WCDMA接口协议与信令流程

WCDMA接口协议与信令流程中兴通讯学院课程目标学完本课程，您将能够：掌握接口协议模型掌握业务数据处理流程掌握端到端的呼叫处理过程课程内容无线接口协议无线网络流程同步时分复用异步时分复用同步帧周期性的不需要准确计时，非周期性，在没有数据流的时候发送空信元ATM原理ATM（AsynchronousTransferMode）异步传输模式ATM协议模型（B－ISDN模型）数据交换数据分段/重组ATM网络协议参考模型ATM原理在ATM层交换通过VP/VC的变换进行交换交换方式分为VPS和VCS两种5字节信元头48字节有效载荷53字节ATM信元格式ATM交换原理

VP&VC虚通路VC（VitualChannel）、虚通道VP（VitualPath）是一个逻辑概念VP、VC交换 －交换：信元的转发VCI1VCI2VCI3VCI4VPI2VPI3VPI1VPI2VPI3VPI5VPI1VPI4Port1Port2Port3VCI1VCI2VCI1VCI2VP交换／交叉连接VC交换／交叉连接VCI3VCI4VCI1VCI2VCS交换：信元头的VPI/VCI均改变VPS交换：仅改变信元头的VPI值VP&VC交换AAL（ATMAdapterLayer）ATM适配层AAL主要功能：数据的分段/重组。为了提高交换网络的速率，B－ISDN协议对ATM层作了尽可能的简化，ATM层不提供处理的信元丢失，误传，时延，时延抖动等与业务服务质量密切相关的功能，这些功能由AAL完成。不同的业务需要不同的适配，ITU-T研究各种业务的特点，根据源和目的的定时，比特率，连接方式将业务分为A、B、C、D四类。ATM适配层分类AAL2&AAL5AAL2是为需要端到端的定时关系的面向连接的可变位速率服务开发的。AAL2信元能够定期地向远方对等的AAL2会聚子层发送源时钟频率和网络参照时钟之间的差别指示，这样接收方就能在很精确的范围内保持输出时钟同步，保证了语音这样的实时数据流的传送。在UMST中，包括语音等用户面数据选择AAL2承载。AAL5适配层是ITU-T提出的用于进行数据传送的ATM适配层协议，由于充分考虑了数据传输高可靠性的需求，在协议处理中对数据段进行了相应的校验保证，是一种低开销而纠错能力较好的适配协议；在WCDMA的信令协议栈中，AAL5适配层用于承载Iux口的业务信令以及IuPS接口上的业务数据。SRNSDRNSNodeBNodeBNodeBNodeBRNCCNRNC

IuIuIur

IubIubIubIubUEUuUTRAN体系结构物理层信令承载ALCAP应用协议无线网络层传输网络层控制面

传输网络控制面用户面数据流数据承载信令承载

传输网络用户面

传输网络用户面UTRAN接口通用协议模型NodeBRNCRNCCSDomainPSDomainBCDomainNodeBNodeBNodeBUTRANCoreNetwork(CN)“Iu-CS”“Iu-PS”“Iu-BC”Iu接口Iu接口综述—Iu口逻辑结构Iu接口Iu接口功能：RAB管理功能；无线资源管理功能；Iu链路管理功能；Iu接口用户平面管理功能；移动管理功能；安全管理功能；服务和网络接入功能。PhysicalLayerATMAAL5AAL5SSCF-NNISSCOPQ.2150.1AAL2Q.2630.1RANAP无线网络层传输网络层

控制面

传输网络控制面用户面IuUPProtocolLayerMTP3bSCCPSSCF-NNISSCOPMTP3b

传输网络用户面

传输网络用户面Iu接口综述—Iu-CS协议结构SCCP-SAP宽带No.7信令系统作为RANAP承载的协议模型AAL5SSCOPSSCFRANAPMTP3bSCCPATMSAAL-NNI提供无连接和面向连接的业务提供消息路由、鉴别、分配等业务用于在CN和RNC之间传送信令消息，扩展了MTP3的地址能力原语电路域的信令承载SignalATMAdaptationLayerprotocol—SAALSSCFSSCF:ServiceSpecificCo-ordinationFunctionSSCOP:ServiceSpecificConnectionOrientedProtocolSSCOPAAL5CPCSSSCFSSCOPAAL5CPCSATMnetworkSAAL在信令实体和SAAL中的SSCOP之间进行原语的转换完成SAAL的证实和非证实数据的传送功能

