是： SThreshx,high的最高優(yōu)先級小區(qū)； RnRs的同頻小區(qū)和等優(yōu)先級的異頻小區(qū)； 服務小區(qū)（當SservingcellThreshserving,low時); Snonservingcell,XThreshx,low 的低優(yōu)先級小區(qū)； 服務小區(qū)（當 SservingcellThreshserving,low時)S=Threshx,high的高優(yōu)先級小區(qū)； Rn=Rs的同頻小區(qū)和等優(yōu)先級的異頻小區(qū)； SSEL：IDL

14、下收到高層的丟失覆蓋指示或是重選小區(qū)失敗指示，RRC由IDL躍遷到SEL進行初始小區(qū)選擇。IDL-ACC：正常小區(qū)駐留的UE收到高層的業(yè)務請求或是對尋呼的響應而發(fā)起RRC連接建立，進入ACC子狀態(tài)，請求MAC進行隨機接入。ACC-IDL：RRC子層接收到來自MAC的隨機接入失敗指示，返回到IDL子狀態(tài)，重新發(fā)起隨機接入。SEL-IDL：小區(qū)選擇成功進入IDL狀態(tài)正常駐留或是小區(qū)選擇失敗進入IDL受限駐留。CON-IDL：RRC連接釋放或是RRC連接重建失敗返回IDL。RRC連接模式下主要過程建立/重配/釋放RRC連接建立/重配/釋放無線承載RB安全模式激活切換（系統(tǒng)內(nèi)和系統(tǒng)間切換）無線鏈路失敗

15、恢復測量控制及測量報告發(fā)送接收系統(tǒng)消息RRC連接建立過程 UE E-UTRAN RRC 連接請求 RRC 連接建立 RRC 連接建立完成 圖 RRC 連接建立過程 觸發(fā)條件： 1、空閑模式下終端主動發(fā)起呼叫（MO） 2、空閑模式下UE收到來自網(wǎng)絡的尋呼(MT) 3、緊急呼叫 4、主叫信令 UE在上行CCCH上向EUTRAN發(fā)送一個RRC連接請求消息，消息中將包含UE的標識和可選的測量信息。 若EUTRAN經(jīng)過接入控制算法后允許UE接入，則在下行CCCH上向UE發(fā)送RRC連接建立消息，在消息中EUTRAN將指示UE的進入狀態(tài)。 UE接收到期望的RRC連接建立消息后，將組裝RRC連接建立完成消息并

16、在上行DCCH上將其發(fā)送給EUTRAN。若EUTRAN經(jīng)過接入控制算法后不允許UE接入，則在下行CCCH上向UE發(fā)送RRC連接拒絕消息，指示UE使用其它UTRA載波接入或接入到其它系統(tǒng)。 RRC連接重建過程用于切換失敗、完整性激活過程失敗、無線鏈路失敗、RRC重配過程失敗后恢復SRB1傳輸，激活原來的完整性配置。RRC連接建立流程無線承載建立過程 無線承載（RBs）用于發(fā)送RRC及NAS消息，在連接模式下,RRC只有3個信令無線承載，分別為SRB0、SRB1、SRB2。 SRB0是默認存在的，在RRC連接建立時只建立SRB1。LTE中只有信令無線承載和數(shù)據(jù)無線承載DRB。 SRB0只用于傳輸RRC消息，使用CCCH信道。上行使用TM，下行使用UM RLC模式。SRB1使用DCCH信道，用于傳輸RRC消息在建