從信令跟蹤看業(yè)務(wù)信令流程

1、業(yè)務(wù)信令流程 毛 煒 2006-9月1 幾個概念l IMSI 國際移動用戶標(biāo)識l TMSI 臨時移動用戶標(biāo)識。為了避免在無線信道上透明傳送用戶身份IMSI所用的一個別名，在位置區(qū)（LA）內(nèi)有效。l P-TMSI 分組臨時移動用戶標(biāo)識，與TMSI相對應(yīng)。GMM中引入Packet-TMSI。在路由區(qū)（RA）內(nèi)有效l MM 移動性管理（非接入層），層3在控制平面上劃分為RRC、MM、CM三個子層。MM子層分割為兩個功能實(shí)體：支持CS模式的MM實(shí)體和支持PS模式的GMM實(shí)體。l CM 連接管理，可再劃分為4個相對獨(dú)立的功能實(shí)體：呼叫控制（CC）、附加業(yè)務(wù)（SS，Supplementary Servic

2、es），短消息業(yè)務(wù)（SMS）和會話管理（SM，Session Management）l RAB： 無線接入承載（Radio Access Bear），是在UE和CN接入層之間的概念，接入層提供給非接入層的業(yè)務(wù)，用于在UE和CN之間傳送用戶數(shù)據(jù)。UE與CN之間的一個業(yè)務(wù)對應(yīng)于一個RAB。RAB由RB和Iu承載實(shí)現(xiàn)，RAB由RB和Iu承載實(shí)現(xiàn)。（提供UTRAN和CN之間傳送用戶數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)）l RB： 它是SRNC與UE之間的連接，為UE提供無線業(yè)務(wù)的支持。RB是一個二層的概念，即從UE的二層到SRNC的二層。 RB從屬于RAB而存在。當(dāng)用戶發(fā)出業(yè)務(wù)請求，網(wǎng)絡(luò)有資源供其使用時，由CN給UTRAN的R

3、ANAP發(fā)送一個RAB建立請求，RANAP根據(jù)RAB建立請求的業(yè)務(wù)配置由RRC來建立IU承載和相應(yīng)的RB（s）。對于不同的業(yè)務(wù)，RAB所需的RB數(shù)量不同。例如對于話音業(yè)務(wù)，一個RAB由三個RAB子流構(gòu)成，每一個RAB子流對應(yīng)于一個RB；而對于分組業(yè)務(wù)，一個RAB則只包含一個RAB子流，即一個RB。當(dāng)一個RAB業(yè)務(wù)釋放后，其包含的RB也相應(yīng)的釋放。每一個UE可使用的RB數(shù)是（132），其中RB0RB4用作信令RB(SRB)。2 基本業(yè)務(wù)2.1 RRC連接UE進(jìn)行業(yè)務(wù)之前必須先建立RRC連接。RRC協(xié)議包括了UE和UTRAN之間傳遞的幾乎所有的控制信令，是UTRAN高層協(xié)議的核心規(guī)范。UE的狀態(tài)有

4、2種：空閑模式和連接模式。連接模式又可分為Cell-DCH、Cell-FACH、Cell-PCH和URA-PCH。UE通過建立RRC連接從空閑轉(zhuǎn)為連接模式，可能進(jìn)入Cell-DCH或Cell-FACH狀態(tài)。圖：UE開機(jī)注冊的信令示意圖（藍(lán)色代表RRC協(xié)議。梅紅色代表NBAP協(xié)議，綠色代表RANAP協(xié)議類型）1) UE跟UTRAN建立RRC連接a) 一開始UE沒有專用信道資源，在RACH信道上給RNC發(fā)RRC連接請求。消息里包括：UE的標(biāo)識（IMSI、TMSI），連接建立的原因（注冊、MOC、MTC等），可選的測量（RACH的測量）b) RNC根據(jù)UE的要求以及系統(tǒng)資源狀態(tài)，給UE分配無線網(wǎng)絡(luò)臨