提供信令链路，传递信令消息。SAAL无线接入网络应用部分协议（RANAP）RANAP--在RNC和CN之间通过对高层协议的封装和承载为上层业务提供信令传输功能。RANAP功能RAB指配（RABAssignmentRequest）复位Iu（RNCReset）RNC重定位（RelocationRequest）Iu口释放（IuRelease）寻呼（Paging）位置报告InitialUE层三的直传消息ALCAP&IuUP承载控制协议（ALCAP）AAL2承载的建立AAL2承载的释放VPI，VCI的闭塞VPI，VCI的解闭AAL2链路的复位Iu用户面协议（IuUP）位于Iu接口上无线网络层的用户平面内，用来传输与无线接入承载（RAB）绑定的用户数据。PhysicalLayerATMAAL5SSCF-NNISSCOPRANAP无线网络层传输网络层

控制面

传输网络控制面用户面IuUPProtocolLayerMTP3-BSCTPIPSCCP

传输网络用户面

传输网络用户面PhysicalLayerATMAAL5UDPIPGTP-UM3UAIu接口综述—Iu-PS协议结构

提供面向无连接及面向连接类业务提供消息选路、鉴别和分配等。MTP3bRANAPSCCPATMSAAL-NNI承载RANAP的Iu-PS的TNL用户面的协议栈SCCP-SAP原语M3UASCTPUDP/IPAAL5在IP网上传输信令NO.7信令ISUP隧道分组域的信令承载GTP-C/GTP-UL2L1UDPIPGTP-U协议：用于对所有用户数据进行封装并进行隧道传输；GTP-C协议：负责传送路径管理、隧道管理、移动性管理和位置管理等相关信令消息，用于对传送用户数据的隧道进行控制。UDP/IP：用于骨干网内的路由选择；L1/L2：底层传输网络相关的协议，底层传输网络可以是ATM、以太网、DDN、ISDN、帧中继等各种传输网络；GTP>P-UGTP－GPRSTunnelingProtocol（GPRS隧道传输协议）在要传送的网络层数据包（如IP包）之外进行GTP封装，以加入当前移动用户的有关信息（如IMSI等），并在GTP包之外用UDP/IP封装上源GSN和目的GSN的IP地址，从而以隧道的方式将数据包从源GSN送到目的GSN。IPOA技术IPOA(IPOverATM)是在ATM－LAN上传送IP数据包的一种技术。它规定了利用ATM网络在ATM终端间建立连接，特别是建立交换型虚连接(SVC：SwitchedVirtualCircuit)进行IP数据通信的规范。IPOA完成IP地址到硬件地址(ATM地址)的映射过程，封装并发送输出的数据分组，接收输入的数据分组并将其发送到对应的模块。IPOA在WCDMA的应用：在Iub口，IPOA用于在RNC和NodeB之间建立一条操作维护数据的通道。在Iu-PS口，IPOA用于承载Iu-PS的用户面。IPOA功能介绍IPOA的主要功能有两个：地址解析和数据封装。地址解析－就是完成地址绑定功能。类似以太网，IP数据包在ATM网络上传输也必须进行IP地址绑定，ATM给每一个连接的计算机分配ATM物理地址，当建立虚连接时必须使用这个物理地址。但由于ATM硬件不支持广播，所以在ATM网络中，每一个LIS配置至少一个ATMARPSERVER以完成地址绑定工作。数据封装：对于IP数据包的封装问题，目前有下面两种封装形式可以采用：VC封装：一条VC用于传输一种特定的协议数据(如IP数据和ARP数据)，传输效率很高；多协议封装：使用同一条VC传输多种协议数据，这样必须给数据加上类型字段。不同点：ATM适配层不同：控制面实现方式不同：数据传输方式不同：Iu－CS与Iu－PS接口协议栈比较Iu－CSIu－PS控制面AAL5AAL5用户面AAL2AAL5Iu－CSIu－PS控制面协议基于宽带七号宽带七号或SigtranIu－CSIu－PS控制面协议基于宽带七号宽带七号或SigtranIu接口PhysicalLayerATMAALType5AALType5SSCF-UNISSCOPQ.2150.1SSCF-UNISSCOPAALType2Q.2630.1ALCAPNodeBApplicationPart(NBAP)无线网络层传输网络层无线网络控制面传输网络控制面用户面Iub协议结构PhysicalLayerATMAAL5AAL5SSCF-NNISSCOPSTC(Q.2150.1)AALType2ALCAP(Q.2630.1)RNSAP无线网络层传输网络层

