WCDMA信令流程与分析.ppt

wcdma信令流程与分析,wcdma信令流程与分析,2,1,基本信令流程,wcdma信令基础,3,典型业务信令流程,wcdma信令流程基础,信令,信令（signaling）是指：在各wcdma 系统各网元间传递的，按各层协议封装的，实现网络控制功能的消息体系。与信令相对的是各类业务的实际用户数据信息（data）。 按协议规定的固定格式封装； 实现特定的功能； 通过组合实现各类网络流程和用户业务。,wcdma信令流程基础,信令,信令分析是我们日常进行wcdma 网络测试和优化分析的关键。wcdma 优化测试过程中发生的“事件”（掉话、掉线、脱网）等，通常由两类因素导致： 无线环境优化不足（导致弱覆盖或强干扰）； 网络参数设置错误（导致ue错误网络动作）； 对于前一种情况，信令分析能够配合ue测量记录给出“事件”发生时的无线环境与ue动作的不匹配。对于后一种情况，通过对出错信令过程的定位和sdu 分析，能够直接找到导致异常的参数设置，进而进行针对性的优化。,wcdma信令流程基础,信令基础,信令是在各个网络实体之间传输的。下图是wcdma 的整体结构简图。图中的iu、iub、iur、uu 等接口即是信令传递的通道。 不同接口上的信令类型、信令格式都存在不同。通常优化测试过程中最直接能看到的是uu 接口（空口）的信令。有时对问题的定位需要对多个接口协议进行联合分析。,wcdma信令流程基础,信令基础,接口协议结构的原则是层与平面在逻辑上相互独立，如果需要，在将来的协议版本协议层、甚至一个平面内的所有层可以改变。,wcdma信令流程基础,协议分层,水平分层 协议结构主要由两层组成，无线网络层和传输网络层。所有 utran 相关的问题仅在无线网络层可见，传输网络层表示用于 utran 的标准传输技术，但不表示任何 utran 的特殊要求。 垂直平面 控制平面 用户平面 传输网络控制平面 传输网络用户平面,wcdma信令流程基础,协议分层,1. 控制平面 控制平面包括应用协议，即 ranap ，rnsap ，nbap 和传输应用协议消息的信令承载。应用协议用于在无线网络层建立承载（即无线接入承载或无线链路）。三个平面结构中，应用协议的承载参数不直接与用户平面技术相关，而是一般的承载参数。应用协议的信令承载类型可以和 alcap 的信令协议相同或不同。信令承载总是由 o&m 建立。 2. 用户平面 用户平面包括数据流和数据承载。数据流以特定接口帧协议来区分。,wcdma信令流程基础,协议分层,3. 传输网络控制平面 传输网络控制平面不包含任何网络层信息，完全在传输层。传输网络控制平面包括用于建立用户平面传输承载（数据承载）的 alcap 协议，还包括 alcap 协议所需的信令承载。 传输网络控制平面介于控制平面和用户平面之间。引入传输网络控制平面使得在无线网络控制平面的应用协议完全独立于用户平面数据承载所用的技术。 当使用传输网络控制平面，用户平面数据承载的传输承载按以下方式建立。首先控制平面的应用协议建立一个信令事务，由它触发通过特定于用户平面技术的alcap协议数据承载的建立。,wcdma信令流程基础,协议分层,3. 传输网络控制平面 alcap 不能用于所有类型的数据承载。如果没有 alcap 信令事务，传输网络控制平面根本不需要。使用预先配置的数据承载就属这种情况。 还需指出传输网络控制平面中的 alcap 协议在实时操作时不用于为应用协议或 alcap 建立信令承载。alcap 的信令承载类型和应用协议的信令承载类型可相同也可不同。alcap 的信令承载总是由o&m 建立。 4. 传输网络用户平面 用户平面的数据承载和应用协议的信令承载也属于传输网络用户平面。如前所述，传输网络的用户平面在实时操作时直接由传输网络控制平面控制，但为应用协议建立信令承载是 o&m 的事。,wcdma信令流程基础,承载分层,wcdma信令流程基础,承载分层,bearer service: 承载业务。具有能力、延迟、ber的信息传播途径 同gsm以及现存的其它移动网络相比，wcdma 的一项崭新而重要的特性，就是它允许对无线承载的特性进行协商。用于定义传输特性的属性可能有：吞吐量、传输时延和数据差错率。 umts允许用户活应用为要传送的信息协商最适当的承载特性，也允许在已经建立连接后，通过协商来改变承载特性。 承载协商由应用发起，再协商则可能是由应用或网络发起。 