5、時標(biāo)識RNTI和可用的資源等，并決定UE是在專用信道（DCH）還是在公共信道（FACH）上建立連接。如果是專用信道上，則RNC給NodeB發(fā)無線鏈路建立請求，指示NodeB給UE分配專用信道。c) NodeB配置物理信道，在新的物理信道上準(zhǔn)備接收UE的消息，并給RNC回?zé)o線鏈路建立Response。 d) 收到NodeB應(yīng)答，RNC建ALCAP和用戶面資源。通過ALCAP協(xié)議建立Iub數(shù)據(jù)傳輸承載，ALCAP新建立一條AAL2鏈路，建立請求原語包含了用來把Iub數(shù)據(jù)承載和DCH捆綁在一起的AAL2捆綁標(biāo)識。鏈路建好后進(jìn)行上層DCH FP的配置。NodeB和RNC的同步過程，當(dāng)ALCAP Iub

6、數(shù)據(jù)傳輸承載建立過程完成后，Nodeb和RNC之間進(jìn)入Iub的DCH數(shù)據(jù)傳輸過程。RNC向NodeB發(fā)送一個DL SYNCHRONISATION控制幀（DCH FP）觸發(fā)，消息中指定了目標(biāo)連接幀號（CFN），Nodeb回UL SYNCHRONISATION。當(dāng)同步過程完成后，NodeB可以在已建立的無線鏈路上進(jìn)入發(fā)送過程。這部分從信令上是看不到的。NodeB準(zhǔn)備好了相關(guān)資源，但UE還不知道。那么RNC給UE發(fā)RRC連接建立消息，使用FACH信道下發(fā)。消息內(nèi)容包括：RRC狀態(tài)指示（FACH還是DCH），分配的上下行信道資源信息。e) 之后NodeB會給RNC發(fā)一個無線鏈路恢復(fù)指示消息，這個意思是

7、：因?yàn)镽RC的連接過程開始是建立在公共信道，RL建立完成后，RRC間的信令要轉(zhuǎn)到專用部分。從公共信道轉(zhuǎn)到專用信道上，所以存在一個切換的過程，UE和NODEB間進(jìn)行幀同步。RNC收到NODEB發(fā)來的RL恢復(fù)消息，說明UE和NODEB間同步已經(jīng)完成了。f) UE根據(jù)前面的rrcConnectionSetup消息，完成配置物理層，與NodeB成功建立DCH鏈路。于是在DCH上給RNC回RRC連接完成消息。（如果RRC建立狀態(tài)是Cell-Fach態(tài)，此時上報(bào)RRC完成消息是通過RACH信道，也不存在前面RL無線鏈路的建立過程）g) UE進(jìn)入連接狀態(tài)后，就要下發(fā)測量控制。測量控制是對鄰小區(qū)進(jìn)行信號質(zhì)量測

8、量，以進(jìn)行切換用的。2) RRC釋放a) CN給RNC發(fā)Iu釋放命令消息，消息中帶有釋放原因。如在這里是TRANAP_normal_release。b) RNC回應(yīng)答c) RNC給UE發(fā)RRC連接釋放消息，也帶有釋放原因，如這里是TRRC_normalEvent。d) UE應(yīng)答，RRC連接釋放完成消息。e) 然后，RNC告訴NodeB刪除RL，無線鏈路刪除請求消息。f) NodeB回?zé)o線鏈路刪除消息響應(yīng)。2.2 UE開機(jī)注冊 UE通過RNC建立與CN的信令連接，也叫“NAS信令建立流程”，用于UE與CN之間交互的信令，對于RNC而言都是直接傳遞，RNC不做處理。UE開機(jī)，搜網(wǎng)，建立下行同步和上

