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。