1、寬帶交換技術Iu接口RANAP信令協(xié)議研究姓 名： 隊 別： 指導老師：Iu接口RANAP信令協(xié)議研究簡介：Iu接口是UMTS系統(tǒng)中，核心網(wǎng)CN和接入網(wǎng)UTRAN之間的接口，主要負責傳遞非接入層的廣播信息、用戶信息、控制信息及控制Iu接口的數(shù)據(jù)傳遞。其中，Iu接口的無線網(wǎng)絡層信令協(xié)議RANAP負責Iu接口上CN和RNC之間的信令交互，它可以透明地在CN和UE之間傳送消息而不需要UTRAN解釋、處理。此協(xié)議的功能有：RAB管理、NAS消息流程的透明傳輸、尋呼、安全模式控制和位置信息報告。本文將針對RANAP的協(xié)議結構、信令流程進行介紹。1. 概述RANAP無線接入網(wǎng)絡應用（Radio Acces

2、s Network Application Part）是七號信令系統(tǒng)用戶層信令，是UMTS陸地無線接入網(wǎng)UTRAN與核心網(wǎng)CN之間的Iu接口協(xié)議。UMTS通用移動通信系統(tǒng)（Universal Mobile Telecommunications System）作為無線技術采用WCDMA的第三代移動通信系統(tǒng)，它主要由三部分組成，無線接入網(wǎng)、Iu接口和核心網(wǎng)。其標準化工作由3GPP（3rd Generation Partnership Project）組織完成，目前為止推出四個版本，即R99、R4、R5和R6。2. Iu接口2.1. Iu接口概述Iu接口定義在核心網(wǎng)和UTRAN的交界處，對Iu接口而

3、言，UTRAN的接入點為一個RNC（Radio Network Controller）。連接到核心網(wǎng)電路交換（CS）域的Iu接口稱為Iu-CS；連接到分組交換（PS）域的稱為Iu-PS；連接到廣播（Broadcast，BC）域的稱為Iu-BC。區(qū)分Iu-CS和Iu-PS這兩個接口意味著到電路交換和到分組交換將使用不同的信令和用戶數(shù)據(jù)連接。每個CN接入點可以連接一個或者多個UTRAN接入點。對于CS域和PS域，每個UTRAN接入點只能連接到每個CN域中的一個CN接入點；對于BC域，每個UTRAN接入點可連接到一個或者多個CN接入點。Iu接口可以支持的功能包括：無線接入承載的建立、維護和釋放過程；

4、系統(tǒng)內(nèi)切換、系統(tǒng)間切換和SRNS重定位過程；小區(qū)廣播服務過程；與特定UE無關的一系列通用過程；為了用戶特定信令管理，每個UE在協(xié)議等級上的分離過程；UE和CN之間非接入層（Non Access Stratum， NAS）信令消息的傳遞過程；從CN到UTRAN請求的位置服務和從UTRAN到CN的位置信息的傳遞過程以及提供單個UE同時接入到多個CN域和分組數(shù)據(jù)流和資源預留機制等。2.2. Iu接口協(xié)議結構Iu接口協(xié)議棧的所有域可分為無線網(wǎng)絡層和傳輸網(wǎng)絡層。在無線網(wǎng)絡層中，對于PS域和CS域，Iu接口協(xié)議棧分為控制平面和用戶平面。對應的協(xié)議是RANAP和Iu接口用戶平面（Iu UP， Iu User

5、 Plane）幀協(xié)議。對于BC域，不區(qū)分控制平面和用戶平面。對應的協(xié)議是服務區(qū)廣播協(xié)議（SABP， Service Area Broadcast Protocol）。RANAP包括在CN和UTRAN之間所有過程的處理機制。它能夠在CN和UE之間透明地傳輸消息，而不需要UTRAN進行解釋和處理。在Iu接口上，RANAP具有觸發(fā)來自CN的UTRAN過程（如尋呼）、移動專用信令管理的每個UE協(xié)議等級上的分離過程、非接入層信令的透明傳輸、通過專用的SAP域?qū)Σ煌愋偷腢TRAN無線接入承載的請求和實現(xiàn)SRNS的重定位等功能。其中，RANAP的Iu-CS協(xié)議結構如圖2.2所示，lu-PS的協(xié)議結構如圖2

