RRC下的NAS层

无线资源控制(Radio Resource Control,RRC),又称为无线资源管理(RRM)或者无线资源分配(RRA),是指通过一定的策略和手段进行无线资源管理、控制和调度,在满足服务质量的要求下,尽可能地充分利用有限的无线网络资源,确保到达规划的覆盖区域,尽可能地提高业务容量和资源利用率。

Nas,非接入层 (原名NAS,Non-access stratum)存在于UMTS的无线通信协议栈中,作为核心网与用户设备之间的功能层。该层支持在这两者之间的信令和数据传输。

  • RRC,RRC主要处理UE与基站之间的信令交互
  • NAS,NAS主要处理基站与MME之间的信令交互
    蓝线:信令流(控制面)//红线:数据流(用户面)

一、RRC协议功能

  • 为NAS层提供连接管理,消息传递等服务;
  • 对接入网的底层协议实体提供参数配置的功能;
  • 负责UE移动性管理相关的测量、控制等功能

二、RRC状态

1.RRC_IDLE

PLMN选择;

NAS配置的DRX过程;

系统信息广播和寻呼;

邻小区测量;

小区重选的移动性;

UE获取一个TA区内的唯一标识;

eNB内无终端上下文

2.RRC_CONNECTION

网络侧有UE的上下文信息;

网络侧知道UE所处小区;

网络和终端可以传输数据;

网络控制终端的移动性;

邻小区测量;

存在RRC连接:

UE可以从网络侧收发数据,监听共享信道上指示控制授权的控制信令;

UE可以上报信道质量给网络侧;

UE可以根据网络配置进行DRX

三、RRC协议承载------SRB(signaling radio bearers---信令无线承载)

四、RRC连接建立过程

连接建立原因:处于IDLE状态下的UE需转变为连接状态时发起该过程,如:呼叫、响应寻呼、TAU、Attach等。

Step1:RRC连接请求:UE通过UL_CCCH在SRB0上发起,携带UE的初始(NAS)标识和建立原因等,该消息对应于随机接入过的Msg3;

Step2:RRC连接建立:eNB通过DL_CCCH在SRB0上发送,携带SRB1的完整配置信息,该消息对应随机接入过程的Msg4;

Step3:RRC连接建立完成:UE通过UL_DCCH在SRB1上发送,携带上行方向NAS消息,如Attach Request、TAU Request、Service Request、Detach Request等,eNB根据这些消息进行S1口建立。

五、RRC连接建立失败过程

上述四中,Step2中,如果eNB拒绝为UE建立RRC连接,则通过DL_CCCH在SRB0上回复一条RRC连接拒绝消息。

六、RRC连接重建过程

当处于RRC连接状态但出现切换失败、无线链路失败、完整性保护失败、RRC重配置失败等情况时,触发重连过程。

Step1:RRC连接重建请求:UE通过UL_CCCH在SRB0上发起,携带UE的初始AS层初始标识信息和重建立原因,该消息对应随机接入过程的Msg3;

Step2:RRC连接重建:eNB通过DL_CCCH在SRB0上回复,携带SRB1的完整配置信息,该消息对应随机接入过程的Msg4;

Step3:RRC连接重建立完成:UE通过UL_DCCH在SRB1上发送,不携带任何实际信息,只起到RRC层确认的功能。

七、RRC连接重建拒绝过程

上述Step2中,如果eNB中没有UE的上下文信息,则拒绝为UE重建RRC连接,则通过DL_CCCH在SRB0上回复一条RRC连接重建立拒绝消息。

八、RRC连接重配置过程

当需要发起对SRB和DRB的管理、低层参数配置、切换执行和测量控制时,触发连接重配置过程。

Step1:RRC连接重配置:eNB通过DL_CCCH在SRB1上发送,根据功能的不同携带不同的配置信息内容,一条消息中可以携带体现多个功能的信息单元;

Step2:RRC连接重配置完成:UE通过UL_DCCH在SRB1上发送,不携带任何实际信息,只起到RRC层确认的功能。

九、RRC连接重配置异常过程

若UE无法执行RRC连接重配置消息中的内容,则UE回退到收到该消息前的配置,并发起RRC连接重建立过程。

十、 RRC连接释放过程

当网络希望解除于UE的RRC连接时,触发RRC连接释放过程。

RRC连接释放:eNB通过DL_DCCH在SRB1上发送,可选择携带重定位信息和专用优先级分配信息(用于控制UE的小区选择和小区重选)。

本地释放:某些情况下,UE的RRC层根据NAS层的指示主动释放RRC连接,不通知网络侧而主动进入空闲状态,如NAS层鉴权过程中没有通过鉴权检查。

十一、4/5G信令过程对比

|-------------------|-----------------|---------------------------------------------------------|---------------------------------------------------------------|
| | | 4G | 5G |
| UE/gNB/AMF状态管理 | 注册状态 | 均包含注册态和去注册态 ||
| UE/gNB/AMF状态管理 | 连接状态NAS层 | CM_IDLE和CM_CONNECTED ||
| UE/gNB/AMF状态管理 | 连接状态AS层(RRC) | IDLE和CONNECTED | IDLE、CONNECTED和INACTIVE |
| 开机注册 | | attach过程 | register过程 |
| RRC连接建立、重配置、释放、修改 | | 相同,5G的RRC流程 最终在18年9月确定 ||
| 业务发起 | IDLE态发起 | 4G service request | 5G service request |
| 业务发起 | CONNECTED态发起新业务 | 4G ERAB建立或修改 | 5G PDU session建立或修改 |
| 双连接(DC) | | 4/5G DC信令过程与4G基本相同,差别在消息信元上; 4/5G DC由于增加5GC的原因,增加了option 4和option 7的典型DC,导致整体上更加复杂。 ||
| 切换 | | 4/5G基本切换,除去由于核心网网元变化引入的差别,大体流程相同; DC情况下的移动性由于DC方式,产了伴随切换的DC激活和去激活 ||
| 位置更新 | | TAU | register update和RAN notification area update(用于RRC inactive态) |
| 寻呼 | | MME(Mobility Management Entity)发起(广播更新发起寻呼用于读广播,不算真正寻呼) | gNB和AMF发起寻呼,用于RRC inactive态和IDLE态的UE |

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