TD-LTE空中接口高层协议—RRC连接重建

TD-LTE空中接口高层协议—RRC连接重建1、LTE协议架构简介控制平面LTE协议架构如上图所示，用户终端（UE）测LTE协议控制平面由NAS、RRC、PDCP、RLC、MAC子层组成。其中，RRC,PDCP,RLC,MAC被称为接入层（AS）。下面对各个子层的关系做以介绍。MAC:媒体接入控制子层，主要功能为逻辑信道与传输信道的映射、资源调度、优先级管理、数据的混合自动重传请求（HARQ）；RLC：无线链路控制子层，主要功能为数据的分段、重组和自动重传请求；PDCP：数据包控制协议子层，在控制平面的主要功能为对信令数据进行加密和完整性保护；RRC：无线资源控制子层，主要功能为系统消息、寻呼消息的接收，RRC连接和无线承载的管理，移动性管理，以及测量的控制和上报；NAS：主要负责与网络端核心网部分进行信令交互，如Attach、追踪区域更新（TAU）过程等。2、UE端RRC的状态以及状态的转换LTE中UE端的RRC状态分为空闲模式（RRC_IDLE）和连接模式（RRC_CONNECTED），分别定义如下：RRC_IDLE：没有建立RRC连接动作：1、高层提供的服务：高层为UE配置特定的DRX；2、移动性控制：由UE来控制UE的移动性；3、UE执行的动作：监听寻呼信道检测寻呼和系统信息的更改；完成邻近小区测量和小区重选；获取系统信息。RRC_CONNECTED:RRC连接建立动作：1、UE和网络之间的交互：UE接收或传送单播数据；2、在低层，UE将使用高层配置的特定的DRX；3、移动性控制：由网络来控制UE的移动性；4、UE执行的动作：监听寻呼信道或SIB1，来检测系统信息的改变；监听与共享数据信道相关的控制信道，从而来决定是否为共享信道调度了数据；提供信道质量和反馈信息；获得系统信息；执行邻近小区测量以及测量报告。为了更详细的分析LTE中的RRC层的状态，可以将以上两个状态分为以下几个状态RRC_IDLE:NUL(空状态)：刚开机时处于该状态；或者找不到任何可以驻留小区时，进入该状态；或者收到非接入层的指令进入该状态；SEL(小区选择)：包括PLMN选择和小区选择。为了找到一个合适的小区进行驻留，需要在制定频点或全频段进行搜索，寻找可用的PLMN，并在选择的PLMN上选择合适的小区驻留，进入IDLE状态。IDL(空闲状态)：该状态包括正常驻留、非正常驻留和重选状态。在正常的小区驻留状态，在收到寻呼或是高层发起呼叫之前，UE一直处于该状态。在该状态下，UE与E-UTRAN之间没有任何上行物理信道连接。UE在该状态监听广播信道，维护更新服务小区的系统信息；执行邻近小区的测量，当发现一个更好的小区时或是满足小区重选标准时就进行小区重选。RRC_CONNECTED：ACC（随机接入）：当UE接收到高层配置的连接建立请求消息，根据连接建立原因判断小区是否被禁止。若小区不被禁止，UE的RRC负责配置无线资源和无线信道，通过原语通知MAC初始随机接入进程，建立上行同步。当接收到MAC来的随机接入响应的指示消息，将存储在MAC的连接建立请求信息通过物理层发送出去，请求建立SRB1.CON(正常连接状态)：初始安全性激活，配置AS密匙和相关参数，并配置低层进行加密和完整性保护所需要的相关密匙和参数。负责连接重配置，建立SRB2和DRBs完成UE和E-UTRAN之间的无线链路建立起来后，可以进行正常的数据通信过程。HO（切换）：执行同频、异频小区间的切换，主要是通过重配置消息里的移动性控制信息MobilityControlInfo来实现。3、RRC连接重建过程的触发RRC连接重建过程的触发原因有5种：1）、检测到底层无线链路失败2）、LTE系统内切换失败3）、由LTE至其他无线接入系统，如全球移动通信系统（GSM）的切换过程失败4）、收到PDCP的数据完整性校验失败5）、RRC连接重配失败。为了提高系统的安全性，LTE系统规定除信令无线承载SRB中的SRB0和SRB1外的所有无线承载必须在AS层安全性激活后才能建立,并且RRC连接重建过程也必须在AS层安全性激活后才能发起，否则UE将释放连接，返回空闲模式。4、RRC连接重建的具体过程RRCConnectionReestablishmentRequestUEEUTRANRRCConnectionReestablishmentRRCConnectionReestablishmentCompleteRRC重建的具体过程如上图所示，RRC重建的目的是重建RRC连接，包括SRB中的SRB1的恢复和安全性的重激活。对于处于RRC_CONNECTED的UE,且它的安全性已经被激活，它将初始化该进程来继续重建RRC连接。RRC的连接重建只有当相关的小区已经准备好才能继续。如果E-UTRAN接收到连接重建立消息，当无线承载保持被暂时搁置状态时，SRB1运作重新开始。如果AS安全性还没有激活，UE则不初始化该进程，而是直接转移到RRC_IDLE状态。5、RRC连接重建过程中相关定时器的描述：T301:当UE端向网络端发送RRC连接重建请求消息时，开启定时器T301，一旦UE接收到网络端发送的RRC连接建立消息或者当已选小区变得不可用时，接收到RRC连接重建拒绝消息，T301停止运行。若T301计时已满，则RRC直接进入RRC_IDLE状态。T310：当检测到物理层的问题，也就是说当接收到低层连续失步指示N311时，T310开始计时，当接收到低层连续同步指示N310时，或触发切换进程，以及初始化RRC连接重建进程时，定时器T310停止计时。若T310计时已满，如果安全性没有被激活，RRC进入RRC_IDLE状态，否则初始化RRC连接重建过程。T311：初始化RRC连接重建过程时，开始T311的计时，一旦选择了一个合适的E-UTRA小区或者使用另外RAT的小区，T311停止计时。当T311计时已满，RRC则进入RRC_IDLE状态。初始化RRC连接重建进程时，如果T310正在运行，则停止T310，并开启定时器T311，挂起除了SRB0以外的所有RB，对MAC采取复位操作，应用默认的物理信道配置，半持续性调度配置，执行小区选择进程。此时RRC进入SEL状态。当选择了一个合适的E-UTRA小区时，UE端将停止定时器T311，开启T301，对源小区的C-RNTI和物理小区标识等做出相应的配置，并设置重建原因，开始将RRC连接重建请求的消息传到低层，直至网络端。网络端接收到UE端发送的请求消息后，作出响应，发送RRC连接建立消息到UE，告知UE端可以进行RRC重建进程的操作。在接收到网络端的指示后，UE端的RRC将重建PDCP和RLC，并执行无线资源配置进程，利用先前配置的加密和完整性保护算法，更新密匙，配置低层以激活完整性保护和加密，执行相关测量，并将RRC连接重建完成消息传送到网络端。