9、行同步。建立RRC連接，establishmentCause 為 TRRC_registration。然后：1） UE需要與CN交互信息（非接入層的信令交互），給RNC發(fā)初始直傳消息（Initial Direct Transfer），消息中攜帶UE發(fā)到CN的NAS信息，這里是MM：LOCATION UPDATING REQUEST，其他時候可能有CC、SM、GMM或鑒權(quán)等NAS信息。2） RNC根據(jù)消息中的信息單元“CN標(biāo)識”，CS還是PS，為該NAS消息選擇到CN的合適路由。若RNC和CN間不存在連接，則先要建立與CN的信令連接（建在SCCP之上）。這個過程是隱含在RNC給CN發(fā)的UE初始消

10、息中的。通過Iu口發(fā)SCCP連接請求消息（CR消息），數(shù)據(jù)為RNC向CN發(fā)送的UE初始消息（帶有UE發(fā)送到CN的消息）。如果CN接受請求，向RNC返回SCCP連接證實(shí)（CC）消息，否則返回SCCP連接拒絕（CJ）消息，這些在信令跟蹤上看不到。如果CN拒絕，則RNC發(fā)起RRC釋放過程。3） CN給RNC發(fā)CommonIDMessage消息，告訴RNC，UE的IMSI標(biāo)識。4） CN給RNC發(fā)直傳消息，MM:LOCATION UPDATING ACCEPT，CN domain等5） RNC轉(zhuǎn)換為下行直傳，透傳給UE，2.3 UE關(guān)機(jī)圖：UE關(guān)機(jī)的信令示意圖1） RRC連接2） UE發(fā)初始直傳，RN

11、C轉(zhuǎn)發(fā)UE初始消息，PD_MM:IMSI DETACH INDICATION 3） CN和RNC間Iu Release，釋放cause為TRANAP_normal_release4） RRC釋放2.4 RAB建立Radio Access Bear無線承載是數(shù)據(jù)鏈路層向上提高的服務(wù)，用來在接入層中承載相關(guān)的信令和數(shù)據(jù)。無線承載分為兩類：用于承載控制平面信令的信令無線承載（SRB），用于實(shí)現(xiàn)用戶平面的一個無線接入承載（RAB）或RAB子流的無線承載（RB）。圖：RAB建立的信令示意圖1） CN發(fā)起RAB指派請求消息，RANAP協(xié)議2） RNC將RAB的QoS參數(shù)映射為AAL2鏈路特性參數(shù)與無線資源

12、特性參數(shù)，還會發(fā)起發(fā)起Iu接口的用戶面?zhèn)鬏敵休d建立過程。然后RNC給NodeB發(fā)送RL同步重配置準(zhǔn)備請求。由于RRC連接建立時建立的RL是為RRC連接配置的，現(xiàn)在則要根據(jù)需要配置一條或多條承載RAB的專用傳輸信道DCH。3） NodeB分配相應(yīng)的資源然后向RNC 發(fā)送準(zhǔn)備消息，通知RNC無線鏈路重配置準(zhǔn)備好了。4） RNC中Iub接口的ALCAP發(fā)起Iub接口的用戶面?zhèn)鬏敵休d建立過程，該過程建立用于傳輸語音數(shù)據(jù)的承載。NodeB與RNC通過交換DCH幀協(xié)議的上下行同步幀建立同步。RNC向UE發(fā)RB建立消息。向Nodeb發(fā)無線鏈路重配置執(zhí)行（Commit）消息，跟Nodeb約定一個時間，何時開始

13、。cFN 幀號。5） UE執(zhí)行RB建立后向RNC發(fā)送無線承載建立完成消息，該RB建立過程重新配置RLC、MAC和PHY層。6） RNC之后向CN回應(yīng)RAB指配響應(yīng)消息，結(jié)束RAB建立流程。7） 下發(fā)測量控制，打開測量。在RB建立階段，無法進(jìn)行切換，故需要先關(guān)閉測量再開啟測量。2.5 CS呼叫主叫：被叫：圖：CS呼叫的信令示意圖1） RRC連接，establishmentCause為TRRC_originatingConversationalCall，發(fā)起呼叫。2） UE初始直傳（這個消息中TRRC_cs_domain），RNC轉(zhuǎn)發(fā)初始UE消息給CN（ TRANAP_cs_domain），CM業(yè)

