基本信令流程.docx

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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，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。

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、位置更新等小流程。

（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。

图6-2被叫业务流程

（7）用户UE处在待机状态。

此时从网络侧对其进行寻呼；

（8）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；

（9）接下来可能会进行移动性管理的鉴权加密流程；

（10）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。

（11）结束业务后，再拆除相关的业务承载链路。

（12）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。

6.2UE的状态与寻呼流程

6.2.1UE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-TMSI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6-1UE运行模式

UE在连接模式下，一共有如下4种状态：

2.CELL_DCH状态

CELL_DCH状态有如下特征：

●在上行和下行给UE分配了一个专用物理信道

●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。

3.CELL_FACH状态

CELL_FACH状态具有如下特征：

●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（例如，RACH），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

在CELL_FACH子状态，UE执行下面的动作：

●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

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。

4.CELL_PCH状态

CELL_PCH状态具有如下特征：

●没有为UE分配专用信道

●UE使用非连续接收（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。

5.URA_PCH状态

URA_PCH状态具有如下特征：

●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：

●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（CN）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UE发起与CN的信令连接建立过程。

当UTRAN收到某个CN域（CS域或PS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PAGINGTYPE1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PAGINGTYPE2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）寻呼空闲模式或PCH状态下的UE

这一类型的寻呼过程使用PCCH（寻呼控制信道）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：

●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。

图6-1寻呼空闲模式和PCH状态下的UE

UTRAN通过在PCCH上一个适当的寻呼时刻发送一条PAGINGTYPE1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。

图6-2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，UTRAN通过在DCCH（专用控制信道）上发送一条PAGINGTYPE2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。

图6-1空闲模式下的UE

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，从系统信息（广播）中就可以知道临近小区（neighboringcell）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（attachorlocationupdate）。

成功后，UE就驻留在这个小区中了。

驻留的作用有4个：

●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。

6.3.2PLMN选择和重选

PLMN选择和重选的目的是选择一个可用的（就是能提供正常业务的），最好的PLMN。

UE通过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。

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就会首先使用这些信息进行小区搜索（Storedinformationcellselection）。

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-volatilememory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（当然，首先要锁定一个频率）：

通过primarySCH，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secondarySCH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，直到找到相关结果最大的一个。

这就确定了主扰码。

显然，如果UE已经知道这个小区的一些信息，比如使用哪个频率，甚至主扰码，上述步骤就可以大大加速。

2）读广播信道

UE从上述1）的步骤c中获得了PCCPCH的扰码，而PCCPCH的信道码是已知的，在整个UTRAN中是唯一的。

UE就可以读广播信道的信息了。

●读到MIB后，UE就可以判断当前找到的PLMN是否就是要找的PLMN，因为在MIB中有PLMNidentity域，如果是，UE就根据MIB中包含的其他SIB的调度信息（schedulinginformation），找到其他的SIB并获得其内容。

如果不是，UE只好再找下一个频率，又要从头开始这个过程（从小区搜索开始）。

●如果当前PLMN是UE要找的PLMN，UE读SIB3，取得“Cellselectionandre-selectioninfo”，通过获取这些信息，UE计算是否满足小区驻留标准。

如果满足，则UE认为此小区即为一个suitablecell。

驻留下来，并读其他所需要的系统信息，随后UE将发起位置登记过程。

如果不满足上述条件，UE读SIB11，获取邻区消息，这样UE就可以算出并判断邻区是否满足小区选择驻留标准。

如果UE发现了任何一个邻区满足小区驻留标准，UE就驻留在此小区中，并读其他所需要的系统信息，随后UE将发起位置登记过程。

如果UE发现没有一个小区满足小区驻留标准。

UE就认为没有覆盖，就会继续PLMN选择和重选过程。

2.小区重选

UE在空闲模式下，要随时监测当前小区和邻区的信号质量，以选择一个最好的小区提供服务。

这就是小区重选过程（cellreselection）。

如果在Treselection时间内，小区重选条件得到满足，UE就选择这个小区，驻留下来，读它的广播消息。

小区重选结束。

3.离开连接模式的小区选择

当UE从连接模式回到空闲模式时，要做小区选择，以找一个合适的小区（suitablecell）。

这个选择过程和普通的小区选择过程是一样的。

不过此时候选小区就是连接模式时用到的小区。

如果在这些小区中找不到合适的小区，应该使用storedinformationcellselection。

6.3.4位置登记

这些过程请参见MM，GMM的过程。

6.4无线资源管理流程

6.4.1RRC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RRCCONNECTIONREQUEST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6-1RRC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RRCConnectionRequest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NodeB发送RadioLinkSetupRequest消息，请求NodeB分配RRC连接所需的特定无线链路资源；

4）NodeB资源准备成功后，向SRNC应答RadioLinkSetupResponse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NodeB之间的同步过程；

6）SRNC在下行CCCH向UE发送RRCConnectionSetup消息；

7）UE在上行DCCH向SRNC发送RRCConnectionSetupComplete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（InitialDirectTransfer），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6-1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（InitialDirectTransfer），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（InitialUEMessage），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（UplinkDirectTransfer）发送到RNC，RNC将其转换为直传消息（DirectTransfer）发送到CN；CN发送到UE的消息，通过直传消息（DirectTransfer）发送到RNC，RNC将其转换为下行直传消息（DownlinkDirectTransfer）发送到UE。

6.4.3RAB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NodeB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，NodeB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，NodeB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、NodeB与UE之间同步重配置RL：

•NodeB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，NodeB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6-1RAB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RadioAccessBearerAssignmentRequest，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）SRNC向属下的NodeB发送NBAP协议的无线链路重配置准备RadioLinkReconfigurationPrepare消