某一特定层上的每个承载业务都使用下面几层所提供的业务来实现自己所承担的业务。,wcdma信令流程基础,ue 状态,ue有两种基本的运行模式： 空闲模式（idle mode） 连接模式（connected mode） 空闲模式：ue处于待机状态，没有业务的存在，ue和utran之间没有连接，utran内没有任何有关此ue的信息；通过非接入层标识如imsi、tmsi或p-tmsi等标志来区分ue； 连接模式：当ue完成rrc连接建立时，ue才从空闲模式转移到连接模式；在连接模式下，ue有4种状态： cell-dch, cell-fach, cell-pch, ura-pch,wcdma信令流程基础,ue 状态,cell-dch： ue处于激活状态，正在利用自己专用的信道进行通信，上下行都具有专用信道，utran准确的知道ue所位于的小区中 cell-fach： ue处于激活状态，但是上下行都只有少量的数据需要传输，不需要为此ue分配专用的信道，下行的数据在fach上传输，上行在rach上传输，下行需要随时监听fach上是否有自己的信息，utran准确的知道ue所位于的小区，保留了ue所使用的资源，所处的状态等信息。,wcdma信令流程基础,ue 状态,cell-pch ue上下行都没有数据传送，需要监听pich，以便收听寻呼，因此ue此时进入非连续接收，可有效的节电。utran准确的知道ue所位于的小区，这样， ue所位于的小区变化后，utran需要更新ue的小区信息。 ura-pch ue上下行都没有数据传送，需要监听pich，进入非连续接收， utran只知道ue所位于的ura（utran registration area，一个ura包含多个小区），也就是说，utran只在ue位于的ura发生变化后才更新其位置信息，这样更加节约了资源，减少了信令。,wcdma信令流程基础,ue 状态,ue四种状态的细分是由wcdma 不同于gsm 的特性决定的。 ue 取决于哪一种状态，取决于当前的业务类型和需求； 不同的状态对信道资源的需求不同。 wcdma提供的服务以多类型、高速率数据业务为特征，不同业务类型对网络资源（主要是码信道和功率）的要求不同。同时，wcdma是一个自干扰系统，干扰受限决定了wcdma系统的容量及覆盖。 因此，在wcdma 系统中，需要精确地控制资源的使用。将连接模式下的ue根据业务需求的不同细分为四种状态，再分配不同的业务资源，能够有效地避免资源“浪费”及其带来的干扰增加。,wcdma信令流程基础,ue 状态转换,wcdma信令流程基础,drnc与srnc,在wcdma系统中，由于iur接口的引入而产生了srnc/drnc的概念。 srnc和drnc都是对于某一个具体的ue来说的，是逻辑上的一个概念。 简单的说，对于某一个ue来说，其与cn之间的连接中，直接与cn相连，并对ue的所有资源进行控制的rnc叫该ue的srnc。 ue与cn之间的连接中，与cn没有连接，仅为ue提供资源的rnc叫该ue的drnc。 处于连接状态的ue必须而且只能有一个srnc，可以有0个或者多个drnc,wcdma信令流程基础,crnc,crnc是对于某一个node b(或者cell)来说的 直接和某node b相连接，对该node b资源的使用进行控制的rnc叫该node b的control rnc 一个node b有且只能有一个crnc crnc对其控制的所有node b的资源进行合理的分配和使用,wcdma信令流程基础,源rnc 与目标rnc,srns relocation就是将某个ue的srnc的角色由一个rnc转到另外一个 rnc的过程. srns relocation前，该ue的srnc (serving rnc)叫source rnc， 即将承担srnc角色的目标rnc叫target rnc. source rnc和target rnc是在一次srns relocation过程中对于不同rnc的称谓.,wcdma信令流程基础,iu 接口,iu 接口是ran 与cn 间的接口，通常分为iu-cs（与电路域核心网相连）和iu-ps（与数据交换域核心网相连）。