14、務(wù)請求。3） CN將UE的IMSI告訴RNC，之后，回CM業(yè)務(wù)請求接受。4） UE再告訴網(wǎng)絡(luò)，CC：SETUP，CC是Call Control實(shí)體。當(dāng)然消息中帶有被叫的號碼。5） CN回主叫UE，PD_CC:CALL PROCEEDING。同時，另外一邊，開始尋呼被叫UE。6） 被叫UE與目標(biāo)RNC建立RRC連接，連接原因TRRC_terminatingConversationalCall。7） 被叫UE尋呼響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)： PD_RR:PAGING RESPONSE，8） 網(wǎng)絡(luò)告訴被叫UE，PD_CC:SETUP，內(nèi)容包括主叫UE的號碼，該呼叫的承載能力等。9） 被叫UE回CALL CONFIRM

15、ED，如果協(xié)商的承載能力參數(shù)有變化則該消息中要包含承載能力的信息。10） 根據(jù)各自QoS等參數(shù)，兩邊建立RAB。11） 被叫UE開始振鈴，同時通知網(wǎng)絡(luò)和另一側(cè)的主叫UE。主叫UE收到后讓聽筒振鈴。12） 被叫UE摘機(jī)，通知網(wǎng)絡(luò)PD_CC:CONNECT。網(wǎng)絡(luò)回PD_CC:CONNECT ACKNOWLEDGE。同時CN通知主叫UE，主叫UE再回確認(rèn)給CN。至此，電話打通。值得注意的地方是現(xiàn)在的信令跟蹤沒有目標(biāo)RNC尋呼被叫UE的信令，被叫UE可以處于兩種狀態(tài)，即空閑模式和連接模式，對應(yīng)有不同的尋呼消息類型，如下：Paging Type 1：使用于空閑模式、URA_PCH和CELL_PCH。 P

16、aging Type 2：使用于CELL_FACH和CELL_DCH。 問過業(yè)務(wù)的人為什么看不到尋呼消息，回答是歷史原因不知道怎么就沒有做。暈，還是個無頭懸案。上面的圖真是夠長的，畫得我累死了，掛機(jī)的信令過程只好分開了，掛機(jī)的流程如下：圖：CS呼叫的信令示意圖1） 被叫UE掛機(jī)，通過RNC向CN發(fā)起PD_CC:DISCONNECT。2） CN通知主叫側(cè)PD_CC:DISCONNECT。主叫UE給網(wǎng)絡(luò)發(fā)PD_CC:RELEASE，CN回PD_CC:RELEASE COMPLETE。3） CN通知被叫側(cè)PD_CC:RELEASE， 被叫UE回PD_CC:RELEASE COMPLETE。4） 兩邊

17、分別Iu釋放和RRC釋放。J2.6 PS激活圖：PS激活的信令示意圖1） RRC連接，cause是TRRC_registration。2） UE向CN發(fā)起附著請求PD_GMM:Attach request。消息中包含域指示（PS），PLMN等。3） CN給UE發(fā)鑒權(quán)和加密請求，PD_GMM:Authentication and ciphering req。4） UE回Authentication and ciphering resp。5） 安全模式控制：CN發(fā)送RANAP消息 Security Mode Command給RNC，RNC在下行DCCH上發(fā)送 RRC Security Mode C

18、ommand 給UE，開始/重啟加密過程。UE成功應(yīng)用新的加密方式后，在上行DCCH上發(fā)送RRC Security Mode Complete給RNC。RNC發(fā)送RANAP消息 Security Mode Complete給CN。RANAP.SecurityModeCompleteMsg.chosenIntegrityProtectionAlgorithm = TRANAP_standard_UMTS_integrity_algorithm_UIA16） CN給UE發(fā)附著接受，UE回附著完成。7） UE向CN發(fā)PD_SM:Activate PDP context request，之后CN進(jìn)行R