控制面

传输网络控制面用户面Iur数据流MTP3-BSCTPIPM3UASCCPSSCF-NNISSCOPMTP3-BSCTPIPM3UA

传输网络用户面

传输网络用户面Iur协议结构RNC无线网络控制面协议RNCCNNodeBUERNCRANAPRNSAPNBAPRRCNBAP：NodeBApplicationPartRANAP:RadioAccessNetworkApplicationPartRNSAP:RadioNetworkSubsystemApplicationPartRRC:RadioResourceControlNBAPL1L1MACRLCRRCMM/GMMCCSMNBAPTransportLayerTransportLayerTransportLayerMACRLCRRCRANAPRANAPMM/GMMCCSMUuUENodeBRNCCNIubIu…TransportLayerUTRAN控制面协议栈其中PDCP子层仅用于PS域业务RLC造成根据业务种类的不同，可以选择TM、UM或者AM工作模式L1MACRLCPDCPTransportLayerTransportLayerIuUPUuUENodeBRNCCNIubIuL1FPFPTransportLayerMACRLCPDCPIuUP

用户数据TransportLayerUTRAN用户面协议栈课程内容无线接口协议无线网络流程UE的工作模式UE有两种基本的运行模式：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-PCHUE在连接模式下的状态Cell-DCHUE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-FACHUE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。UE在连接模式下的状态Cell-PCHUE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-PCHUE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（UTRANRegistrationArea，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。UE的RRC状态迁移(1)RRC建立连接，进入CELL_FACH或CELL_DCH状态RRC建立信令承载网络侧根据具体情况，指示UE进入专用信道(DCH)，或者进入PCH状态(DRX),或者释放RRC连接回到IDLE状态。URA_PCHCELL_DCHCELL_FACHCELL_PCHIDLEDEADIDLEDEADCELL_DCHCELL_FACHIDLERRC状态迁移示意——从IDLE状态进行迁移URA_PCHCELL_DCHCELL_PCHIDLEDEADIDLEDEADCELL_FACHIDLERRC状态迁移示意UE的RRC状态迁移(2)核心网的消息通过RRC信令承载UE在FACH上接收下行消息UE在RACH(PRACH)信道上发送上行消息处于CELL_FACH状态UE不占用专用物理信道下行侦听FACH(S-CCPCH)上行占用公共信道(PRACH)或者共享信道——CELL_FACH状态URA_PCHCELL_DCHCELL_FACHCELL_PCHIDLEDEADIDLEDEADCELL_DCHIDLEURA_PCHCELL_PCHCELL_DCHRRC状态迁移示意UE的RRC状态迁移(3)UE通过专用信道与网络通信UE在DCH上接收下行消息UE在DCH上发送上行消息进行分组业务的数据传输时，由于业务的特性，在某些时间段，可能没有业务流量，网络侧将指示UE迁移到URA_PCH或CELL_PCH状态处于CELL_DCH状态上下行都占用一条专用物理信道(DPDCH和DPCCH)——CELL_DCH状态URA_PCHCELL_DCHCELL_FACHCELL_PCHIDLEDEADIDLEDEADCELL_DCHIDLECELL_DCHURA_PCHCELL_PCHCELL_FACHRRC状态迁移示意——CELL_PCH和URA_PCH状态UE的RRC状态迁移(4)可以节省系统资源此时UE没有激活的上行链路寻呼消息将使UE重新进入CELL_FACH/CELL_DCH状态在CELL_PCH状态下，若UE要进行小区更新，就会转移到CELL_FACH状态，完成更新后重新回到CELL_PCH状态在URA_PCH状态下，当URA改变时，也同样会转移到CELL_FACH状态完成更新后，UE重新回到URA_PCH。开机搜索小区位置更新待机RRC连接建立NAS连接建立切换小区URA更新信道重配置RBRAB修改RAB建立RRC连接释放主叫/被叫发起①②③④⑤⑥⑦⑧⑨UE呼叫过程概述基本概念(一)几个概念：UTRAN,NAS,RABUTRAN：为非接入层(NAS)提供无线接入承载RAB的建立、维护、释放等服务，以屏蔽NAS对无线接入层特性的关注。NAS-NonAccessStratrum可以是当手机需要发起一个业务时，由终端自身发起，也可以是手机响应CN发起的寻呼而发起。UE通过RNC建立与CN的信令连接，用于UE和CN之间NAS消息的交互，比如业务请求、位置更新、鉴权等。UE和CN之间交互的信令，对于RNC而言，都是直传消息。RNC在收到第一条消息时，即InitialDirectTransfer消息，将建立与CN之间的信令连接。基本概念(二)RAB-RadioAccessBearer整个UTRAN（包括RNC、NodeB一直到UE）为完成某一个业务向上层提供的包括各层协议实体在内相互连接而形成的传输通路，它在实现上映射到Iux承载、RB以及RL等。呼叫流程UENodeBRNCCNRRCconnectionsetuprequestRRCconnectionsetupRABassignmentrequestRLsetuprequestRLsetupresponseRBsetupRBsetupcompletionPaging(RANAP)Paging(RRC)NASmessageinteraction(servicerequest)RABassignmentresponse呼叫流程第一步，建立RRC连接。起呼时，首先由UE的RRC接收到非接入层的请求发送RRC连接建立请求消息给UTRAN，在该消息中包含被叫UE号码，业务类型等。UTRAN接收到该消息后，根据网络情况分配无线资源，并在RRCCONNECTIONSETUP消息中发送给UE，UE将根据消息配置各协议层参数，同时返回确认消息。呼叫流程第二步，Iu信令连接的建立。在RRC连接建立后，UE将向CN发送业务请求。此时UE的RRC发送INITIALDIRECTTRANSFER消息，在该消息中包含非接入层的信息（CMSERVICEREQUEST）。RNC接收到该消息后，RNC的RANAP发送INITIALUEMESSAGE，将UE的非接入层消息透明转发给CN，在该消息发送的同时建立Iu信令连接。在Iu信令连接建立后，UE和CN之间的非接入层消息传输使用DOWNLINKDIRECTTRANSFER和UPLINKDIRECTTRANSFER消息进行。呼叫流程第三步，RAB的建立。UE业务请求被网络接收后，CN将根据业务情况分配无线接入承载（RAB）。同时在空中接口将建立相应的无线承载（RB）。RAB建立的过程即是CN为具体业务分配资源的过程。CS注册