6、.3所示，Iu-BC的協(xié)議結構如圖2.4所示。我們這次主要研究的RANAP協(xié)議是Iu-CS控制平面中的。圖2.2 Iu-CS接口協(xié)議結構圖2.3 Iu-PS接口協(xié)議結構圖2.4 Iu-BC接口協(xié)議結構3. RANAP信令協(xié)議3.1. RANAP服務RANAP提供UTRAN和CN的信令服務。根據(jù)業(yè)務接入點（SAP）類型的不同，RANAP服務分為3種：（1） 通用控制服務：與RNC和邏輯CN域之間的整個Iu接口實例有關，通過通用控制SAP接入CN，使用Iu信令承載提供的無連接信令來傳遞。（2） 通告服務：與特定的UE或規(guī)定區(qū)域的所有UE有關，通過通告SAP接入CN，使用Iu信令承載提供的無連接信令

7、傳遞。（3） 專用控制服務：與一個特定的UE有關，通過專用控制SAP接入CN。提供這些服務的RANAP功能與UE的Iu信令連接相關聯(lián)，使用Iu信令承載提供的面向連接信令來實現(xiàn)。信令傳遞將為RANAP提供兩類不同的業(yè)務模式：（1） 面向連接數(shù)據(jù)傳遞服務：這種業(yè)務由RNC和CN域之間的信令連接來支持，根據(jù)需要動態(tài)地建立和釋放信令連接，每個激活的UE都有自己的信令連接，信令連接提供按序傳遞RANAP消息的功能。如果信令連接中斷，RANAP將會被告知。（2） 無連接數(shù)據(jù)傳遞服務：在RANAP消息不能到達對等的RANAP實體的情況下，RANAP將會被告知。3.2. RANAP的主要功能（1） 重定位服務

8、RNC（SRNC， Serving RNC），將SRNC的功能和相關的Iu資源（RAB和信令連接）從一個RNC轉(zhuǎn)移到另一個RNC中。（2） RAB管理，進行RAB的建立、修改和釋放的管理。（3） RAB的建立進行排隊，將某些請求的RAB置于隊列，并向等實體指示。（4） 請求釋放RAB，當CN的功能中包括RAB管理時，RNC可以請求釋放RAB。（5） 釋放所有Iu資源，用于釋放與一個Iu連接相關的所有資源。（6） 請求釋放所有Iu資源，雖然Iu的釋放是由CN管理的，但是UTRAN可以請求釋放相應Iu連接中的所有Iu資源。（7） SRNS上、下文前轉(zhuǎn)功能，當數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)時發(fā)生系統(tǒng)間切換，這個功能負責

9、將SRNS上、下文從RNC發(fā)送到CN。（8） Iu接口上的過載控制，允許調(diào)整Iu接口上的負載。（9） Iu復位，用于對Iu接口復位。（10） 向RNC發(fā)送UE標識，CN可以給RNC發(fā)送UE Common Id（永久的NAS UE識別）。（11） 尋呼用戶，CN具有尋呼UE的能力。（12） 控制對UE活動的跟蹤，允許對一特定的UE設置跟蹤模式，也可以激活以前建立的跟蹤。（13） UE和CN之間傳送NAS消息，將初始NAS信令消息在UE和CN之間透明地傳送。（14） 控制UTRAN中的安全模式，用于發(fā)送密鑰給UTRAN，并設置安全操作模式。（15） 控制位置報告，允許CN設置模式使UTRAN報告U

10、E的位置。（16） 位置報告，將實際的UE位置信息從RNC傳送到CN。（17） 數(shù)據(jù)量報告，報告在UTRAN上對特定RAB未成功傳送的DL數(shù)據(jù)量。（18） 一般錯誤狀態(tài)的報告。允許報告一般的差錯情況。（19） 位置相關數(shù)據(jù)。允許CN要么從RNC的解密密鑰（要被轉(zhuǎn)發(fā)到UE的）中取回廣播協(xié)助數(shù)據(jù)，要么請求RNC去發(fā)送協(xié)助數(shù)據(jù)到UE。（20） 信息傳遞。允許CN傳遞信息到RNC。3.3. RANAP過程RANAP的所有功能都是由一個或者多個基本過程（Elementary Procedures， EP）來實現(xiàn)的。RANAP基本過程分為3類：Class 1：帶響應的基本過程（成功或失敗）。Class 2

