TDSCDMA 话音呼叫流程信令浅析.docx
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TDSCDMA话音呼叫流程信令浅析
TD-SCDMA话音呼叫流程信令浅析
摘要:
TD-SCDMA话音呼叫流程信令解析
关键词:
信令
随着移动通信的迅速发展,移动通信用户快速增加,移动通信的网络日趋复杂,网络的日常维护、网络故障的定位、网络故障的排除也日趋困难。
一旦有通信故障,就会产生大面积的影响。
信令是建立通信的前提,信令就像网络的脉搏一样,通过对呼叫流程中的信令进行分析可以洞察到网络中存在的问题,对于网络建设与网络维护部门来说能否在出现通信故障时,快速定位故障点,从而在最短时间内排除故障,就显得日益重要。
下面的内容我就对华为DRNC820中发起语音呼叫时所跟踪到的信令来对TD的语音呼叫流程作一个简要的解析。
一个典型的语音呼叫流程通常是分为:
主叫流程,被叫流程及释放流程。
1主叫流程:
通常又由RRC(RadioResourceControl:
无线资源管理)连接建立流程、初始直接传输建立信令连接、安全控制、建立RAB(RadioAccessBearer:
无线接入承载,用于用户面)、准备通话这几个过程来完成。
1.1RRC连接建立流程:
当RNC(RadioNetworkController:
无线网络控制器)接收到UE(UserEquipment:
用户设备)的RRC连接建立请求消息后,由RRM(RadioResourceManagement:
无线资源管理模块)根据特定的算法确定是接受还是拒绝该RRC连接建立请求,如果接受,则再判决是建立在专用信道还是公共信道。
RRC连接建立使用的信道不同,RRC连接建立流程也不一样。
当RRC连接建立在专用通道时,需要UE、RNC、NODEB(即基站)三者之间协商与数据同步,确定连接所需要的无线链路资源;当RRC连接建立在公共信道上时,因为用的是已经建立好的小区公共资源,所以无需建立无线链路和用户面的数据传输承载。
图1.1RRC连接建立在公共信道流程图
1.11UE处于空闲模式下,当UE的非接入层请求建立信令连接时,UE将发起RRC连接建立过程。
每个UE最多只有一个RRC连接。
首先UE在上行CCCH(CommonControlChannelCCCH:
公共控制信道)上发送一个建立连接请求消息RRC_RRC_CONNECT_REQ,请求建立一条RRC连接。
主要参数为:
InitialUE-Identity(初始的UE标识,如IMSI,TMSI等参数)用来让网络识别发送该建立请求消息的UE;Establishmentcause(建立原因)有多种类型,但UE每次只能选择其一;ProtocolErrorIndicator(协议错误标识)用来标明是否有协议错误发生;测量消息:
给出在Uu接口(即常说的空中接口或是无线接口)上的测量结果。
1.12RNC在下行CCCH上向UE发送连接建立消息RRC_RRC_CONN_SETUP。
主要参数:
UEIE(InformationElement:
信息单元);RB(radiobearer:
无线承载)信息;TrCH(TransportChannel传输信道)IE;上行传输信道;下行传输信道;物理信道IE;UL(上行)无线资源和DL(下行)无线资源。
1.13UE在上行DCCH(DedicatedControlChannel:
专用控制信道)上向RNC发送RRC连接建立完成消息RRC_RRC_CONNECT_SETUP_CMP。
主要参数:
RRCtransactionidentifier(RRC事务标识);STARTlist(开始列表,包含CN域标识和开始值列表信息);UEradioaccesscapability(UE无线接入特性);UEradioaccesscapabilityextension(UE无线接入特性扩展);UEsystemspecificcapability(UE系统特性);至此RRC连接建立过程结束。
1.2初始直接传输建立信令连接:
RRC连接建立成功后,UE向CN(CoreNetwork:
核心网)发送初始直传消息,建立业务呼叫。
图1.2初始直传流程图
1.21UE生成初始直传消息RRC_INIT_DIRECT_TRANSF发送到网元NodeB。
请求建立业务呼叫。
NodeB收到消息RRC_INIT_DIRECT_TRANSF,生成含有初始直传消息的DCH(专用传输信道)数据帧,发送到网元RNC。
1.22RNC收到并处理含有初始直传消息的DCH数据帧,分配Iu(Iu口是指RNC与CN的接口)链路信令连接标识,组装成Iu口的初始直传消息RANAP_INITIAL_UE_MESSAGE,发送到网元CN。
在这条消息当中,就包括了CS(即语音业务)的位置更新请求及PS的ATTACH请求(即数据业务接入请求)。