iu 接口的主要功能是： 移动性管理功能 位置区报告 srns relocation rnc间硬切换和系统间切换 无线接入承载（rab）管理功能 rab的建立，更改，释放 iu数据传输 正常数据传输 异常数据传输 ue-cn连接信息的透明传输,wcdma信令流程基础,iu 接口,iu 接口的主要功能： 寻呼（paging) iu释放 安全性模式控制 过载控制 公共ue id（imsi）的管理 iu信令跟踪管理 iu接口异常管理 cbs(cell broadcast service)控制,wcdma信令流程基础,iur 接口,iur 接口是rnc间的接口。iur 接口的主要功能包括： 支持rnc间移动性的基本功能 支持srnc relocation rnc间的cell update和ura update rnc间寻呼 报告协议错误 专用信道功能 切换时，在drnc中建立、更改、释放专用信道 iur接口上dch传输块的传输 通过专用测量报告过程和过虑控制管理drns中的无线链路 rl的管理，压缩模式的管理,wcdma信令流程基础,iur 接口,iur 接口功能： 公共信道功能 iur接口上公共传输信道的建立，删除， 公共传输信道用于传输drnc中处于公共信道状态ue的信息 将mac-d和mac-c相分离 mac-d和mac-c之间的流控 全局资源管理（global resource management) rnc间公共测量 rnc间node b定时信息传输,wcdma信令流程基础,iub 接口,iub 接口是rnc 与nodeb 间的接口，iub 接口的主要功能包括： 公共功能 公共传输信道管理 iub公共信道数据传输 nodeb逻辑o&m（小区配置，故障管理，闭塞等维护功能） 系统信息管理 公共测量 资源核查 异常管理 定时和同步管理,wcdma信令流程基础,iub 接口,iub 接口主要功能： 专用功能 专用传输信道管理 无线链路（rl）监控 专用测量管理 定时和同步管理 上行外环功控 iub专用数据传输 下行功率漂移的平衡 压缩模式控制,wcdma信令流程基础,uu 接口,uu接口即空口，是ran 与ue间的无线接口。 无线接口分为三层协议结构： -物理层（l1） -数据链路层（l2） -网络层（l3） l2又分为下列子层：媒体访问控制（mac）、无线链路控制（rlc）、分组数据汇聚协议（pdcp）和广播/多播控制（bmc）。 l3和rlc被分为控制面（c）和用户面（u）。pdcp、bmc只在 用户面。,wcdma信令流程基础,uu 接口,在控制面，l3分为若干子层，最低层与l2接口并在utran中终止，表示为无线资源控制（rrc）。另一个子层实现“复制避免”功能13。它在cn中终止但属于接入层，向高层 提供接入层服务。更高层 信令如移动管理（mm）和呼叫控制（cc）属于非接入层（nas），因此不在3gpp tsg ran范围内。大体上这个协议结构与现在itu-r m.1035的协议结构类似。 mac与物理层之间的sap提供传输信道。rlc与mac间的sap提供逻辑信道。在控制面，“复制避免”和l3的（cc，mm）间的接口由sap gc、nt和dc定义。 rrc与mac和rrc与l1间的连接提供层间控制业务。rrc与rlc、rrc与pdcp、rrc与bmc间存在同样的控制接口。这些接口允许rrc控制低层的配置。因此rrc与低层（pdcp、rlc、mac、l1）间定义了单独的控制saps。,wcdma信令流程基础,uu 接口,rlc层提供与使用的无线发射技术相关的自动重传要求功能（arq）。在用户面和控制面的rlc实例没有区别。 只要iu连接点不变，cn就可能要求utran避免任何数据丢失（也就是无线接口切换的独立性）。这个基本要求由utran的rlc提供的重传功能完成。 然而，若iu连接点发生改变（例如迁移），utran可能无法避免数据丢失，只能依靠cn中的复制避免功能。 每层都在业务访问点提供业务。业务定义为一层提供给上层的一组业务原语（操作）。允许rrc局部控制低层（就是不需要对等通信）的控制业务在控制saps（c-sap）提供。需要注意的是在c-sap原语可以跳过一到多层。,wcdma信令流程基础,uu 接口,uu 接口的主要功能包括： 传输信道复用和码组合信道解复用 码组合传输信道到物理信道的映射 宏分集合并/分发和软切换执行 传输信道错误检测，并向高层指示 fec编解码和交织/去交织 速率匹配 功率加权和物理信道合并 闭环功率控制 开环功控,wcdma信令流程基础,uu 接口,uu 接口的主要功能包括： 调制/解调和扩频/解扩 频率和时间(chip, bit, slot, frame)同步 测量并向高层指示 压缩模式支持 收发分集 其他基带处理功能,wcdma信令流程与分析,2,1,基本信令流程,wcdma信令基础,3,典型业务信令流程,基本信令流程,总体呼叫流程,基本信令流程,plmn选择与重选流程,plmn选择流程是任何ue 开机后必须完成的第一个流程。