11、：不帶響應的基本過程（認為總是成功）。Class 3：可能有多個響應的基本過程，響應消息同時報告請求成功、不成功的輸出和關于請求的臨時狀態(tài)信息。在基本過程間要遵循下列原則：（1） 復位過程較所有的其它EP有較高的優(yōu)先級。（2） 除復位過程外復位資源過程較所有的其它EP有較高的優(yōu)先級。（3） 除復位過程和復位資源過程外Iu釋放過程較所有的其它EP有較高的優(yōu)先級。3.3.1. RAB分配（Radio Access Bearer Assignment）RAB：Radio Access Bearer，無線接入承載，用于整個UTRAN為完成某個業(yè)務向上層提供的包括各層協(xié)議實體在內(nèi)相互連接而形成的傳輸通道

12、。RAB可以看作是UE與CN之間接入層向非接入層提供的業(yè)務， UE與CN之間使用RAB來傳送語音，數(shù)據(jù)，多媒體等業(yè)務信息，一個業(yè)務只能有一條RAB連接。RAB分配由CN側(cè)發(fā)起，但CN只是確定RAB ID的值和相關的RAB參數(shù)，由RNC執(zhí)行請求，分配用戶平面資源，并利用一個或多個應答向CN返回結果。屬于有應答、面向連接型基本過程。在分配過程中有一個傳輸控制面和用戶面的建立過程（Q.AAL2建立過程和IUUP的初始化過程），當RAN收到用戶面建立證實消息ESTABLISH CONFIRM后才會發(fā)起RAB分配響應消息RAB ASSIGNMENT RESPONSE。圖3.1 RAB分配3.3.2. R

13、AB釋放請求（RAB Release Request）RNC使用該過程向CN請求對相應RAB資源的釋放，屬于無應答、面向連接型基本過程。當RNC側(cè)檢測到RAB ID對應的用戶平面資源發(fā)生了故障，一般情況下會向CN發(fā)起RAB釋放請求消息。圖3.2 RAB釋放請求3.3.3. Iu釋放請求（Iu Release Request）該過程用于RNC向CN請求釋放和特定UE連接的Iu資源。這是由于UTRAN的原因引起的，如“操作用戶干預”、“用戶休止”、“RNC和UE的連接丟失”等。Iu釋放請求過程屬于無應答、面向連接型。圖3.3 Iu釋放請求3.3.4. Iu釋放（Iu Release）該過程用于釋放

14、Iu連接以及與此Iu連接有關的UTRAN端的資源，屬于有應答、面向連接型。此過程由CN發(fā)起，發(fā)起原因可能有：UE和CN間事務結束；CN接收到了Iu Release Request消息；SRNS的重定位結束；圖3.4 Iu釋放CN發(fā)送“IU RELEASE COMMAND”消息后，就不要再在這條連接上發(fā)送任何面向連接的RANAP消息了。3.3.5. 重定位準備過程（Relocation Preparation）重定位準備過程的目的是通知CN源RNC要發(fā)起涉及UE或者不涉及UE的SRNS重定位。如果此時UE在兩個CN域都有信令連接，那么此次SRNS重定位要在CS和PS域進行協(xié)調(diào)，即重定位準備過程對

15、兩個CN域要各發(fā)起一次，以保證目標RNC能夠順利接管該UE。（重定位準備過程使用的是面向連接的RANAP信令）圖3.5 成功操作圖3.6 不成功操作3.3.6. 重定位資源分配過程（Relocation Resource Allocation）重定位資源分配過程的目的是從目標RNS為一次SRNS重定位分配資源。此過程要在UE當前所有已經(jīng)存在的Iu信令連接上進行協(xié)調(diào)，使用的是面向連接的信令。圖3.7 重定位資源分配過程的成功情況圖3.8 重定位資源分配過程的失敗情況3.3.7. 重定位檢測過程（Relocation Detect）重定位檢測過程的目的是由目標RNC向CN指示已經(jīng)對SRNS重定位的

16、執(zhí)行做了檢測。此過程將在UE當前所有已經(jīng)存在的Iu信令連接上進行協(xié)調(diào)，使用的是面向連接的信令。圖3.9 重定位檢測過程3.3.8. 重定位完成過程（Relocation Complete）重定位完成過程的目的是由目標RNC向CN指示SRNS重定位已完成，此過程將在UE當前所有已經(jīng)存在的Iu信令連接上進行協(xié)調(diào)，使用的是面向連接的信令。圖3.10 重定位完成過程3.3.9. 重定位取消過程（Relocation Cancel）重定位取消過程的目的是使用源RNC能夠取消一次正進行中的SRNS重定位。如果滿足下面的條件之一，源RNC就可以在重定位準備過程中或者重定位準備過程對事后發(fā)起重定位取消過程：源