19、AB建立。8） CN給UE回直傳消息：PD_SM:Activate PDP context accept。消息中nAS_PDU.data的前4個字節(jié)是CN給UE分配的IP地址。如：8A 42 03 0B 就是3 切換3.1 RNC內(nèi)切換 RNC內(nèi)切換包括同一個NodeB上不同小區(qū)的切換，不同NodeB上的切換，當(dāng)然又可以分為同頻切換，異頻切換。從歸屬CMP的不同，可以分板內(nèi)切換和跨板切換。還可以分為硬切換和接力切換。這些切換從信令流程上都一樣的，故綜合講述。圖：信令跟蹤工具上RNC內(nèi)切換信令圖圖：RNC內(nèi)切換信令示意圖1） UE在源小區(qū)上報(bào)測量報(bào)告。 這里算測量的發(fā)起點(diǎn)，UE找到更好的小區(qū)。2

20、） RNC下發(fā)2次測量控制。 RNC根據(jù)測量報(bào)告，進(jìn)行判決。然后發(fā)控制消息，先讓UE終止測量。如果配了同頻和異頻小區(qū)，則發(fā)同頻終止和異頻終止測量控制。3） RNC通知目標(biāo)NodeB（小區(qū)）建立無線鏈路，指示NodeB給UE分配專用信道。4） 目標(biāo)NodeB應(yīng)答，配置好了物理信道，在新的物理信道上準(zhǔn)備接收UE的消息，并給RNC回?zé)o線鏈路建立響應(yīng)。5） RNC收到NodeB的應(yīng)答，還要建ALCAP和用戶面FP資源等。成功之后則RNC向處于源小區(qū)的UE發(fā)物理信道重配消息，將相關(guān)信道資源信息告訴UE。接力切換和硬切換的不同之處就是接力切換的這條physicalChannelReconfiguratio

21、n消息中synchronisationParametersPresent字段的值不一樣。如果RNC建資源失敗，就直接給NodeB發(fā)RadioLinkDeletionMessage。切換終止。這次版本驗(yàn)證就發(fā)現(xiàn)這樣的情況，經(jīng)查就是混合業(yè)務(wù)切換時用戶面FP建立算法有問題導(dǎo)致。6） 目標(biāo)NodeB與UE建立好了同步，向RNC發(fā)無線鏈路恢復(fù)指示。7） UE接入目標(biāo)小區(qū)成功，發(fā)物理信道重配置成功消息。8） RNC通知源NodeB刪除無線鏈路。NodeB Response9） RNC給UE發(fā)測量控制。 再讓UE開始測量。后面就會上測量報(bào)告。刪除源NodeB的無線鏈路和下發(fā)測量控制間沒有明確的時間先后關(guān)系。

22、3.2 跨RNC切換跨RNC切換只有硬切換，沒有接力切換?？梢苑謨煞N，一是物理信道重配，一是RB重配。物理信道重配的方式好像更容易成功些，RNC內(nèi)切換都是物理信道重配的方式；RB重配的方式據(jù)說主要是為了兼容不同廠家的設(shè)備。圖：信令跟蹤工具上跨RNC切出信令圖圖：信令跟蹤工具上跨RNC切出信令圖（物理信道重配）圖：信令跟蹤工具上跨RNC切入信令圖圖：信令跟蹤工具上跨RNC切入信令圖（物理信道重配）1） UE上報(bào)測量報(bào)告。2） 源RNC切換判決，通知UE終止測量。發(fā)幾個測量控制消息，取決是否配了同頻異頻測量。3） 源RNC通知CN，進(jìn)行重定位準(zhǔn)備。消息中包含有目標(biāo)RNC和源的一些信息如RNCID、LAC等，目標(biāo)小區(qū)的信息等，還有重定位請求的原因：TRANAP_relocation_desirable_for_radio_reasons。4） CN告訴目標(biāo)RNC進(jìn)行重定位資源分配。消息中有請求原因、CN域標(biāo)識（CS