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。 rplmn （registered plmn）优先级最高。rplmn就是上次注册成功的plmn，无论自动选网还是手动选网，ue开机后，首先就会尝试rplmn，成功后， 就不会有后续过程。如果不成功，ue就会生成一个plmn列表。 plmn选择和重选的模式有两种，自动和手动。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。,基本信令流程,小区选择流程,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。 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。先进行时隙同步(主sch)，然后进行帧同步（副sch），接着进行主扰码同步； 2、读广播信道：通过判读广播信道中的参数，断定当前小区是否是可用的plmn和小区。如果可用则驻留下来，如果不可用，则重选小区，如果没有一个小区符合条件，则进行plmn的重选。,基本信令流程,usim卡在开机过程中的作用,在usim卡中有两个文件，efloci和efpsloci，确定了rplmn。 无论自动选网还是手动选网，ue开机后，首先就会尝试rplmn，成功后选择接入技术。 选定plmn后，对于每一个plmn需要指明优先选用的接入技术。接入技术的优先级就在“.with access technology”文件中指出。如果没有指出，那么一般而言，优先选用的是geran。 如果ue尝试rplmn不成功， ue就按照上述有优先级的plmn列一个一个的搜索并尝试位置登记。 1)hplmn，ue从usim卡文件efimsi中获取 2) ue从usim中的文件efplmnwact中获取的plmn 3) ue从usim中的文件efoplmnwact中获取的plmn 4) ue搜索信号质量较好的plmn,基本信令流程,系统消息广播流程,接收系统消息广播是所有ue 驻留网络的第一个流程。,基本信令流程,rrc连接建立,ue要接受网络服务，必须首先在接入层和utran建立rrc连接。随机接入发起rrc conn req，建立utran分配的信道。然后再利用该接入层连接与核心网进行非接入层的信令交互。 rrc连接：rrc连接是ue与utran的rrc协议层之间建立的一种双向点到点的连接。对一个ue来说，至多存在一条rrc连接。rrc连接在ue与utran之间传输无线网络信令，如进行无线资源的分配等等。rrc连接在呼叫建立之初建立，在通话结束后释放，并在期间一直维持。 iu信令连接：如果说rrc连接建立了ue与utran之间的信令通路，那么iu信令连接则是建立了ue与cn之间的信令通路。iu信令连接主要传输ue与cn之间非接入层信令。在utran中，非接入层信令是通过上下行直接传输信令透明传输的。,基本信令流程,rrc连接建立,无线接入承载（rab）：rab可以看作是ue与cn之间接入层向非接入层提供的业务，主要用于用户数据的传输。rab直接与ue业务相关，它涉及接入层各个协议模块，在空中接口上，rab反映为无线承载（rb）。 无线承载（rb）：rb是ue与utran之间l2向上层提供的业务。上面我们提到的rrc连接也可以看作是一种承载信令的rb。 无线链路（rl）：无线链路是指一个ue和一个utran接入点之间的逻辑连接，它在物理实现上通常是由一到多个无线承载传输组成。在ue与一个utran接入点（通常指小区）之间最多存在一条无线链路。,基本信令流程,rrc建立流程,rrc连接建立在公共信道上。,基本信令流程,rrc建立流程,rrc连接建立在专用信道上。,基本信令流程,关键信令-rrcconnectionrequest,rrcconnectionrequest：ue请求建立一个rrc连接，包含ue标识和原因码。