17、RNC還沒有通過Uu接口（或Iur接口）發(fā)起SRNS重定位的執(zhí)行；在源RNC發(fā)起了SRNS重定位的執(zhí)行以后，UE又向源RNC返回了一條RRC消息，指出UE仍認為源RNC是它的SRNC。此過程將在UE所有已經(jīng)發(fā)起重定位準備過程的Iu信令連接上進行協(xié)調(diào)，使用的是面向連接的信令。圖3.11 重定位取消過程3.3.10. SRNS上下文傳送（SRNS Context Transfer）SRNS上下文傳送目的是如果發(fā)生系統(tǒng)間切換或者在進一步的情形，引發(fā)SRNS上下文從源RNC傳送到CN（PS域），使用的是面向連接的信令。圖3.12 SRNS上下文傳送3.3.11. SRNS數(shù)據(jù)前轉(zhuǎn)啟動（SRNS Dat

18、a Forwarding Initiation）SRNS數(shù)據(jù)前轉(zhuǎn)啟動目的是如果發(fā)生系統(tǒng)間切換或者在進一步的情形【21】，引發(fā)網(wǎng)絡協(xié)議數(shù)據(jù)單元（N-PDUs）從RNC傳送到CN（PS域），使用的是面向連接的信令。圖3.13 SRNS數(shù)據(jù)前轉(zhuǎn)啟動3.3.12. SRNS 上下文從源RNC前轉(zhuǎn)到CN圖3.14 SRNS上下文從源RNC前轉(zhuǎn)到CN3.3.13. SRNS 上下文從目的RNC前轉(zhuǎn)到CN 圖3.15 SRNS上下文從目的RNC前轉(zhuǎn)到CN3.3.14. 尋呼（Paging）該過程用于CN對一個特定的UE發(fā)尋呼消息，屬于無應答、無連接型。當UE處于空閑模式時，將利用公共的尋呼信道進行尋呼；當U

19、E已經(jīng)有RRC（Radio Resource Control）連接時，將在其專用的RRC連接上進行尋呼。圖3.16 尋呼3.3.15. 公共ID（Common ID）該過程用于在UE建立RRC連接之后，將UE的通用標識符（如IMSI）與RRC連接相關聯(lián)并在RNC中保存起來，便于以后尋呼消息在RRC連接上的傳輸，屬于無應答、面向連接型。圖3.17 公共ID3.3.16. CN調(diào)用跟蹤（CN Invoke Trace）CN調(diào)用跟蹤目的是告知RNC應該開始產(chǎn)生一個跟蹤記錄，它是一類由CN和相關的一個給定的UE 來表明的跟蹤記錄，使用的是面向連接的信令。圖3.18 CN調(diào)用跟蹤3.3.17. 安全模式

20、控制（Security Mode Control）該過程用于CN向UTRAN傳送進行加密和一致性保護的信息。在此過程中，CN將與無線接入網(wǎng)協(xié)商對用戶終端進行加密的算法，使得用戶在后續(xù)的業(yè)務侯傳遞過程中使用該加密算法；并且在終端用戶生切換后，盡可能地仍使用此加密算法，即用于加密的有關參數(shù)將會被送到切換的RNC。該過程屬于有應答、面向連接型。圖3.19 安全模式控制成功操作圖3.20 安全模式控制失敗操作3.3.18. UE位置報告控制（Location Reporting Control）該過程用于CN要求RNC提供對特定UE的位置報告，控制參數(shù)包括開始報告、修改報告和停止報告等類型，屬于無應答

21、、面向連接型過程。圖3.21 UE位置報告控制3.3.19. UE位置報告（Location Report ）該過程用于RNC向CN報告與CN有連接的UE位置，報告由位置報告控制消息（LOCATION REPORT CONTROL message）來進行控制，屬于無應答、面向連接型過程。圖3.22 UE位置報告3.3.20. 數(shù)據(jù)量報告（Data Volume Report）數(shù)據(jù)量報告是用于CN請求給指定的RAB傳送失敗的數(shù)據(jù)鏈路數(shù)據(jù)量。這個過程只在PS域應用，使用的是面向連接的信令。注意：和TS32.200一致，這個過程不被使用，RNC如果收到數(shù)據(jù)量報告的請求消息應該忽略此消息。圖3.23

