LTE-RRC协议分层及状态转换详解

RRC协议分层解析协议结构的整体介绍RRC子层协议简介RRC子层功能介绍RRC状态-空闲模式和连接模式RRC子层的几个重点过程（小区选择，小区重选，RRC连接建立，重配过程，切换）协议结构整体介绍eNBPHYUEPHYMACRLCMACMMERLCNASNASRRCRRCPDCPPDCP控制平面协议栈如上图所示，主要包括NAS，RRC,PDCP,RLC,MAC层，其中PDCP,RLC和MAC的功能和用户平面的一样。RRC协议终止于eNodeB。RRC子层协议简介RRC位于LTE协议栈L3，处于非常重要的地位，是接入层和非接入层的主要控制中心，控制着层间主要的接口，不仅要为上层提供来自网络系统的无线资源参数，同时还要控制下层的主要参数和行为。总的来说RRC是整个控制平面的核心、是终端协议的无线总管、接入平面和非接入平面进行对话的桥梁、是协议信令与用户数据通道的调度员。无线资源控制层完善与否、可靠与否，很大程度上影响整个LTE协议栈软件的性能。RRC子层功能介绍提供系统信息广播：包括NAS层和接入层（ＡＳ）的系统消息。为空闲模式的ＵＥ提供小区选择和小区重选参数，邻小区参数，为连接模式的ＵＥ提供公共信道重配置消息等。寻呼：RRC子层负责实现把寻呼消息广播给特定的UE功能，网络侧的高层可以请求寻呼和通知。在一个RRC连接建立过程中，RRC子层也可以发起寻呼。RRC连接建立、保持和释放，包括临时标识（C_RNTI）的分配和修改、信令RB（SRB）的配置（低优先级和高优先级SRB）安全功能。RRC消息的完整性保护。点对点的无线存载的建立、修改和释放。移动性管理功能。UE测量报告以及为了小区间和RAT间移动性进行的报告控制、小区间切换、UE小区选择和重选以及小区选择和重选控制、eNODEB间的通信上下文的传输。QoS管理。包括分配和修改上下行调度信息，UE上行速率控制参数。UE测量上报及测量控制。包括同频、异频和系统间测量。NAS消息的传输，PLMN消息等。RRC状态HandoverCELL_PCHURA_PCHCELL_DCHUTRA_IdleE-UTRARRC_CONNECTEDE-UTRARRC_IDLEGSM_Idle/GPRSPacket_IdleGPRSPackettransfermodeGSM_ConnectedHandoverReselectionReselectionReselectionConnectionestablishment/releaseConnectionestablishment/releaseConnectionestablishment/releaseCCO,ReselectionCCOwithoptionalNACCCELL_FACHCCO,ReselectionLTE中仍然保留了RRC的两种状态：空闲状态和连接状态。RRC状态-空闲模式（一）LTE空闲模式和UTRAN系统类似，终端开机后，将会从选定的PLMN中选择一个合适的小区进行驻留。当UE驻留在某个小区后，就可以接收系统消息和小区广播信息。通常UE第一次开机时需要执行注册过程，一方面可以互相认证鉴权，另一方面可以让网络获得此UE的一些基本信息。之后UE可以一直处于空闲模式下，直到需要建立RRC连接。空闲模式下驻留一个小区的目的：•UE可接收网络的系统消息•UE可以发起接入•UE可接收寻呼（当UE处于IDLE，网络发送寻呼的范围是：此时网络只知道该UE所驻留的跟踪区，所以网络会在该跟踪区的所有小区的控制信道上都发送寻呼消息。)小区分类需满足条件是否可驻留提供的服务类型Acceptable小区没有被BARS0否受限服务Suitablecell1.该小区属于CPLMN或RPLMN或EPLMN（系统消息提供）2.该小区没有被BAR（系统消息提供）3.该小区所属的TA不在禁止列表中4.S0是正常服务Barredcell由系统消息广播否无Reservedcell由系统消息广播满足有些条件可以驻留运营商服务RRC状态-空闲模式（二）RRC空闲模式下状态划分状态名主要功能说明NULL空状态，刚开机时处于该状态；或者找不到任何小区时，进入该状态；根据定时器周期性搜索可以驻留的小区SEL小区选择状态，为了找到一个合适的小区进行驻留，需要对指定小区（带BA表时）或频段内所有小区进行测量，解码BCH，接收系统消息等，找到一个可以正常驻留的小区时，进入IDL状态。IDLE空闲状态，此时属于正常驻留小区，需要完成寻呼和系统消息的接收及服务小区和邻近小区的测量，根据重选准则检查是否触发小区重选，根据测量值和其它参数从候选小区列表中选择一个最好小区驻留，并随时执行上层触发的接入过程RRC状态-空闲模式（三）空闲模式下主要过程：小区选择过程小区重选寻呼监控系统消息接收测量DRX控制小区选择过程小区选择过程类型：初始小区选择和带存储信息的小区选择。1：初始小区选择：在初始小区选择过程中，UE不考虑哪个无线频率信道是Ｅ-UTRA载波，它将根据自身能力在E-UTRA的频带上扫描所有无线频率信道，来寻找一个适合的小区。在每一个载频上UE仅需要搜索最强小区。然后UE调谐到信号强度最高的频点上，读取BCH上的系统信息。然后根据读取的系统信息来判断该小区是否属于所选择的网络、小区是否被禁止以及小区的S值是否大于0等信息。如果都满足那么UE将驻留在该小区，否则将从次强的频点上再次进行选择。如果没有搜索到合适的小区，UE将继续监测所有的频道，选择S大于0并且未被禁止的小区，这时不考虑小区所属的网络，找到合适的小区并驻留，这时UE就只能进行紧急呼叫。UE完成小区选择后将接收到系统广播中的BA列表，BA列表将被重置和更新。2：带BA表的小区选择：带存储列表小区选择过程。UE上次正常关机时，将当时UE所在小区信息，如PLMN、位置区标识LAI（或RAI）、服务小区和邻近小区信息以及一些与此相关的无线参数等信息存储在USIM中。当UE再次开机时，将根据存储的广播信道、同步码等信息进行搜索，UE测量存储列表中各小区的RSRP值，然后按测量值的大小排序（降序）进行小区搜索。这种优先使用上次关机时的网络信息和小区的无线参数信息，可以加速小区的查找速度，这种方式的小区选择过程称为带BA表的小区选择过程。如果有可驻留的小区，UE则选择该小区作为服务小区。如果没有，UE将进行正常小区选择。小区选择标准：Srxlev0Srxlev=Qrxlevmeas—(Qrxlevmin+Qrxlevminoffset)—PcompensationPcompensation=max(PEMAX-PUMAX;0)Qrxlevmeas:物理层测得的RSRP值Qrxlevmin:在SIB1广播Qrxlevminoffeset:在SIB1中广播，该参数仅只有在当UE驻留在一个VPLMN中周期性地搜索更高的优先级的PLMN的过程中进行小区选择时评估一个小区所用。PEMAX：在SIB1中广播。PUMAX：物理层计算。小区选择异常情况：1：小区被BAR或S0(SIB1)2:广播的PLMN和NAS下发的不一样（SIB1）3：BCH检验失败（L1读MIB失败）4：DL-SCH检验失败（L1解读SIB1或SI失败）5：找不到可驻留小区：适合小区找不到，可接受小区也找不到，RRC进入NULL状态。6：受限驻留：协议上驻留任何小区的状态。UE搜索不到适合小区，只能找到可接受小区，RRC进入LIM。注：对于RRC而言，要进入受限状态，有两种情况：一种是RRC无法找到一个适合小区驻留，而只能找到一个可接受小区驻留，而进入受限状态，这种情况，可以看成是RRC的主动受限(PLMN不匹配或者LAI禁止)；另外一种受限，是由上层通知RRC，要求RRC进入受限状态，这种对于RRC可以看成是被动受限(例如:开机没有SIM卡;指定的PLMN无效）小区重选过程UE不管是在空闲模式还是在连接模式下，都需要随时监视服务小区和邻近小区的信号质量，以选择一个最合适的小区驻留。