,direction：ue utran,基本信令流程,关键信令-rrcconnectionrequest,基本信令流程,关键信令-rrcconnectionrequest,t300定时器: 参数取值范围：100, 200, 400, 600, 800, 1000, 1200, 1400, 1600, 1800, 2000, 3000, 4000, 6000, 8000 物理单位：ms 内容：当ue发送rrc connection request消息后启动t300定时器，当收到rrc connection setup消息后停止t300定时器。一旦超时，若v300=n300则重发rrc connection request，否则进入空闲模式。缺省值为1000。 参数建议值：3000,n300计数器: 参数取值范围：07 物理单位：无 内容：该参数表示rrc connection request消息重发最大次数。缺省值为3。 参数建议值：3,基本信令流程,关键信令-rrcconnectionsetup/reject,基本信令流程,关键信令-rrcconnectionsetup/reject,基本信令流程,关键信令-rrcconnectionsetup/reject,基本信令流程,关键信令-rrcconnectionsetupcomplete,基本信令流程,关键信令-rrcconnectionsetupcomplete,基本信令流程,nas连接流程,nas（非接入层）信息是指ue与cn之间交换dt消息，如鉴权、连接建立、位置登记等。 在rrc 层不能看到具体的nas信令类型，而只能看到“direct_transfer”信令，该信令中包含了详细的nas 信息的sdu。,基本信令流程,关键信令-cm service request,基本信令流程,rrc释放流程（dch）,释放过程一般由cn发起；当然在ue异常情况下，srnc也可以请求释放。 首先释放ue的连接，然后再释放与nodeb的连接。 rrc释放，就是呼叫的结束。,基本信令流程,rrc释放流程（cch）,当不再有信令交互的时候，需要释放rrc连接。 同时释放所有分配给特定ue的资源（空中和地面） rrc连接释放以后，ue返回空闲模式 分组业务的用户可能一直处于连接模式,基本信令流程,关键信令-rrcconnectrelease,基本信令流程,关键信令-rrcconnectreleasecomplete,基本信令流程,寻呼流程（空闲模式）,cn发送寻呼消息，指定ue与寻呼区（cn负责寻呼消息的重发）。srnc根据ue的状态发送相应的寻呼消息。,基本信令流程,关键信令-pagingtype1,基本信令流程,寻呼流程（连接模式）,cn发送寻呼消息，指定ue与寻呼区（cn负责寻呼消息的重发）。srnc根据ue的状态发送相应的寻呼消息。,基本信令流程,关键信令-pagingtype2,基本信令流程,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。 rab建立成功以后，一个基本的呼叫即以建立。 iu接口上的alcap建立过程有多次，允许几个rab就建立几条； iub接口上的alcap建立过程也有多次，增加几个dch就建立几条，还可以修改。 rab assignment response可以有多条。可以开始通话了。,基本信令流程,rab建立流程（dch-dch，同步）,iu接口上的alcap建立过程有多次，允许同时建立多条用户面的rab；用户面建立完毕后，ue进入通话过程。,基本信令流程,rab建立流程（dch-dch，异步）,基本信令流程,rab建立流程（ra/fa-ra/fa）,基本信令流程,rab建立流程（ra/fa-dch）,基本信令流程,关键信令-radiobearersetup,基本信令流程,关键信令-radiobearersetupcomplete/failure,基本信令流程,rab修改流程,rab的修改实际上是用户面业务的参数，如速率等发生改变。,基本信令流程,传输信道重配流程,发生信道编码、传输格式、传输格式集转换时，执行传输信道重配流程。,基本信令流程,物理信道重配流程,物理信道重新配置和传输信道重新配置的区别： 二者都可以引起传输信道类型的改变 二者都用于在通信过程中对信道的容量进行动态配置 主要的区别在于是否发生tfs、tfcs的改变 对下行链路来说，扩频码是稀缺,基本信令流程,软切换流程,软切换是wcdma 特有的切换过程。