22、數(shù)據(jù)量報告3.3.21. UE初始數(shù)據(jù)傳輸（Initial UE Message）該過程用于當Iu信令連接由RNC建立時，RNC用該消息把從UE傳來的第三層的空中接口初始消息（NAS-PDU）透明傳輸給CN，屬于無應答、面向連接型過程。圖3.24 UE初始數(shù)據(jù)傳輸3.3.22. 直接傳輸（Direct Transfer）該過程用于UTRAN將UE與CN之間的信令消息透明地通過Iu接口傳輸，RNC不作任何處理。UE-CN的信令消息作為直接傳輸消息（DIRECT TRANSFER message）的一個參數(shù)來傳送。該過程屬于無應答、面向連接型過程。圖3.25 由CN發(fā)起的直接傳輸：圖3.26 由U

23、TRAN發(fā)起的直接傳輸：3.3.23. 流量控制（Overload Control）該當RNC和CN間的信令流量過載時，由過載方發(fā)起該過程，對方根據(jù)一定的算法進行信令流量的控制，以適當減少RNC或CN的業(yè)務處理量，保證系統(tǒng)的正常運行。屬于無應答、無連接型。圖3.27 CN的流量控制圖3.28 UTRAN的流量控制3.3.24. 復位（Reset）復位（Reset）只針對RNC或CN上所有的Iu接口的事務處理。當發(fā)生復位后，所有的呼叫連接都被拆除（已經(jīng)建立的或正在建立的），并且在復位保護時間內(nèi)不接受UE的呼叫消息。屬于有應答、無連接型。圖3.29 由CN發(fā)起的復位圖3.30 由UTRAN發(fā)起的復

24、位3.3.25. 錯誤指示（Error Indication）當一個節(jié)點對接收到的消息出錯但無法以適當?shù)氖⌒畔⒈磉_時，它就啟動這個錯誤指示過程用于報告在收到的信息中檢測的到的錯誤。如果錯誤情況的出現(xiàn)是由于接收到專用信令的消息，則此過程屬于無應答、有連接型；否則是無應答、無連接過程。圖3.31 由CN發(fā)起的錯誤提示圖3.32 由UTRAN發(fā)起的錯誤提示3.3.26. CN去激活跟蹤CN去激活跟蹤是用來告知RNC應該停止生成跟蹤記錄，使用的是面向連接的信令。圖3.33 CN去激活跟蹤3.3.27. 復位資源（Reset Resource）復位資源是針對RNC（或CN）上的部分Iu 連接。當RNC

25、或CN發(fā)現(xiàn)一些連接狀態(tài)異常時，就發(fā)起復位資源流程。屬于有應答、無連接型。圖3.34 由UTRAN發(fā)起的復位資源過程圖3.35 由CN發(fā)起的復位資源過程3.3.28. RAB修改請求（RAB Modification Request）RAB修改請求的目的是允許RNC在RAB建立后為某個給定的UE啟動對RAB進行重新協(xié)商，使用的是面向連接的信令。圖3.36 RAB修改請求3.3.29. 位置相關數(shù)據(jù)（Location Related Data）位置相關數(shù)據(jù)過程的目的是通過Iu接口提供處理額外的位置相關請求：它允許CN要么從RNC解密密鑰（被上行發(fā)送到UE）中檢索以廣播協(xié)助數(shù)據(jù)，要么請求RNC去發(fā)送專門的協(xié)助數(shù)據(jù)到UE。使用的是面向連接的信令。圖3.37 位置相關數(shù)據(jù)3.3.30. 信息傳輸（Information Transfer）該目的是從CN到RNC間進行信令傳輸。屬于無連接的過程。圖3.38 信息傳輸成功操作圖3.39 信息傳輸失敗操作3.3.31. UE特殊信息（UE Specific Information）該過程的目的是從CN到RNC間傳送與特殊UE和特殊通訊有關的數(shù)據(jù)。使用的是面向連接的信令。圖3.40 UE特殊信息4. 總結本文主要對Iu接口的無線網(wǎng)絡層信令協(xié)議RANAP進行了介紹。其中包括：協(xié)議結構、協(xié)