UERNCCN(11)RRC_CONNECTION_RELEASE_COMP(10)RRC_CONNECTION_RELEASE(8)IU_RELEASE_COMMAND(9)IU_RELEASE_COMP(7)DOWNLINK_DT(LOCATION_UPDT_ACCEPT)(4)INITIAL_DT(LOCATION_UPDT)(6)DIRECT_TRANSFER(LOCATION_UPDT_ACCEPT)CC(5)CR:INITIAL_UE_MSG(3)RRC_CONNECTION_COMP(2)RRC_CONNECTION_SETUP(1)RRC_CONNRECTION_REQPS附着8.ISUPIAMUE主叫UERNSMSC被叫MSC1.RRC连接建立6.RRCDT(CallProceeding)3.RRCDT(CMServiceRequest)2.CN信令链路建立4.鉴权和安全模式5.RRCDT(Setup)7.RAB建立10.ISUPACM11.RRCDT(Alert)12.ISUPANM13.RRCDT(Connect)14.RRCDT(ConnectACK)15.通话过程9.CN承载建立UE被叫1.ISUPIAMUERNS被叫MSC主叫MSC4.RRC连接建立8.RRCDT(Setup)6.RRCDT(PagingResponse)5.CN信令链路建立7.鉴权和安全模式9.RRCDT(CallConfirm)10.RAB建立2.Paging3.Paging11.RRCDT(Alerting)12.ISUPACM13.RRCDT(Connected)14.ISUPANM16.通话过程15.RRCDT(ConnectACK)建立RRC连接UENodeBSRNC2.分配L1L2参数1.RRCConnectionRequest5.ALCAP建立并同步3.NBAPRLSetupRequest7.RRCConnectionSetupComplete6.RRCConnectionSetup4.NBAPRLSetupResponse1