1.23CN收到并处理消息RANAP_INITIAL_UE_MESSAGE,生成响应消息RANAP_COMMON_ID发送到网元RNC,其中携带了PermanentNASUEIdentity参数。
RNC将这个参数和用户的RNTI(radionetworktemporaryidentity:
无线网络临时标识)对应起来。
至此,直传过程结束。
1.3安全控制:
也即是鉴权加密的过程
图1.3鉴权加密流程图
1.31CN生成消息初始直传消息RRC_INIT_DIRECT_TRANSF(消息包含了Identity-Request)发送到网元RNC。
1.32RNC收到消息RRC_INIT_DIRECT_TRANSF,生成下行直传消息RRC_DL_DIRECT_TRANSF,组成含有Identity-Request的下行直传消息的DCH数据帧,发送到网元NodeB。
NodeB收到DCH数据帧,取出其中携带的消息RRC_DL_DIRECT_TRANSF发送到网元UE。
1.33UE收到消息RRC_DL_DIRECT_TRANSF(Identity-Request),根据RAND(随机消息)计算出三个参数:
RES(SIM卡中的鉴权响应参数)、CK(加密密钥)和IK(完整性保护密钥),将新的CK和IK写入SIM卡中。
UE发送上行直传消息RRC_UL_DIR_TRANSF(含有Identity-Response信息)到网元NodeB,其中携带着UE新计算出来的nas-Message。
NodeB收到含有鉴权响应的消息RRC_UL_DIR_TRANSF,组成含有Identity-Response信息上行直传消息的DCH数据帧发送到网元RNC。
1.34RNC收到并处理DCH数据帧,生成消息RANAP_DIRECT_TRANSFER(含有Identity-Response),发送到网元CN。
1.35CN收到并处理消息RANAP_DIRECT_TRANSFE(Identity-Response)。
CN根据消息中的RES信息进行判断:
●若判断结果为不正确,且不需要进行身份认证,则生成消息REJECT发送到网元RNC,转到RRC释放流程。
●若判断结果为不正确,且需要进行身份认证,则生成消息Identity-Request发送到网元RNC,发起身份认证过程,认证成功后进行再次鉴权,否则发起RRC释放流程。
●若判断结果为正确,且需要进行安全性控制,则生成消息安全模式校验消息RANAP_SECURITY_MODE_COMMAND发送到网元RNC,以实现加密和完整性检查过程。
●若判断结果为正确,但不需要进行安全性控制,CN向RNC发送RANAP_DIRECT_TRANSFER(含有location-updating-accept等表接受的消息),RNC收到后通过DCH数据帧将消息转发给NodeB,NodeB向UE发送RRC_DL_DIRECT_TRANSF(含有location-updating-accept信息),鉴权过程结束。
1.36RNC收到并处理消息RANAP_SECURITY_MODE_COMMAND,完成对RLC(RadioLinkControl:
无线链路控制)和MAC(MediaAccessControl:
介质访问控制子层协议)实体进行参数配置,并生成含有SecurityModeCommand的DCH数据帧发送到网元NodeB,NodeB收到DCH数据帧,取出其中携带的消息RRC_SECURITY_MODE_CMD发送到网元UE。
1.37UE收到并处理消息RRC_SECURITY_MODE_CMD,UE根据是否支持加密算法和完整性检查算法进行判断:
●如果判断结果为不支持,则生成消息RRC_SECURITY_MODE_FAI发送到网元NodeB,加密过程失败。
●如果判断结果为支持,则生成消息RRC_SECURITY_MODE_CMP发送到网元NodeB。
NodeB收到消息RRC_SECURITY_MODE_CMP,生成含有SecurityModeComplete的DCH数据帧发送到网元RNC。
1.38RNC收到并处理DCH数据帧,生成认证完成的消息RANAP_SECURITY_MODE_COMPLETE发送到网元CN,加密过程结束。
1.4建立RAB:
RAB(RadioAccessBearer)是指用户平面的承载,用于UE和CN之间传送语音,数据及多媒体业务。
当用户发起呼叫之后就要建立RAB连接,要进入这一流程的前提条件是UE已经建立RRC连接,并且已经通过CN鉴权。
图1.4RAB建立流程图
1.41CN生成消息RANAP_RAB_ASSIGNMENT_REQ发送到网元RNC,消息中携带QoS参数,用户平面模式等信息,CS域还包括TransportLayerAddress、BindingID等信息。
RNC收到并处理RAB指配请求消息RANAP_RAB_ASSIGNMENT_REQ,RNC根据消息中的参数,进行接纳控制:
若判断结果为拒绝接纳,则向CN发送带有失败指示的RAB分配信息RANAP_RAB_ASSIGNMENT_RESP,CN会发起信令连接释放流程,转到RRC释放流程;若判断结果为接纳,则RNC为其分配相应的L1和L2参数,并生成消息ALCAP(AccessLinkControlApplicationProtocol:
接入链路控制应用协议)IuEstablishrequest发送到网元CN。
CN收到并处理消息ALCAPIuEstablishRequest,生成消息ALCAPIuEstablishConfirm并发送到网元RNC。
RNC收到并处理消息ALCAPIuEstablishConfirm,将Iu数据传输承载与RAB捆绑在一起。
RNC生成无线链路重新分配准备消息NBAP_RL_RECFG_PREP发送到网元NodeB,携带无线链路的物理信道信息(RL功率等功控信息)和传输信道信息(上下行传输信道的TFS/TFCS,以及其映射的DPCH的时隙/码/midamble位移等信息),实现通知NodeB为新的无线承载预留资源的目的。
1.42NodeB收到并处理消息NBAP_RL_RECFG_PREP。
NodeB根据需要预留的资源进行判断:
如果不能完成无线链路分配,生成无线链路重分配失败消息NBAP_RL_RECFG_FAI发送到网元RNC,转到RRC释放流程;如果能够完成无线链路分配,生成消息无线链路重分配准备完成的消息NBAP_RL_RECFG_READY发送到网元RNC,消息中携带TransportLayerAddress、BindingID等信息。
1.43RNC收到并处理消息NBAP_RL_RECFG_READY,生成消息ALCAPIubEstablishRequest发送到网元NodeB,以实现建立Iub数据传输承载的目的。
NodeB收到并处理消息ALCAPIubEstablishRequest,生成消息ALCAPIubEstablishConfirm发送到网元RNC。
RNC收到并处理消息ALCAPIubEstablishConfirm,生成DownlinkSynchronisation控制帧发送到网元NodeB,以实现传输信道同步的目的。
NodeB收到并处理DownlinkSynchronisation控制帧,生成UplinkSynchronisation控制帧发送到网元RNC,报告RNC下行同步帧的到达时间ToA,RNC根据ToA对时间进行调整,达到DCH帧的下行同步。
1.44RNC收到并处理UplinkSynchronisation控制帧,完成传输信道同步后,生成无线链路重分配完成的消息NBAP_RL_RECFG_COMMIT发送到网元NodeB,消息中携带启动时间,指示NodeB在启动时间(CFN)开始使用新的无线链路配置。
RNC完成以上过程后,生成含有无线链路建立消息RRC_RB_SETUP的DCH数据帧发送到网元NodeB,消息中携带RB信息(业务RB),启动时间(CFN),以及无线链路的物理信道信息和传输信道信息(包括功控信息,TFS/TFCS,时隙/码等)。
1.45NodeB收到DCH数据帧,取出其中携带的消息RRC_RB_SETUP发送到网元UE。
UE收到并处理消息RRC_RB_SETUP。
UE按照消息中的内容判断:
若判断结果为无法接受新的无线配置,UE生成无线链路建立失败消息RRC_RB_SETUP_FAI发送到网元NodeB,转到RRC释放流程;若判断结果为可以接受新的无线配置,UE将和NodeB/RNC在同一启动时间(CFN)同时启动新的TFS和TFCS。
UE使用新的TFS和TFCS后,生成无线承载链路建立完成消息RRC_RB_SETUP_CMP发送到网元NodeB。
NodeB收到消息RRC_RB_SETUP_CMP,生成DCH(RRC_RB_SETUP_CMP)数据帧发送到网元RNC。
1.46RNC收到并处理DCH(RRC_RB_SETUP_CMP)数据帧,RNC的用户平面生成INITIALISTATION控制帧发送到网元CN,发起IU接口用户平面初始化。
CN收到并处理消息INITIALISTATION控制帧,完成IU接口用户面的初始化后,生成INITIALISTATIONACK控制帧发送到网元RNC。
RNC收到并处理INITIALISTATIONACK控制帧,生成无线承载链路重分配响应消息RANAP_RAB_ASSIGNMENT_RESP发送到网元CN,消息中带有成功指示。
网元CN收到并处理消息RANAP_RAB_ASSIGNMENT_RESP,RAB建立完成。
2、主叫流程:
UE完成RRC连接、鉴权、RAB连接之后,可顺利进入呼叫流程。
图2.1语音呼叫(主叫)流程图
2.1UE在获得鉴权通过的结果后,生成消息RRC_UL_DIR_TRANSF发送到网元NodeB。
RRC_UL_DIR_TRANSF消息中包含NAS域信息和NAS消息NodeB收到RRC_UL_DIR_TRANSF消息,生成DCH数据帧发送到网元RNC。
2.2RNC收到DCH数据帧,生成含有呼叫建立信息的消息RANAP_DIRECT_TRANSFER,发送到网元CN。
而其中的SETUP消息中包含了会话标识,承载能力,被叫方号码,被叫方子地址等信息。
2.3CN收到并处理消息RANAP_DIRECT_TRANSFER,生成含有CALLPEOCEEDING的消息RANAP_DIRECT_TRANSFER发送到网元RNC。
表示建立呼叫需要的全部信息已经得到。
2.4RNC收到消息RANAP_DIRECT_TRANSFER(含有CALLPEOCEEDING),生成DCH(RRC_DL_DIRECT_TRANSF)数据帧发送到网元NodeB。
NodeB收到DCH数据帧,取出其中携带的消息RRC_DL_DIRECT_TRANSF发送到网元UE。
UE收到并处理消息RANAP_DIRECT_TRANSFER(CALLPEOCEEDING),等待CN发起RAB的建立。
2.5RAB建立完成,被叫方触发振铃发送到CN,则CN生成含有ALERTING信息的消息RANAP_DIRECT_TRANSFER发送到网元RNC。
2.6RNC收到RANAP_DIRECT_TRANSFER(含有ALERTING)消息,生成RRC_DL_DIRECT_TRANSF(含有ALERTING)消息,组成DCH数据帧发送到网元NodeB。
NodeB收到DCH数据帧,取出其中携带的消息RRC_DL_DIRECT_TRANSF(含有ALERTING)发送到网元UE.UE收到并处理消息RRC_DL_DIRECT_TRANSF(含有ALERTING)。
2.7CN生成含有CONNECT信息的消息RANAP_DIRECT_TRANSFER发送到网元RNC。
2.8RNC收到RANAP_DIRECT_TRANSFER(含有CONNECT)消息,生成消息RRC_DL_DIRECT_TRANSF(含有CONNECT),组成DCH数据帧发送到网元NodeB。
NodeB收到DCH数据帧,取出其中携带的消息RRC_DL_DIRECT_TRANSF(CONNECT),发送到网元UE.
2.9UE收到并处理消息RRC_DL_DIRECT_TRANSF(CONNECT),生成含有CONNECTACK信息的消息RRC_UL_DIR_TRANSF发送到网元NodeB。
NodeB收到消息RRC_UL_DIR_TRANSF(CONNECTACK),生成DCH数据帧发送到网元RNC。
2.10RNC收到并处理DCH数据帧,生成RANAP_DIRECT_TRANSFER(CONNECTACK)消息发送到网元CN。
CN收到RANAP_DIRECT_TRANSFER(CONNECTACK)消息,此流程结束。
2、被叫流程:
是由CN生成消息Paging发送到网元RNC。
RNC收到并处理消息Paging,生成PCH数据帧发送到网元NodeB,其中携带PagingType1消息(当UTRAN(即陆地无线接入网络)收到某个CN域(CS域或PS域)的寻呼消息时,首先判断UE是否与另一个CN域建立了信令连接,如果没有建立信令连接,那么UTRAN只能知道UE当前所在的服务区,并通过寻呼控制信道将寻呼消息发送给UE,这就是PagingType1消息)。
NodeB收到PCH数据帧,取出其中的PagingType1消息发送到网元UE。
UE收到并处理PagingType1消息,完成RRC(DCH)建立过程。
之后就是直传、鉴权、RAB建立、通话建立的过程。
3、释放流程也是分多种,有RRC释放、RAB释放、Iu释放等。
3.1RRC释放:
通常在有网络拒绝会发起RRC释放,RRC连接释放后,UE进入IDLE模式,Iu接口信令连接、RAB、RB及其他资源都会被释放。
3.2RAB释放:
当CN认为某个业务完成或出现异常时,CN发起RAB释放。
RAB释放过程可以由UE/CN触发,也可以由UTRAN触发。
释放的过程中,该业务对应的RB也会被释放。
3.3IU释放:
业务(语音或数据业务)结束后,CN向RNC发送IU释放命令,释放所有资源包括IU口资源、RB资源和RAB资源。
不同的业务类型,信令流程内容也是有差别的,但通常都是要经过RRC连接、鉴权、RAB建立、释放的过程,只是其中所携带的消息内容不同。
对于DRNC820来说,通常跟踪到的就是以上提到的信令,具体里面所携带的具体信息,有待我们进一步的去了解。
参考文献:
1、〈〈3G/B3G网络核心技术与应用〉〉
2、〈〈TD-SCDMA系统技术培训手册〉〉
3、〈〈TD-SCDMA信令流程教程〉〉
4、〈〈TD-SCDMA基本信令流程〉〉
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- TDSCDMA 话音呼叫流程信令浅析 话音 呼叫 流程 浅析