这个过程就是小区重选。小区重选是与移动性相关的一个过程。在此只介绍空闲模式下小区重选过程。触发小区重选过程的原因：1：UE通过周期性的IDLE测量发现有邻近小区满足重选条件2：通过测量发现服务小区S值小于0，此时重选列表不包括服务小区3：服务小区系统消息发生变化，指服务小区被BAR。此时重选列表也不包括服务小区。在IDLE状态下UE测量列表的构成1：对同频小区测量（同频小区列表在SIB4中广播）如果Sintrasearch在服务小区中发送（SIB3中广播），并且SservingcellSintrasearch，UE就可以不执行同频测量；如果Sservingcell=Sintrasearch或者Sintrasearch不在服务小区发送（SIB3），UE就需要执行同频测量。2：对E-UTRAN异频测量（异频小区列表在SIB5中广播）如果E-UTRAN异频小区的重选优先级比当前驻留小区的频率优先级高，UE将对该E-UTRAN异频或inter-rat频率进行测量（不受Snonintrasearch限制）如果E-UTRAN异频小区的重选优先级与当前驻留小区的频率优先级相同或比当前服务小区的优先级低：如果Snonintrasearch在服务小区发送（sib3中广播），并且SservingcellSnonintrasearch,UE则不会对E-UTRAN异频测量；如果Sservingcell=Snonintrasearch或者Snonintrasearch没有在服务小区发送，UE将执行异频测量。注意：异频小区重选优先级在SIB5中广播，如果在SIB5中未给出某个频点的小区重选优先级，那么在重选或者测量的时候都是不考虑该频点下的小区。服务小区的重选优先级在sib3中广播，是必选项。•在IDLE状态下UE重选列表构成在IDLE状态下能进入重选列表的小区满足S0重选列表中小区排列的顺序表示了该小区优先级，越前面的小区优先级越高，重选列表中小区排列顺序的准则：1：仅只有高优先级和服务小区找出S0的小区，找出SThreshx,high的小区，把SThreshx,high的小区按照S的大小排列在重选列表中的最前面。然后依次把服务小区（可用的服务小区）和S0，但是S=Threshx,high的小区按照S的大小顺序放入重选列表2：仅只有同频和等优先级的异频小区和服务小区找出S0的小区，计算出R值，按照R值的大小把这些小区放入重选列表（包括服务小区）。3：仅只有低优先级小区和服务小区需满足：在定时器TreselectionRAT这段时间内，SservingcellThreshserving,low并且Snonservingcell,XThreshx,low先找出S0的小区，再找出Snonservingcell,XThreshx,low的小区，然后把这些小区按照S值的大小顺序放在重选列表的最前面，然后放入服务小区。最后把那些S0，且S=Threshx,low的小区按照S值的大小顺序排入重选列表4：若存在高优先级小区、等优先级小区和低优先级小区时（重选列表中S0)，重选列表的排列顺序是：SThreshx,high的最高优先级小区；RnRs的同频小区和等优先级的异频小区；服务小区（当SservingcellThreshserving,low时);Snonservingcell,XThreshx,low的低优先级小区；服务小区（当SservingcellThreshserving,low时)S=Threshx,high的高优先级小区；Rn=Rs的同频小区和等优先级的异频小区；S=Threshx,low的低优先级小区；注：在重选列表中只要有小区排列在服务小区的前面，就表明触发了重选，就需开启定时器Treselectione-utran，只有当定时器超时时才发起重选过程，定时器长度在sib3/sib5中配置寻呼过程该过程用于在寻呼控