Lecture
Система мобильной связи UMTS
6.3. Интерфейсы отдельных участков
На рис. 6.6 дано сквозное представление протоколов плоскости управления сети UMTS. Этот рисунок показывает набор протоколов, которыми пользуется каждый элемент сети для передачи сообщений сигнализации.
Устройство UE (User Equipment) применяет две группы протоколов:
- прикладные (управление мобильностью — MM, управление соединением — CC);
- управления радиоресурсами (RRC) — транспортные протоколы для организации передачи информации (управление радиоканалом (звеном) — RLC, управление доступом к среде — MAC).
Для сообщений этих протоколов узел B (BTS) "прозрачен" [87]. Он передает их в RNC, преобразуя радиосигналы в сигналы сети ATM. Уровень AAL2 предназначен для обеспечения эффективной пропускной способности для передачи трафика коротких пакетов с низкой битовой скоростью, требующего малой временной задержки.
6.3.1. Уровень управления радиоресурсами (RRC)
RRC (Radio Resource Control) — протокол верхнего уровня [57], который является частью интерфейса Iub. Процедуры и сообщения подсистемы управления радиоресурсами приведены в табл. 6.2.
В RRC входят следующие протоколы:
- прикладные протоколы RRC;
- протоколы управления каналом связи (RLC);
- протоколы управления доступом к среде (MAC — Media Access Control).
RRC выполняет следующие функции:
- распределяет заявки по уровням на стороне пользовательского оборудования или на стороне сети UTRAN;
- выполняет широковещательные функции — широковещательное управление, доставку широковещательных сообщений;
- оповещает пользовательские терминалы (UE) о состоянии сети и радиоресурсов;
- рассылает информацию по радиосети;
- рассылает информацию всем уровням сети;
- осуществляет установление, реконфигурацию и освобождение RRC-соединения между UE и UTRAN;
- осуществляет установление, реконфигурацию и освобождение радионосителей;
- осуществляет назначение, реконфигурацию и освобождение радиоресурсов для RRC-соединения;
- обеспечивает функции мобильности соединения;
- формирует UE-сообщение о результатах измерения;
- осуществляет управление мощностью;
- управляет шифрованием;
- осуществляет выбор и перевыбор первичной соты;
- обеспечивает сохранение достоверности информации.
Уровень RRC обеспечивает соединения сигнализации к верхним уровням с целью поддержания обмена информационными потоками между процессами верхнего уровня. Сигнальное соединение используется для передачи сообщений между пользовательским оборудованием и основной сетью, чтобы передать информацию верхнего уровня. Для каждой локальной области сети сигнальное соединение может обслуживать в каждый момент только один вызов для одного UE.
В таблице 6.1 приведены процедуры и сообщения подсистемы управления радиоресурсами.
- RAB — Radio Access Bearer — носители радиодоступа
- SRNC — Serving — Serving RNC – Обслуживающий RNC
- NAS – Non-Access Stratum – слой без доступа
Протокол управления радиоканалом связи (RLC)
Радиопротокол управления каналом связи (RLC) [117, 124] обеспечивает 3 режима работы.
- Передача информации в режиме "прозрачного" обслуживания TrD (Transparent Mode Data).
- Передача информации в режиме без подтверждения правильного приема данных (UMD — Unacknowledged Mode Data).
- Передача и получение информации в режиме с подтверждением правильного приема данных (AMD — Acknowledged Mode Data).
RLC выполняет следующие функции:
- сегментация и сборка сервисных блоков данных;
- последовательное соединение (конкатенация);
- дополнение информации для согласования форматов (например, нулей);
- передача пользовательских данных;
- коррекция ошибок;
- доставка протокольных блоков высокого уровня в исходном порядке следования;
- управление потоком;
- проверка порядкового номера;
- обнаружение ошибок протокола и восстановление;
- шифрование;
- приостановка/возобновление функций.
Передаваемые блоки данных. Они могут содержать данные или сообщения управления протоколов сигнализации.
В соответствии с режимами протокол использует различные форматы.
Формат TrD (блок, передаваемый в "прозрачном" режиме).
Формат TrD используется для того, чтобы передать с помощью RLC данные, поступившие от обслуживаемого уровня, не добавляя никаких заголовков.
Формат UMD (блок передачи объекта в режиме без подтверждения о приеме данных).
Формат UMD используется для того, чтобы передать последовательно пронумерованные PDU, содержащие RLC-данные исходного блока SDU. При этом исходные данные сегментируются для включения в протокольные блоки. В таком режиме сегменты передаются без подтверждения правильности приема сегментов и их сборки.
