WCDMA的呼叫流程分析
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WCDMA的呼叫流程分析
一、概述
当前,第三代移动通信系统已经越来越成为人们关注的焦点,作为两大主流体制之一
的WCDMA系统将在未来全球移动通信市场扮演重要的角色。对无线通信系统来说,一个呼叫能否建立是一个很重要的问题。呼叫的建立涉及无线网络中的很多网络元素,是通信系统
的基本功能。对WCDMA系统的呼叫流程进行分析将有助于整个系统的测试和维护。本文主要介绍电路交换(CS)和分组交换(PS)两种业务的呼叫流程,并进行对比分析。
二、WCDMA的系统结构
本节我们将介绍一下WCDMA的系统结构及协议栈结构。对呼叫流程中将涉及的网络元素
和协议层我们将重点描述。
从功能上,WCDMA系统由三部分组成:CN(核心网)、UTRAN(UMTS地面接入网)和UE (用户设备)。CN负责处理与外部网络之间的呼叫和数据连接的交换和路由选择。UTRAN处理所有与无线接入相关的功能。UE则是与用户的接口。CN与UTRAN之间的接口称为Iu接口,UTRAN与UE之间的接口称为Uu接口。
WCDMA的系统结构,其中UTRAN是由一个或多个无线网络子系统(RNS)组成。一个RNS 由一个无线网络控制器(RNC)和一个或多个Node B组成。RNC可以通过Iur接口与另一个R NC相连。RNC与Node B之间通过Iub接口相连。
在这里我们介绍的呼叫流程是从UE与CN之间的端到端的呼叫流程,其中包括UE主动发
起呼叫(我们通常称之为UE起呼)和UE接受呼叫(UE被呼)。由于呼叫的另一端可能为PS TN、PLMN、ISDN等不同网络系统终端,将涉及有线或无线网络之间的消息交互,我们将不在此介绍。
下面给出了WCDMA系统的协议栈,我们将简要介绍一下呼叫流程中可能涉及到的协议模
块。与无线接入无关的高层协议模块我们通称为非接入层(NAS),NAS层存在于UE和CN中,主要处理与业务相关的功能。物理层我们称之为L1层。在Uu接口上,物理层是WCDMA系统
中重要的部分,主要处理无线数据的传输。而Iub、Iu以及Iur接口是有线连接的,物理层
通常是指光纤、电缆等物理连接实体。媒体接入控制(MAC)和无线链路控制(RLC)协议
属于第二层(L2),主要提供数据的传输和交换。无线资源控制(RRC)协议主要完成无线
资源的管理和分配。其中Node B的RRC、RLC、MAC模块仅完成系统广播功能,大部分无线资
源管理功能都在RNC中实现。Node B应用部分(NBAP)主要处理Iub接口的信令,FP则处理
各接口的数据传输。无线接入网应用部分(RANAP)和网络业务接入点(RNSAP)协议分别
处理Iu以及Iur接口的信令传输。在呼叫流程中主要涉及Uu、Iub以及Iu接口及相关协议模
块,我们主要介绍与WCDMA无线接入相关的部分,其他如RNC与Node B、RNC与CN之间有线传输(在Release99协议中采用ATM传输)采用的均是通用的传输方式,我们将不再介绍。
三、呼叫处理流程
在介绍呼叫处理流程之前,我们首先要了解几个概念:
RRC连接。RRC连接是UE与UTRAN的RRC协议层之间建立的一种双向点到点的连接。对一
个UE来说,至多存在一条RRC连接。RRC连接在UE与UTRAN之间传输无线网络信令,如进行无线资源的分配等等。RRC连接在呼叫建立之初建立,在通话结束后释放,并在期间一直维持
。
Iu信令连接。如果说RRC连接建立了UE与UTRAN之间的信令通路,那么Iu信令连接则是
建立了UE与CN之间的信令通路。Iu信令连接主要传输UE与CN之间非接入层信令。在UTRAN中,非接入层信令是通过上下行直接传输信令透明传输的。
鉴权。出于网络安全性能考虑,在呼叫建立时,网络必须对UE进行鉴权。
无线接入承载(RAB)。RAB可以看作是UE与CN之间接入层向非接入层提供的业务,主
要用于用户数据的传输。RAB直接与UE业务相关,它涉及接入层各个协议模块,在空中接口
上,RAB反映为无线承载(RB)。
无线承载(RB)。RB是UE与UTRAN之间L2向上层提供的业务。上面我们提到的RRC连接
也可以看作是一种承载信令的RB。
无线链路(RL)。无线链路是指一个UE和一个UTRAN接入点之间的逻辑连接,它在物理
实现上通常是由一到多个无线承载传输组成。在UE与一个UTRAN接入点(通常指小区)之间
最多存在一条无线链路。
1、CS起呼流程
电路交换业务起呼流程主要有以下几个基本过程:
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,业务类型等等。UTRAN接收到该消息后
,根据网络情况分配无线资源,并在RRC CONNECTION SETUP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。
RRC连接建立有两种情况:公共信道上的RRC连接建立和专用信道上的RRC连接建立。两
者的区别在于RRC连接使用的传输信道不同,因而连接建立的流程有所区别。
公共信道上的RRC连接建立
专用信道上的RRC连接建立
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R
RC发送INITIAL DIRECT TRANSFER消息,在该消息中包含非接入层的信息(CM SERVICE RE QUEST)。RNC接收到该消息后,RNC的RANAP发送INITIAL UE MESSAGE,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DOWNLINK DIRECT TRANSFER和UPLINK DIRECT TRANSFER消息进行。具体流程如下图所示:
第三步,鉴权。Iu信令连接建立后,CN需要对UE进行鉴权。鉴权是非接入层功能,在
UTRAN中透明传输。具体操作见第二步的流程中3-6消息内容。
第四步,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)。
需要注意的是,4-8条消息若在RRC连接建立中建立了无线链路,则需要进行上述无线