软切换的过程对应测量控制（measurementcontrol）、测量报告(measurementreport)、激活集更新（activesetupdate）等信令流程。 软切换 并不立即中断与原来小区间的通信 更软切换 发生在一个小区内不同扇区间的软切换，rnc不参与 硬切换 异频、先中断与原小区间的通信 前向切换 ue发起的cell update、ura update过程,基本信令流程,软切换流程,基本信令流程,软切换流程-激活集小区增加,基本信令流程,软切换流程-激活集小区减少,基本信令流程,软切换流程-跨rnc,基本信令流程,软切换关键信令-measurementcontrol,基本信令流程,软切换关键信令-measurementcontrol,基本信令流程,软切换关键信令-measurementreport,基本信令流程,软切换关键信令-measurementreport,measurement report：把ue的测量结果上报给utran。,direction：ue utran,基本信令流程,软切换关键信令-activesetupdate,基本信令流程,软切换关键信令-activesetupdatecomplete/failure,基本信令流程,硬切换-rnc内,异频切换、tdd/fdd的切换等均属于硬切换； 硬切换包括同频硬切换，异频硬切换，异系统； 在ue侧，无线链路是“先断后通”，不能作到无缝切换；,基本信令流程,硬切换-rnc内,基本信令流程,硬切换-rnc间，iur接口,基本信令流程,硬切换-rnc间，有iur接口,基本信令流程,硬切换关键信令-measurementcontrol,基本信令流程,硬切换关键信令-measurementreport,基本信令流程,硬切换关键信令-physicalchannelreconfiguration,基本信令流程,硬切换关键信令-physicalchannelreconfigurationcomplete/failure,基本信令流程,系统间切换，wcdma-gsm,wcdmagsm的系统间切换用于wcdma cs域业务切换到gsm系统。目前rnc对于wcdma cs域业务ue建立在cell_dch状态。 1、rnc根据当前小区的属性、邻近小区配置属性和对ue测量结果等信息，完成切换判决算法。当rnc判决ue应该进行异系统切换时，向cn发送relocation required消息，触发一次异系统的切换过程。此消息中主要带目标小区的cgi、ue所在sai、ue对于gsm/gprs系统的能力信息等信息。 2、当目标gsm bss为ue分配好无线资源以及其他资源后，将此信息通过cn转发给源rnc。cn发送relocation command给源rnc。 3、rnc将gsm bss的信息通过uu接口handover from utran command消息发送给ue。ue从此消息中解释出gsm/bss为其分配的无线信道资源信息（频点/时隙号/初始功率等等），接入异系统小区。 4、当ue接入异系统小区完成之后。cn会发送iu release command给源rnc。rnc开始释放ue上下文、无线资源以及相关资源。（注：此时因为ue已经迁移到gsm，此处的rrc释放流程不用再释放ue）,基本信令流程,系统间切换，wcdma-gsm,基本信令流程,系统间切换，wcdma-gsm,wcdmagsm的系统间切换用于wcdma cs域业务切换到gsm系统。目前rnc对于wcdma cs域业务ue建立在cell_dch状态。 1、rnc根据当前小区的属性、邻近小区配置属性和对ue测量结果等信息，完成切换判决算法。当rnc判决ue应该进行异系统切换时，向cn发送relocation required消息，触发一次异系统的切换过程。此消息中主要带目标小区的cgi、ue所在sai、ue对于gsm/gprs系统的能力信息等信息。 2、当目标gsm bss为ue分配好无线资源以及其他资源后，将此信息通过cn转发给源rnc。cn发送relocation command给源rnc。 3、rnc将gsm bss的信息通过uu接口handover from utran command消息发送给ue。ue从此消息中解释出gsm/bss为其分配的无线信道资源信息（频点