Заголовок UMD PDU в первом октете содержит порядковый номер первого сегмента блока данных (для этого используются 7 старших разрядов).
Далее заголовок RLC содержит индикаторы, указывающие длину каждого сегмента, начиная с первого.
Формат AMD (блок приема и передачи в режиме обслуживания с подтверждением о приеме данных).
Как и в предыдущем случае, формат AMD используется, чтобы передать последовательно пронумерованные PDU, содержащие RLC-данные исходного блока SDU. Однако формат AMD передает помимо пользовательских данных и другую информацию, которая дает возможность подтвердить правильный прием сегментов и поддержать процессы повторения информации. Эта информация позволяет:
- сообщить передатчику о непринятых протокольных блоках, содержащих часть сегментов исходной информации;
- сообщить передатчику данные о согласовании скоростей передачи;
- сообщить приемнику данные о согласовании скоростей передачи.
Формат с вложением состояния PDU (Piggybacked Status PDU) наряду с пользовательскими данными содержит дополнительно вложенные данные для управления (например, данные о состоянии оборудования, сброса оборудования или таймеров в исходное состояние и др.).
Подробные описания этих форматов приведены в [117, 124].
Протокол управления доступом к среде (MAC)
Протокол управления доступом к среде (MAC — Media Access Control) обеспечивает услуги передачи данных по логическим каналам [126]. Набор логических типов канала определяется различными видами услуг передачи данных. Каждый логический тип канала определен типом передаваемой информации.
Уровень MAC имеет несколько групп протоколов:
- MAC b — протоколы работы с широковещательными каналами (BCH — Broadcast Channel);
- MAC c — протоколы работы с общими каналами управления (CCCH — Common Control Channels);
- MAC d — протоколы работы с выделенными каналами управления (DCCH — Dedicated Control Channel).
Каждый протокольный блок данных (PDU) содержит заголовок опции MAC и заголовок сервисного блока данных (MAC SDU). Оба этих заголовка имеют переменный размер.
Содержание и размер заголовка MAC зависят от типа логического канала, и в некоторых случаях не указывается ни один из параметров этих заголовков. Размер MAC SDU зависит от размера протокольного блока данных предыдущих уровней, которые определяются при процедуре установки протоколов.
Структура заголовка протокола MAC представлена на рис. 6.7.
TCTF (Target Channel Type Field) — поле назначения канала
Поле TCTF обеспечивает идентификацию логического класса канала. Они подразделяются на каналы случайного доступа (RACH) и каналы прямого доступа (FACH).
Размер поля TCTF и FACH для FDD — любой из 2 или 8 битов, зависящих от значения двух самых старших битов, для TDD — либо 3 либо 5 битов в зависимости от значения трех старших разрядов.
Поле UE-Id type поле длиной 2 бита необходимо, чтобы гарантировать правильную расшифровку поля UE-Id в заголовках MAC.
Значения этого поля:
- 00 — U-RNTI (UTRAN Radio Network Temporary Identity — временный идентификатор UTRAN радиосети);
- 01 — C-RNTI (Cell Radio Network Temporary Identity — временный идентификатор соты радиосети);
- 10 — зарезервированный (PDU с этим кодированием будет отклонен этой версией протокола);
- 11 — зарезервированный (PDU с этим кодированием будет отклонен этой версией протокола).
Поле UE-Id обеспечивает идентификацию UE при передаче по транспортным каналам определены следующие типы UE-Id, используемые в MAC:
- U-RNTI может применяться в заголовке MAC в выделенном канале управления (DCCH), когда он размещен в обычном транспортном канале;
- C-RNTI используется на DTCH (Date Transmission Channel), DSCH (Date Synchronizer Channel) в режиме FDD и может применяться на DCCH, размещается в обычных транспортных каналах.
Длины поля UE-Id заголовка MAC следующая.
- U-RNTI 32 бита;
- C-RNTI 16 битов.
Поле C/T обеспечивает идентификацию логического канала, когда имеется много логических каналов в одном и том же транспортном канале. Поле C/T используется также, чтобы обеспечить идентификацию логического типа канала на выделенных транспортных каналах и на FACH и RACCH, когда их передачи идут на пользовательских каналах передачи данных. Размер поля C/T установлен 4 бита и для обычных транспортных каналов, и для выделенных транспортных каналов.
Поле C/T имеет следующие значения: